起重机械作为物料搬运装备,广泛应用于国民经济各个部门。在国家“安全、高效、绿色、和谐”应用需求的牵引下,针对起重机械这一复杂系统,如何有效地开展复杂系统健康理论、金属结构损伤指标获取、设备零件安全指标获取、以及健康状态综合评价等研究,提前及时发现系统“病态”程度,做到“早预防、早发现、早治疗”,实现“治小病、防大病”。迄今为止,国内起重机械健康状态的定位、识别、诊断、评估尚无具体标准可依,基于健康理念下的监测手段和技术水平总体上仍处于起步阶段,复杂系统健康理论匮乏,综合评价指标体系仍不够完善。针对上述问题,本文主要开展如下研究工作:(1)针对起重机械健康状态,开展复杂系统健康理论研究。从“健康”理念的内涵出发,以模糊数学理论为基础,构建健康状态监测体系,提出健康监测系统的基本原理和思路;结合物联网技术和健康监测技术,进行桥(门)式起重机CHMS-IoT总体方案设计。(2)针对起重机械金属结构,开展健康监测理论与应用研究。从“损伤”的定义与特征出发,构建金属结构健康监测的总体设计方案;以易损性分析方法和区域分布传感理论为基础,提出传感系统的测点最优布设方案;在结构位移、应变和载荷等状态参数识别基础上,采用应变比值法和动态广义影响线法以获取结构损伤指标。(3)针对起重机械人-机系统,开展起重机械本质安全化理论与应用研究。从设备“故障”的定义与特征出发,构建起重机械本质安全化理论体系;采用人因可靠性分析(HRA)方法对起重作业人员进行行为建模与操作可靠度分析;针对起升制动系统中的功能安全,构建设备系统安全功能配置模型,进行安全完整性等级(SIL)评估。(4)针对起重机械系统和子系统,开展起重机械综合性能评价方法研究。针对检测或监测的历史样本数据,采用灰色关联度分析(GRA)和粗糙集(RS)理论的数据分阶段处理,实现样本数据的精简择优;采用改进GA-BP算法构建隶属度到健康度的映射关系模型,获得子系统健康度(HD)等级(三级制);采用层次分析法和模糊综合评判法,构建系统综合评价指标体系和评判准则,获得系统健康度(HD_S)等级(五级制)。(5)起重机械健康监测综合评价系统开发与应用。基于VC++6.0/C#软件平台,封装集成本文所述理论和方法,进行“起重机械健康监测综合评价系统”开发,为在役中的起重机械健康评估提供进一步的软件技术支持。