倉儲(chǔ)鋼貨架健康管理研究

文/于子紅 劉軍 楊澤明 丁慶行

1.引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，制造業(yè)較為發(fā)達(dá)的國家正在積極推行“工業(yè)4.0”運(yùn)動(dòng)，來促進(jìn)信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合，使制造業(yè)向智能化方向轉(zhuǎn)型，物流技術(shù)與裝備也正朝著互聯(lián)網(wǎng)化的方向發(fā)展[1，2]。倉儲(chǔ)是物流的兩大支柱之一，在物流現(xiàn)代化發(fā)展中起著重要作用。倉儲(chǔ)簡(jiǎn)單來說就是通過倉庫對(duì)商品和物品進(jìn)行儲(chǔ)存與保管，貨架作為物流環(huán)節(jié)中基本的倉儲(chǔ)設(shè)備之一，具有承上啟下的作用。倉儲(chǔ)貨架一方面能充分利用倉庫空間，降低倉儲(chǔ)成本；另一方面通過合理布置，在存取操作中可以有效節(jié)約人力資源?？梢哉f，倉儲(chǔ)貨架是現(xiàn)代化倉庫的重要組成部分，在制造業(yè)、物流中心、煙草、醫(yī)藥、商業(yè)、機(jī)電等各行各業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。但是在倉儲(chǔ)活動(dòng)中，貨架倒塌現(xiàn)象卻時(shí)有發(fā)生。2017年1月7日柳州倉庫貨架倒塌導(dǎo)致一名工人被埋；2013年3月25日廈門一家倉庫貨架倒塌使三人被困；2011年10月27日美國威斯康酒商倉庫貨架倒塌，7000多瓶紅酒落下引發(fā)紅酒“小海嘯”。諸如此類的事件還有很多，這不僅給倉庫造成巨大損失，而且也給倉庫工作人員帶來了相當(dāng)大的災(zāi)難?？梢娯浖茉趯?shí)際中雖應(yīng)用廣泛，但工作環(huán)境比較復(fù)雜，一旦發(fā)生倒塌，將會(huì)造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。倉儲(chǔ)貨架中，鋼貨架應(yīng)用最為廣泛，因此對(duì)倉儲(chǔ)貨架健康管理研究十分必要。

2.鋼貨架特性分析

對(duì)倉儲(chǔ)鋼貨架進(jìn)行健康管理的重要前提是要了解鋼貨架的特性。倉儲(chǔ)鋼貨架主要由一種經(jīng)濟(jì)的截面輕型薄壁鋼材，即冷彎薄壁型鋼材制作而成，是用薄鋼板或帶鋼在常溫下輥軋或沖壓彎曲成型的。冷彎薄壁型鋼是通過改變截面形狀來使相對(duì)較少的材料承受較大的荷載。冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的較高強(qiáng)度自重比、多功能、易于加工成型和工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)受到各行各業(yè)的極大歡迎。鋼貨架的健康管理主要與鋼貨架的立柱特性、梁柱節(jié)點(diǎn)特性、載荷特性以及受力狀態(tài)特性有密切的關(guān)系。

2.1 立柱易變形

鋼貨架的立柱是鋼貨架的主要支撐部件，多為開口薄壁型截面，在縱向分布有規(guī)則的孔洞與梁端節(jié)點(diǎn)的掛齒相連接。鋼貨架的立柱雖然由冷彎薄壁型鋼構(gòu)成，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，但是在正常工作過程中，由于連續(xù)的開孔設(shè)計(jì)以及來自貨物和其它構(gòu)件的作用，會(huì)產(chǎn)生局部屈曲、畸變屈曲以及各屈曲模式間的相互影響[3]。一般情況下，在各種影響鋼貨架穩(wěn)定性的因素中，立柱屈曲是最常見的影響倉儲(chǔ)鋼貨架整體穩(wěn)定性的情形，值得我們重視。

2.2 梁柱節(jié)點(diǎn)易松動(dòng)

鋼貨架的梁柱節(jié)點(diǎn)處的連接多采用掛齒形式的半剛性連接，通過將橫梁掛片上的掛齒卡入立柱的開孔內(nèi)，并通過卡舌和鉚釘固定保證連接的可靠性。在梁柱節(jié)點(diǎn)的研究中發(fā)現(xiàn)，鋼貨架的穩(wěn)定性與梁柱節(jié)點(diǎn)的連接方式、安全插銷的固定可靠性有著很大關(guān)系[4，5]。在鋼貨架的正常工作中掛齒形式的半剛性連接具有一定的剛度，橫梁和立柱會(huì)發(fā)生一定程度的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度對(duì)鋼貨架的側(cè)移也有影響，它很大程度上關(guān)系到鋼貨架的安全性能[6]。

2.3 載荷受限

鋼貨架與一般貨架相比，具有較高的強(qiáng)度自重比，可以承受自身重量100倍左右的貨載[7]。在鋼貨架健康管理中，鋼貨架在取放貨物時(shí)會(huì)引起貨架的振動(dòng)、晃動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致貨架失穩(wěn)進(jìn)而倒塌。因此，鋼貨架的載重也是鋼貨架監(jiān)看管理考慮的重要特性之一。

2.4 受力狀態(tài)易破壞

正常狀態(tài)下貨架承載貨物所受的外力與內(nèi)力保持平衡是貨架保持穩(wěn)定的重要條件。但當(dāng)貨架受到輕微擾動(dòng)時(shí)，處于極限平衡狀態(tài)的貨架構(gòu)件或者整體結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生變形，使貨架出現(xiàn)局部失穩(wěn)、整體失穩(wěn)或局部與整體的相關(guān)失穩(wěn)[8]，導(dǎo)致貨架構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的內(nèi)力突然失衡，引起貨架變形，最終使得貨架喪失工作能力。

3.傳統(tǒng)鋼貨架健康管理方法

傳統(tǒng)鋼貨架的健康管理主要是針對(duì)鋼貨架的立柱、梁柱節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，通過應(yīng)用一定的方法觀測(cè)鋼貨架的受力狀態(tài)，以獲得鋼貨架在各種狀態(tài)下各構(gòu)件發(fā)生形變以及不穩(wěn)定的情況。目前，鋼貨架的健康管理主要采用有限元分析法、數(shù)字近景攝影測(cè)量法以及振動(dòng)的方法來研究鋼貨架的整體變形、立柱、梁柱節(jié)點(diǎn)等并分析鋼貨架整體及各個(gè)部位變形特征及應(yīng)力分布情況。

3.1 鋼貨架有限元分析法

有限元法在20世紀(jì)60年代被Clough首次提出，是隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來的一種數(shù)值方法，它具有極大的靈活性和通用性，因而被廣大學(xué)者所使用。有限元法主要是利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)的幾何特征及載荷情況進(jìn)行模擬，即用近似模擬的方法將連續(xù)的物體進(jìn)行有限劃分，并對(duì)這些劃分的單元進(jìn)行相關(guān)分析和研究[9]。

李想等[10]采用有限元分析法建立了鋼貨架的結(jié)構(gòu)模型和荷載模型，并采用平方和平方根的模態(tài)疊加方法對(duì)貨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗振反應(yīng)試驗(yàn)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了變形驗(yàn)算，為鋼貨架的研究提供了新思路。王占軍等[11]采用自編的有限元程序?qū)δ沉Ⅲw倉儲(chǔ)貨架的變形應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，并針對(duì)貨架穩(wěn)定性問題進(jìn)行了立柱屈曲分析，結(jié)果證明了理論與試驗(yàn)相結(jié)合的有限元分析法的有效性。謝云舫等[12]從靜力學(xué)角度出發(fā)，利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)貨架進(jìn)行三維有限元分析，獲得了貨架的變形特征及應(yīng)力分布情況，為優(yōu)化貨架結(jié)構(gòu)提供依據(jù)，大大提高了貨架的安全性和可靠性。馮曉芳等[13]分析了鋼貨架梁柱組合之間的間隙對(duì)貨架裝配過程的影響，以單懸臂梁試驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用有限元法分別對(duì)不同間隙梁柱組合的力學(xué)性能和貨架整體沿巷道方向進(jìn)行仿真，得出不同間隙下梁柱組合的承載力與剛度關(guān)系以及不同間隙對(duì)整體變形的影響情況，從而為鋼貨架變形研究提供了理論依據(jù)。趙永謙等[14]對(duì)密集貨架系統(tǒng)分別應(yīng)用Matlab及ANSYS進(jìn)行了構(gòu)件及其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，探索了鋼貨架貨架系統(tǒng)基于力學(xué)特性的穩(wěn)定性，應(yīng)用DCRP技術(shù)以多臺(tái)貨架穿梭車對(duì)鋼貨架瞬時(shí)動(dòng)態(tài)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行了校驗(yàn)并測(cè)量鋼貨架系統(tǒng)的變形量。

鋼貨架的有限元法雖然可以模擬鋼貨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)研究和分析，但是在具體應(yīng)用過程中，需要依賴使用者的經(jīng)驗(yàn)，而且在精度分析時(shí)需要耗費(fèi)相當(dāng)大的計(jì)算資源。

3.2 鋼貨架數(shù)字近景攝影測(cè)量法

數(shù)字近景攝影測(cè)量是以數(shù)字相機(jī)為圖像采集傳感器并對(duì)所攝圖像進(jìn)行數(shù)字處理的近景測(cè)量方法。

陳緒慧等[15]運(yùn)用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行連續(xù)攝影，獲取鋼結(jié)構(gòu)貨架變形試驗(yàn)圖像并實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，結(jié)合有限元分析法得到鋼貨架變形數(shù)據(jù)，根據(jù)所得數(shù)據(jù)對(duì)貨架的振動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，為鋼貨架的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康管理提供了新的研究思路。MingzhiChen等[16]在數(shù)字近景攝影測(cè)量的方法來監(jiān)控貨架的變形基礎(chǔ)上，通過使用數(shù)碼相機(jī)和電腦數(shù)字分析方法來處理收集到的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)字近景攝影測(cè)量誤差進(jìn)行了較好地矯正，大大提高了監(jiān)測(cè)的精度，減少了外部條件和數(shù)碼相機(jī)方位不穩(wěn)定造成的影響。張守好等[17]以鋼貨架為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，利用數(shù)字近景攝影測(cè)量的方法讓預(yù)先設(shè)定質(zhì)量和高度的撞擊物撞擊貨架，來獲取鋼貨架變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化圖像，從而得出鋼貨架的變形特性，為鋼貨架穩(wěn)定性研究提供參考。卞鳴[18]通過對(duì)數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)、校驗(yàn)方法以及在監(jiān)測(cè)鋼貨架變形中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，得出傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)無法滿足鋼結(jié)構(gòu)變形的要求，只有不斷學(xué)習(xí)新的技術(shù)才能使鋼結(jié)構(gòu)變形研究更上一層樓。ChengxinYu等[19]利用數(shù)字近景攝影測(cè)量的方法對(duì)鋼貨架進(jìn)行瞬時(shí)變形監(jiān)測(cè)，在動(dòng)態(tài)應(yīng)力作用下，對(duì)鋼貨架監(jiān)測(cè)其變形情況，為保證鋼貨架安全提供了重要的研究資料。

數(shù)字近景攝影測(cè)量的方法需要采用專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)對(duì)鋼貨架進(jìn)行拍攝并進(jìn)行一系列的相片處理，才能得到較精確的數(shù)據(jù)，但是專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)較貴而且相片處理過程繁瑣，一般倉庫很少采用專業(yè)數(shù)碼相機(jī)，而是用普通數(shù)碼相機(jī)代替測(cè)量，這就大大降低了其采集數(shù)據(jù)的精度，對(duì)后續(xù)的研究造成了一定的誤差。

3.3 鋼貨架振動(dòng)測(cè)量法

隨著人們對(duì)振動(dòng)的逐步了解，學(xué)者們開始通過用振動(dòng)的測(cè)量方法對(duì)鋼貨架進(jìn)行研究。利用振動(dòng)的方法對(duì)鋼貨架進(jìn)行健康管理主要是進(jìn)行有關(guān)抗振性試驗(yàn)來對(duì)鋼貨架的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

對(duì)鋼貨架振動(dòng)性研究開始于二十世紀(jì)中后期，日本對(duì)貨架進(jìn)行了人工加振的自由振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，揭開了人們對(duì)貨架振動(dòng)狀態(tài)研究的序幕。二十世紀(jì)七十年代，美國和日本使用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行了關(guān)于振動(dòng)臺(tái)的諸多振動(dòng)試驗(yàn)，接著我國學(xué)者也開始相繼對(duì)貨架的抗振性進(jìn)行研究。陳振坤等[20]利用振動(dòng)臺(tái)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平板鋼貨架進(jìn)行抗振性試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型中的理論預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，為制定工業(yè)鋼貨架的抗振設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供了建議，也為倉儲(chǔ)鋼貨架健康管理的研究提供了較早的研究資料。黃淑娟等[21]對(duì)大型物流貨架的結(jié)構(gòu)形式作了全面細(xì)致地論述，系統(tǒng)研究了大型物流貨架結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力特性及振動(dòng)規(guī)律，并結(jié)合數(shù)學(xué)工具提出了一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的新策略，為鋼貨架的狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了新的研究方法。ChengxinYu等[22]討論了如何利用信息技術(shù)中的自動(dòng)識(shí)別來監(jiān)測(cè)貨架的瞬時(shí)變形，為鋼貨架變形造成的損失和安全風(fēng)險(xiǎn)提供了良好的解決方案。

但上述的研究方法有一定的局限性，不可避免地會(huì)存在誤判。隨著狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康管理技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的健康管理方法由于其采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)對(duì)鋼貨架的工作狀態(tài)進(jìn)行全面實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)的精確采集更具優(yōu)勢(shì)，也更有廣闊的應(yīng)用前景。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼貨架健康管理架構(gòu)

4.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼貨架健康管理及關(guān)鍵參數(shù)分析

4.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼貨架健康管理方法

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼貨架健康管理是指根據(jù)鋼貨架的狀態(tài)特征，利用各種傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，連續(xù)或者定期采集這些狀態(tài)特征參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行分類和解譯，以先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段、可靠的評(píng)價(jià)方法和完整的運(yùn)行數(shù)據(jù)來判斷設(shè)備所處的健康狀況[23]。鋼貨架的健康管理是一種全面的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)融合、健康評(píng)估及故障預(yù)測(cè)的健康管理方法，在高性能、高精度傳感器出現(xiàn)后，新的鋼貨架健康管理方法也不斷出現(xiàn)，諸如模糊綜合評(píng)判、專家診斷、人工智能等方法也逐漸運(yùn)用于貨架行業(yè)[24，25]。本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼貨架健康管理架構(gòu)具體如圖1所示。

4.1.1 數(shù)據(jù)采集層

倉儲(chǔ)鋼貨架的數(shù)據(jù)采集層可以通過傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集。傳感器作為最重要的信息采集工具，能夠直接對(duì)外部信息進(jìn)行采集，并將采集的信息按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或者其他所需形式的信息輸出，來滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲(chǔ)、評(píng)估及控制需求[26]。要想對(duì)鋼貨架進(jìn)行準(zhǔn)確的健康管理就需要精確的數(shù)據(jù)支持，傳感器的選擇尤為重要。倉儲(chǔ)鋼貨架狀態(tài)監(jiān)測(cè)所采用的傳感器不僅需要高精度、強(qiáng)可靠性、壽命長(zhǎng)，還需要減少傳感器的耗能，降低傳感器的成本，使傳感器具有多參監(jiān)控和智能數(shù)據(jù)處理等功能。此外，鋼貨架狀態(tài)監(jiān)測(cè)選定的傳感器，與傳感器安放的位置、監(jiān)測(cè)對(duì)象所處環(huán)境等因素均有關(guān)。

4.1.2 數(shù)據(jù)處理層

在倉儲(chǔ)鋼貨架的健康管理過程中，由于傳感器的工作性能、倉儲(chǔ)設(shè)備的工作狀態(tài)以及倉庫工作環(huán)境的復(fù)雜性，導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)可能會(huì)受到噪聲影響、產(chǎn)生數(shù)據(jù)缺失或者冗余。因此，為了更加準(zhǔn)確、形象地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究以滿足鋼貨架狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康管理對(duì)數(shù)據(jù)的要求，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?；谖锫?lián)網(wǎng)的鋼貨架健康管理過程中，傳感器在不同設(shè)備以及復(fù)雜倉儲(chǔ)環(huán)境中進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，容易受到電磁干擾、溫濕度影響以及在傳輸過程中出現(xiàn)同步錯(cuò)誤、傳輸卡頓、信道噪聲等造成數(shù)據(jù)失真，因此需要數(shù)據(jù)清洗。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗過后就要對(duì)其進(jìn)行分析、特征提取等得到與鋼貨架健康管理有關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

4.1.3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)層

倉儲(chǔ)鋼貨架的狀態(tài)監(jiān)測(cè)層主要是針對(duì)鋼貨架所選參數(shù)的特性設(shè)定一定的閾值范圍，通過對(duì)與鋼貨架健康管理有關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的閾值判斷，若數(shù)據(jù)在閾值范圍內(nèi)，則視為倉儲(chǔ)鋼貨架處于正常狀態(tài)，若數(shù)據(jù)超出閾值范圍，則進(jìn)入健康評(píng)估層進(jìn)行判斷，來斷定倉儲(chǔ)鋼貨架是因?yàn)槭裁丛虍a(chǎn)生異常數(shù)據(jù)。倉儲(chǔ)鋼貨架的狀態(tài)監(jiān)測(cè)層是判斷采集數(shù)據(jù)是否正常的關(guān)鍵，這與倉儲(chǔ)鋼貨架所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和閾值的制定的合理性有密切的關(guān)系。因此，狀態(tài)監(jiān)測(cè)的精確度對(duì)健康評(píng)估層至關(guān)重要，也是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理分析方法對(duì)倉儲(chǔ)鋼貨架健康管理的重要環(huán)節(jié)。

4.1.4 健康評(píng)估層

倉儲(chǔ)鋼貨架的健康管理的核心技術(shù)是健康評(píng)估技術(shù)，它主要是針對(duì)鋼貨架的特性選取適合的健康評(píng)估方法來對(duì)其進(jìn)行健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)。常用的健康評(píng)估方法有層次分析法、模糊綜合評(píng)判法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法等。模糊綜合評(píng)判法是根據(jù)隸屬度原則將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)的方法來解決模糊且難以量化的問題。層次分析法是將研究對(duì)象看成一個(gè)系統(tǒng)，并將其分解為與決策有關(guān)的目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層等，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性與定量分析。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是依靠系統(tǒng)的復(fù)雜程度調(diào)整內(nèi)部眾多節(jié)點(diǎn)之間相互連接的關(guān)系來處理信息，它具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一種以貝葉斯公式為基礎(chǔ)，基于概率推理的圖形化概率網(wǎng)絡(luò)，用于解決復(fù)雜設(shè)備不確定性和關(guān)聯(lián)性問題，在眾多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

4.1.5 故障預(yù)測(cè)層與維護(hù)層

倉儲(chǔ)鋼貨架故障預(yù)測(cè)層與維護(hù)層是根據(jù)倉儲(chǔ)鋼貨架所處的環(huán)境、監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及承載的貨物重量等信息，針對(duì)一定的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行鋼貨架的健康狀態(tài)評(píng)估，并依據(jù)鋼貨架所得的歷史數(shù)據(jù)以及現(xiàn)實(shí)狀態(tài)對(duì)其可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而向工作人員發(fā)出預(yù)警機(jī)報(bào)警提醒其對(duì)鋼貨架進(jìn)行處理。故障預(yù)測(cè)方法有很多，但尚沒有一個(gè)公認(rèn)的故障預(yù)測(cè)分類方法[27，28，29]。根據(jù)故障預(yù)測(cè)技術(shù)的理論、方法和技術(shù)路線的不同，可以把其分為：基于信號(hào)處理的故障預(yù)測(cè)、基于模型的故障預(yù)測(cè)、基于人工智能的故障預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障預(yù)測(cè)[30]。

4.2 關(guān)鍵參數(shù)分析

根據(jù)上述對(duì)鋼貨架特性的分析以及對(duì)傳統(tǒng)鋼貨架健康管理方法的描述，可得知鋼貨架狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康管理過程基本上包括對(duì)鋼貨架進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估以及故障預(yù)測(cè)等，其中最重要的就是狀態(tài)特征參數(shù)的選取，這是鋼貨架健康管理成敗的關(guān)鍵。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼貨架健康管理參數(shù)主要有如下幾個(gè)：

表1 外界條件對(duì)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的侵蝕作用分類

4.2.1 溫濕度

倉儲(chǔ)環(huán)境中，溫濕度是比較常見的環(huán)境參數(shù)，它們影響著倉庫中的一切事物。一般倉庫的溫度都在0～30℃之間[31]，倉庫儲(chǔ)存的貨物不同，所具有的實(shí)時(shí)溫度也不同?？諝獾臐穸瓤梢苑譃榻^對(duì)濕度、相對(duì)濕度、飽和濕度和露點(diǎn)濕度，相對(duì)濕度是最常用的?？諝鉂穸仁芸諝鉁囟鹊挠绊懞艽?，當(dāng)溫度不斷上升時(shí)，潮濕的空氣會(huì)變得越來越干燥。鋼貨架的鋼結(jié)構(gòu)一般由冷彎薄壁型鋼制作而成，外界條件對(duì)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的侵蝕作用根據(jù)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》如表1所示：

由于節(jié)約經(jīng)濟(jì)等各方面原因，倉儲(chǔ)鋼貨架都會(huì)使用數(shù)十年之久，根據(jù)上述圖可知，倉庫中的溫濕度對(duì)鋼貨架壽命會(huì)有很大影響，因此選取溫濕度作為鋼貨架健康管理的關(guān)鍵參數(shù)。

4.2.2 三維位移

在倉儲(chǔ)正常工作中，鋼貨架會(huì)受到來自堆垛機(jī)、人等各方面的影響，發(fā)生振動(dòng)、晃動(dòng)等，輕則影響貨物存取的安全性和可靠性，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鋼貨架發(fā)生倒塌造成的巨大財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼貨架健康管理采用三維位移作為關(guān)鍵參數(shù)，可以保證實(shí)時(shí)全面地獲取鋼貨架各構(gòu)件的整體屈曲情況。在傳統(tǒng)的鋼貨架健康管理中，一般只對(duì)鋼貨架各部件分別進(jìn)行屈曲分析，而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼貨架健康管理則是在整體角度，對(duì)鋼貨架因不同原因引起振動(dòng)造成的位移進(jìn)行分析，分析結(jié)構(gòu)更加形象、清晰，也更具合理性。

4.2.3 載荷

在倉儲(chǔ)過程中，鋼貨架儲(chǔ)存貨物過少時(shí)，不能充分儲(chǔ)存空間，儲(chǔ)存貨物過多時(shí)，會(huì)增加鋼貨架的負(fù)擔(dān)，縮減鋼貨架的使用壽命?？梢姾侠砝娩撠浖苁种匾?。在理論上，由冷彎薄壁型鋼構(gòu)成的鋼貨架可以承受自身重量100倍的貨物，但是在實(shí)際工作過程中，其未必就能承受如此重的貨物。所以對(duì)鋼貨架使用過程中的載荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以測(cè)量鋼貨架發(fā)生不同程度的振動(dòng)、晃動(dòng)以及擺動(dòng)等情形時(shí)貨物的實(shí)際重量，對(duì)于鋼貨架的健康管理具有重要的意義。因此，載荷也是鋼貨架健康管理不可或缺的關(guān)鍵參數(shù)之一。

5.總結(jié)

本文針對(duì)鋼貨架發(fā)生倒塌造成人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的現(xiàn)象，從提高鋼貨架可靠性和安全性的角度出發(fā)，根據(jù)鋼貨架的特性對(duì)傳統(tǒng)鋼貨架健康管理方法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)者們對(duì)鋼貨架的健康管理主要采用有限元分析法、數(shù)字近景攝影測(cè)量法和振動(dòng)的方法，有限元法雖然可以對(duì)鋼貨架系統(tǒng)進(jìn)行有效的模擬，但是應(yīng)用時(shí)需要依賴研究者的主觀經(jīng)驗(yàn)，且需耗費(fèi)大量的計(jì)算資源；數(shù)字進(jìn)行測(cè)量雖然可以實(shí)時(shí)對(duì)鋼貨架的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是要獲取精確的數(shù)據(jù)需要專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)和進(jìn)行復(fù)雜的相片處理；振動(dòng)的方法比較簡(jiǎn)便，多使用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行模擬分析。本文在此基礎(chǔ)上提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼貨架健康管理方法?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)鋼貨架進(jìn)行健康管理是采用不同的傳感器對(duì)鋼貨架所處環(huán)境的溫濕度、鋼貨架因各種原因發(fā)生屈曲時(shí)的三軸位移以及鋼貨架的載荷等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在鋼貨架發(fā)生危險(xiǎn)之前就可以對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，避免鋼貨架倒塌的巨大損失，也為鋼貨架安全性的研究提供了新的研究思路。未來對(duì)鋼貨架健康管理技術(shù)將會(huì)日漸完善，將在倉儲(chǔ)鋼貨架中得到更為廣泛的應(yīng)用。

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