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港口机械数字化设计与关键技术研究

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中国
设备
工程
Engineering

hina
C
Plant

中国设备工程 2019.03 （下）
港口机械数字化设计是数字化港口建设的重要内容，
对推动港口机械的服务能力具有积极的作用。而港口机械制造企业，为满足数字化港口的需求，可通过港口机械数字化设计，提高机械的生产能力与管理能力。基于此，本文结合实际情况，研究分析港口机械数字化设计与关键技术，并主要以桥式抓斗卸船机为对象，实现数字化设计，详细内容如下。1 数字化设计技术研究（1）数字化设计的概念。传统的设计方式在当前港口机械的设计中存在力不从心的情况，对港口机械的精密化、智能化发展适应性不佳，再加上信息技术的发展与进步，使得数字化技术成为港口机械设计的基础。数字化设计可分为设计部分和数字化部分。其中，设计是结合某种目的，实施具有创造性的工作，而数字化则是借助数字描述信息，是在二进制基础上完成的。二者的结合，可以实现产品的生产。数字化设计包含了参数化建模、有限元分析和设计优化等内容。数字化设计不仅可用于港口机械设计，还能有效的用于其他产品制造。运用数字化设计可以更为满足用户的需求，并顺利降低设计成本，保障制造企业获取更大的收益。（2）数字化设计的国内外研究现状。随着行业竞争逐渐激烈，为确保产品的质量，设计人员加强了对数字化设计的研究。国外研究者对数字化设计的起步较早，成果也更多。美国研究人员提出了一种基于内容的搜索技术。韩国首尔国立大学的研究者，提出了采用2步相似的B-REP的文件对比分析，可有效的提高相似零件的查找效率。国外研究者在结构优化中，主要运用改进的遗传算法，Furuta等改进遗传算法进行研究，并提出了一种自适应的调整方法。国内对数字化设计的研究起步比国外较晚，但是，也取得了一定的成就，推动了国内数字化设计的发展。武汉理工大学对龙门起重机结构的数字化设计中，选用Pro/ENGINEER实施三维造型和仿真模拟，再选Pro/TOOLKIT、APDL二次开发语言，于VC++2008环境下，实现了更好的设计。南京理工大学的研究者构建了压铸模数字化设计系统，达到优化设计，减少成本，提高质量的目的。西南交通大学的研究者，对桥梁支座的数字化设计研究中，构建了典型支座参数化样机，保障了支座的设计效果，并为设计人员减少了重复工作。港口机械数字化设计与关键技术研究王伟1,2，姚立权1,2，赵春雨1,2（1.辽宁卓异装备制造股份有限公司，辽宁 营口 115004；2.辽宁绿港科技有限公司，辽宁 沈阳 110000）摘要：港口在具体的服务中，需要在各种机械设备的支持下完成。为实现对港口机械的生产制造，可选用港口机械数字化设计，实现对港口机械的优化设计。合理的港口机械数字化设计能改善设计效率，促使机械材料得到合理利用，降低生产成本，满足实际生产需求。故此，文章结合实际情况，研究分析港口机械数字化设计，再对关键技术进行阐述。关键词：港口；机械数字化；参数化；有限元分析中图分类号：U653.92 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）03（下）-0157-022 港口机械数字化设计现结合港口的机械产品中的桥式抓斗卸船机为例，对它
进行港口机械数字化设计，详细内容分析如下。
（1）金属结构的参数化建模。桥式抓斗卸船机是重要
的港口机械类型，其主要负责装卸工作，它的结构复杂，
由主梁、门架系统和拉杆系统几个部分组成。在具体的参
数建模中，为保障建模效果，可选用UG、UG二次开发工具
和Visual Studio2010等。具体的参数化建模中，选用UG
实现对卸船机的参数化三维实体模型构建，再选择Visual
Studio2010对相关程序进行编写，实现对参数化模型的构建。
在三维实体模型的基础上，运用有限元动静态分析，实现卸
船机的金属结构数字化设计。
具体的建模中，需要注意建模顺序的控制。从主梁开始
参数化设计，并构建三维模型，在此基础上，依次进行梯形
门架、小门架、拉杆等的参数化设计。注意模型建立时，应
先构建三维模型，选用VS210进行相应应用程序框架创建，
编写程序等工作，从而实现参数化模型设计。
（2）金属结构的有限元动静态分析。在参数化模型的
基础上，进一步构建有限元模型。有限元模型选用ANSYS软件。
如图1所示，为主梁结构的有限元模型。

图1 主梁的有限元模型
针对上述主梁有限元模型，对具体的参数进行描述，其
中梁高H为1900mm，翼缘板宽度W1200mm，两腹板间宽度B
为1128mm，翼缘板厚度t为14mm，腹板厚度s为12mm，梁
的长度L84800mm，双梁间距D为2000mm。在ANSYS软件的
支持下，可实现几何模型与有限元模型的建立。
有限元模型建立完成后，则实施动静态分析，对卸船机
结构强度和挠度展开静态分析，再使用动态分析对谐响应等
进行分析。之后对卸船机的荷载、荷载组合进行分析。以荷
载组合情况为例，如下公式为荷载组合I、II、III的荷载
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研究与探索
Research and Exploration
·
探讨与创新

中国设备工程 2019.03 (下)
组合情况。

结合实际情况对荷载及荷载组合进行计算。具体的工况
主要包括：（1）移动荷载作用于大梁端，结合自重、起升
载荷，小车运行机构与大车机构的制动，忽略风荷载。（2）
移动荷载作用于前拉杆与前大梁连接位置，考虑自重，考虑
机构制动，忽略风荷载。（3）移动荷载作用于前大梁中，
考虑自重，考虑制动，忽略风荷载。在上述3种情况下，分
别对风荷载进行考虑，实现6种工况的研究。
有限元静态分析时，主要包括静力学强度与挠
度2个指标。其中静力学强度的计算中，计算准则是
α≤[α]=α1/n，其中，α描述危险点用力，α1为屈服
极限，n为安全系数，[α]描述许用应力。而对于挠度的
计算，则f≤[f]，其中f为静挠度，[f]描述许用挠度。
上述分析属于模态分析，进行模态分析，可避免结构共振。
还可以了解动力载荷的响应。
（3）金属结构的优化设计。为进一步实现对港口机械
数字化设计，需要在上述模型分析结果的基础上，需要对金
属结构进行优化设计。确保前后大梁在危险工况下，应力能
小于许用应力，从而保障结构安全。在金属结构优化设计中，
可遵循如下步骤：①确认优化目标。在对金属结构的优化中，
将质量、体积、动力学性能等作为优化目标。实现对结构解
析，结合静平衡方程和运动方程等进行描述。②建立优化设
计目标模型。数学模型包括3大内容，主要包含函数、设计
变量和约束条件。对于复杂的实际问题，无法直接使用数学
模型完全描述，则可通过对问题的简化，确保问题可用数学
模型描述出来。③优化方法的选择。可供选择的优化方法包
括一维、多维的优化方法、多目标的优化方法、遗传算法等，
合理对这些优化方法进行选择，保障金属结构的优化效果。
需要注意，优化方法应该与实际相结合，确保优化水平。④
获取最优结果。结合优化方法，计算得出最终结果，再对结
果进行判断，明确其是否符合需求，如果不符合，则需要再
次进行优化，或选择其他优化方法。如图2所示，为优化设
计的基本流程图。
借助数字化设计，可实现对港口机械的制造与生产，确
保机械在危险工况下仍旧保持良好的工作状态，并根据金属
结构的优化，确保港口机械的强度、刚度和稳定性，实现优
化设计，并且可以减少原有的材料消耗情况，降低港口机械
的成本。
3 港口机械数字化设计的关键技术
结合港口机械数字化的基本情况，对数字化设计中的关
键技术进行简单阐述，详细内容如下。
（1）UG二次开发平台。它是实现卸船机金属结构参数
模型的基础。其中UG属前沿高端软件平台，已经广泛用于
航天航空、家电、船舶等领域。它将CAD、CAM和CAE融合
到一起，实现一体化，满足参数模型构建的需求。而UG二
次开发模块，则具备专用的二次开发语言，简单易于操作。
（2）ANSYS有限元建模。主要是借助ANSYS软件实现
有限元建模，其具体的系统结构如图3所示。

图3 有限元模型的通信模块
在实现ANSYS软件建模中，所使用的语言为APDL，是
ANSYS软件自带的设计语言，不仅满足建模需求，还可为优
化设计奠定基础。其中APDL的功能包括：参数、数组参数、
流程控制、访问ANSYS数据库数据和宏文件等。
（3）模态分析。模态分析又可以被称之为特征值分析，
是动力学分析中的基础部分。其典型的无阻尼模态分析的基
本方程可用公式（1）描述。
（1）
上述方程中，[K]描述刚度矩阵；{Φi}为特征矢量；
ωi为特征值，[M]为离散体的质量矩阵。
4 结语
本文研究港口机械数字化设计及关键技术，结合实际对
数字化设计进行研究，分析概念及发展。再结合港口机械，
选择卸船机作为研究对象，分析卸船机的数字化设计，对参
数模型、有限元分析、金属结构优化等进行阐述，最后对具
体的关键技术进行分析，实现对港口机械的数字化设计，并
满足实际生产需求，优化结构，降低成本，提高生产效率。

参考文献：
[1]俞进辉,郑晓戈等.基于WLAN的港口机械设备远程监控系统
开发[J].机械设计与制造,2018，(04):269-272.
[2]张翼鹏.基于港口机械设备管理探讨[J].南方农
机,2018,49(01):115-116.
[3]赵鹏.港口机械数字化设计与分析关键技术研究[J].内燃机与
配件,2018，(01):222.
[4]杨杨.云计算在互联网软件中的应用[J].电子技术与软件工
程,2017，(18):79.

图2 优化流程图

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1e410000港口与航道工程技术汇总

1e410000港口与航道工程技术汇总

1e410000港口与航道工程技术汇总港口与航道工程技术是运输和物流领域的重要分支，它涵盖了港口、码头、河口、航道等基础设施的设计、建设、维护与管理，并且与海洋、岸线、河流等自然环境密切相关。

这个专业领域的技术实践，不仅涉及到运输和物流产业的高速发展，同时也奠定了国家经济安全和国家战略的重要基础。

港口工程技术港口工程技术是指对港口和码头进行设计、建设、维护、管理的过程中所需的技术及方法。

港口工程技术需要综合运用土木工程、水利工程、机械工程、电气工程、自动化等多个学科知识，涉及诸如港口界面、泊位设计、船舶驳运、仓储设施、码头设备等多方面内容。

在实际工程中，港口工程技术需要综合考虑地质地貌、气象海洋环境、水文潮汐等各种因素，从而使港口和码头的结构、设备、服务等都能够适应船舶运行的需要。

比如，通过建设适当、可靠的防风险设施和坚固耐用的港口结构，确保船只航行的安全；通过修建适宜的航道和航线，确保船只的通行畅顺，提高运输效率。

同时，港口工程技术还需要密切配合相关管理部门和运输企业的需求，实现港口数字化、智能化、网络化。

例如，利用物联网、无线通讯、大数据等先进技术，实现对船舶、港口设备等物品的追踪和监测，并对港口运营进行实时监管和调度。

航道工程技术航道工程技术是指对河道、水道等人工航道进行设计、建设、维护、管理的过程中所需的技术及方法。

航道工程技术需要涉及水文学、水力学、河流动力学、结构力学、土力学等多个学科知识，涉及航道潮汐、船只驾驶、港口交通等多方面内容。

在实际工程中，航道工程技术需考虑到使航线通畅、安全性、经济性等因素。

如通过调整水道宽度和深度，修建船闸、船闸门以及渡槽等人造航道，以便使船只能够在航道中安全航行；通过对航线的优化调整，以满足船舶运载散货、液态货物或其他特殊需求。

同时，航道工程技术还需要综合考虑自然环境因素如潮汐、河床改变、泥沙淤积等问题，利用技术手段如水文测量、浅水定位导航、无人机遥感等手段进行实时监测，及时处理相关问，并优化方案，加强航道结构的稳定性和可靠性。

港口机械的使用与维护

港口机械的使用与维护

港口机械的使用与维护摘要：近年来，随着科学技术和经济的发展，人们对港口机械的质量和使用的要求越来越高。

港口机械承担的工作量随着信息化的深入而逐渐的增大，港口机械设备种类逐渐增多，为了适应不同的市场需求港口机械设备性能必须得到进一步提升，例如铁矿石接卸设备要同时满足煤炭等多种不同特性的杂货的接卸要求。

所以，为了使港口机械设备能够得到更好的利用，提升设备性能和工作效率，就要对港口设备进行合理的管理、使用和技改，定期的进行维修和养护，那怎样才能做好港口机械设备的使用和维护就成了相关单位需要考虑的问题。

本文针对港口机械设备特性以及影响设备使用性能的因素，对港口机械设备的使用和维护中存在的问题以及解决措施进行和系统的分析和探讨。

关键词：港口机械设备；使用和养护；问题和对策1港口机械设备的特性港口机械使用环境多变，多为露天作业，随着货物种类的不同，其作业环境也随之变化，对其性能也有着不同的要求，比如铁矿石接卸码头，其设备就需要兼具接卸多矿种特性和煤炭等杂货的特性。

同时，随着信息化建设的不断深入，港口设备的自动化程度也越来越高，许多设备都有故障预警装置，随时监控设备运行情况，为安全可靠工作提供保障，如风速仪、超负荷检测仪和实时监测系统等。

针对港口设备的上述特性，港口设备的管理和维护工作应该围绕“管、用、养、修、改”这五类核心业务进行展开。

2影响港口机械设备使用的主要因素影响港口机械设备的使用性能的主要因素有以下几点：（1）使用的合理性。

相同的设备由于使用过程的不同，那么结果也存在一定的差异性，那些没有按照使用要求作业的设备，在作业过程故障频发，大大降低了设备使用期限，从而导致机械设备提前报废；正确使用，将会稳定其设备性能，延长其使用寿命；（2）及时的保养。

针对设备各零部件的特性，建立一套科学的、合理的维护保养系统，维护与保养必须要及时，这是保障机械设备正常作业的重中之重；（3）良好的维修。

设备使用一段时间后，由于达到零部件的使用寿命或其他因素引起的设备零部件损坏，必须及时安排修理，同时严格把关修理质量，确保设备的良好运行。

港口装卸设备远程监控系统研究

港口装卸设备远程监控系统研究

科 学 理 论
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港 口装卸设备远程监控系统研究
黄伟珑
（ 哈尔滨重型机 器有限责任公 司） 摘 要： 随着港 口经济 的不 断发展 ， 社会对于装卸机械的需求量 的要求也 不断增加和 提高， 同时港 口机械工作水平也逐渐朝着大型化 、 高速化 和综合 化 发展 。 在港 口规模 不断扩 大和设备不断增多的今天 ， 管理水平也 必然要 随着而提升。 远程监控 系统 作为实现港 口机械管理水平 自动化的主要手段和方
模块 的修改不会引起其他模块 的变动或较大 的变动， 维护方便 ， 模块 间界面 信息简单 ， 接 口关系清 楚， 各相关模块既相对独立 ， 又有机统一 。
（ ３ ） 具有开放性、 可扩展性和可维护性。 （ ４ ） 具备冗 余和 容错性 、 高可靠性 。确保不会 因一个小 的错误或故障 引
标， 尤其是互联 网和无线通信技术的发展 ， 其更是为远程监控 技术 的发展指
明 了方 向和 道 路 。
起系统 中断而需重新起动系统 ， 破坏系统的实时眭。 ３ 、 系统 的设计应遵循 以
下原 则 ：
（ １ ） 技术先进 。要 实现 同样 的功 能， 无论是在硬件设备上还是在软件系
统上都有不 同层 次的选择 ， 有 的技术 比较先进 ， 有 的落 后， 采用先进技术不 仅能保证 良好的性能， 而且便于未来系统的进一步发展。 （ ２ ） 经济实用 。在满足系统功能的基础上 ， 尽可能采用成熟的先进 技术， 保证最优的性能价格 比， 降低维护费用。
的工作。 数字视频监视系统是采用 以 网络技术和 视频解 码设备为主的一种 监 控系统 体系，是充分 的利用工业电视监控系统为主的一种远程监 控操作技 术。这种监控 系统可 以通过远程操作手段及 时的调整各个监控器的观察角 度， 能够从办公室或者家 中看到现场作业 图像 ， 并能够 进行数字化录像 ， 便 于历史回顾和资料考察 。 ２ 、 ＲＣ ＭＳ 远程监 控系统要点 ＲＣ ＭＳ （ Ｊ ￣程起重机监控 系统） 是用 于起 重设备 的基于Ｐ Ｌ Ｃ的远程监控 系统。 ２ ． １ 、 常见 问题 综合来看 ， 目前我 国港 口使用的ＲＣ ＭＳ 系统存在 以下 问题： ，
智能制造背景下机械设计及自动化技术发展方向研究

智能制造背景下机械设计及自动化技术发展方向研究

智能制造背景下机械设计及自动化技术发展方向研究摘要：在智能制造背景下，我国机械设计及自动化技术发展被迅速落实，它已经呈现出了技术应用优势，未来技术发展方向为进一步减少人工干预，操作更精细化，适用的领域更加广泛。

智能化技术发展，是机械设计及自动化技术发展的基础，社会发展的需求，则呈现出机械设计及自动化技术发展方向关键词：智能化；机械设计；自动化技术引言智能制造，就是指智能化的技术应用于制造生产中，智能机械制造隶属于智能智造的范畴中。

智能机械制造是科学技术发展到一定阶段的产物，与先进的国家相比，我国的智能化机械设计及自动化技术发展还有一些不足，但是未来，我国的技术即有着极大的发展潜力。

1．智能制造背景下机械设计及自动化技术应用1.1智能化的管理系统搭建了MES、ERP、CRM、QMS、PLM等信息化管理平台，应用计算机系统对生产全过程进行智能化的管理。

开展了数字化智能制造车间，所有的机械制造设备都是数字化设备，人们能够应用标准化的接口与数字化计算机相连，由计算机控制数字化设备生产，并开展统一化的设备生产管理。

应用ERP系统开展智能化管理，人们能够在系统平台中了解车间的生产计划、采购库存、成本核算、产品销售、决策分析等管理工作；能够对生产的每个环节进行全程追踪，并给出动态化的管理过程；企业能够提供数据共享，让企业各部门及上下游企业及时获得相应的数据；能够了解设备管理情况等，在智能化的环境下，建立一体化的生产物流管理系统。

制造执行系统（MES）的建立，它是工厂ERP系统与底层自动化系统之间连接的枢纽。

它以全厂数据采集为基础，这一系统的建立能够让制造执行的整个过程可视化，人们可以了解生产制造的进度及调度存在的问题等。

产品设计辅助系统由机械设计、仿真模拟、电气设计等辅助软件，通过建立这套系统，人们能够分类管理产品生产和制造的全部设计图稿和相关资料，结合需求调阅产品制造早期从概念到生产的过程。

1.2智能化的机器人系统智能化的机器人以满足生产需求而应用。