一、背景及需求

工程机械行业是为国家基础建设提供技术装备的战略性产业，同时也是装备制造业中最重要的子行业，属于国家重点鼓励发展的领域之一，其制造技术的发展能够充分带动装备制造业产业升级和技术进步，是国家综合实力的集中体现。同时，工程机械面对市场经济、参与全球竞争，先进的制造技术已成为企业的核心竞争力。

起重机作为工程机械的一大类，用户对起重机械的安全性、可靠性、准确性、平稳性等要求越来越高。同时科技也在不断进步，无线通讯技术、检测及传感器技术、人工智能、PLC 及变频器等基础自动化技术以及信息技术的发展，智能制造时代已经到来。传统的人工手动操作已经不适应现代企业高效运转需要。大多数生产现场存在环境较差、高温、粉尘、工人劳动强度高、效率低、安全可靠性差、人身伤害事故多发等问题，因此企业人工成本很高。

起重机智能化就是把一些智能技术应用于起重机，使起重机能够自动完成起重任务，具有自动控制的操作和移动功能、可编程、具有人机交互功能和自诊断功能，能自动识别周围环境，模拟人的操作、自动起吊运送物料。不再需要专业的操作工，只需 1 名工作人员在中央控制室内就能监控数台起重机按生产需求有效作业。

同时随着我国城镇化的稳步推进，基建需求持续扩张，工地数量不断增加。原有的管理方法逐渐呈现出弊端，为了加强工地管理，降低事故发生率，在先进技术的支持下，智慧工地应运而生。 "智慧工地" 整体建设以智慧工地云平台为核心，充分利用物联网、AI、云计算、大数据、MESH等新一代信息技术，基于云平台与现场多个子系统的互联，实现业务间的互联互通，数据应用，协同共享。2020年住房城乡建设部等13部委联合印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，明确提出建筑业智能化需求，要求在建设过程中，减少对人的依赖，达到安全建造的目的，提高建筑的性价比和可靠性。起重机作为智慧工地的重要组成部分，对其智能化发展有着迫切的需求。

二、国内外发展现状与趋势

在起重机智能化程度方面，国外研究起步较早，在理论研究和技术应用方面都取得了一些成果，所研制的起重机在零部件智能化、智能驾驶舱、智能操作舱、视频监控预警、智能规划及智能作业、智能驾驶、远程数据监管等方面都有了一定的研究成果。国内也有对起重机的某些范畴进行了研究，但智能技术应用程度一般。目前国内外起重机智能化研究主要包括以下方面：

1. 安全监控和故障诊断

利用可编程控制器PLC模块以及人机交互模块等为操作人员提供更直观、全面的系统工作参数和状态信息，进而提高整机控制技术水平和应用效率。利用人工神经网络理论对起重机机械系统工作状态进行智能监测和故障诊断，快速确定故障类型，提高了故障诊断率。

远程监控是本地计算机通过网络系统对远端进行监视和控制，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。

2. 精确定位和智能防摆

针对起重机的精确定位和防摆控制，国外研究采用的控制方法多种多样，比如经典控制、现代控制、最优控制、自适应控制、非线性控制、模糊控制、神经网络控制、滑块变结构控制以及多种控制方法的结合。

20世纪80年代，中国开始研究起重机定位和防摆动控制。多个高校和企业参与设计的时延滤波器控制器和基于目标的动态加权模糊控制器，在仿真和应用中表明了方法的有效性。

3. 结构智能优化设计

随着以有限元为代表的结构分析能力的完善以及智能优化算法的发展，使得结构优化设计这一新方法开始进入应用阶段。提高起重机的技术性能，减轻起重机的自重 ，对起重机金属结构进行优化设计，是起重机研究的重要方向。目前应用于结构智能优化设计的方法主要有遗传算法、模拟退火算法、神经网络等。

4、遥控技术

开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，复杂条件下的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。

国内研发的一款起重机遥控系统，将起重机司机从高空移到地面，可直接与检修人员联系，共同操作起重机，从而提高了起重机吊装的安全性和精确性。

5、起重机智能吊装和自动驾驶

起重机的智能吊装包括作业场景的三维环境感知、吊装方案的智能决策、吊装自动控制和人机交互智能座舱。自动驾驶则包括起重机自动驾驶硬件平台研发、软件算法开发和应急接管系统平台开发。起重机智能吊装和自动驾驶智能化程度较高，也是未来起重机智能化的发展趋势，目前国内和国外均没有实际应用，都处在概念研发阶段。

三、市场前景分析

工程起重机行业受经济运行周期和国家建设投资力度的影响较大，市场表现有影响力大、美誉度高、安全要求严苛等特点，属技术、资金密集型产业，制造企业进入门槛较高。工程起重机根据工作形式分为移动式起重机和固定式起重机。2020年1月-11月，全国移动式起重机中汽车起重机、随车起重机、履带式起重机、轮胎起重机销量分别为49,565、17,699、2,880、268台，固定式起重机（塔吊）预估4万台。

其中汽车起重机作为我国移动式起重机中的一大类，广泛应用于交通、油田、矿山、港口、钢铁、水电、军工以及各种工程建设等行业，是当前应用非常广泛的起重运输设备。受益于国内基建需求增加和外销向好，国内环保政策收紧的情况下，我国汽车起重机销量自2017年以来增长十分迅速，2020年全年汽车起重机实现销量54176台，同比大幅增长26.1%。2017-2020年我国汽车起重机在工程起重机销量中的占比从61.67%提升至69.53%

四、未来展望和产品规划

根据市场发展需求，未来将加大高端工程机械智能化产品前期研究、试验、新技术应用，开展全生命周期设计技术、重载运动智能控制技术、智能服务技术等领域技术研究。利用工业互联网、人工智能和区块链等新技术，推动智能化产品的研发和推广作用，实现在工地的全场景、全设备、全天候互联互通，运用数据连接、施工作业规划、机群系统自主作业