Istnieje w obrębie maszyn roboczych, tzn.: dźwignic, maszyn do robót ziemnych, maszyn górnictwa odkrywkowego, maszyn drogowych itp., grupa maszyn zwanych zwyczajowo ciężkimi. Za tym upraszczającym określeniem kryje się także dość złożona specyfika ich istnienia, realizacji cyklu życia. Dotyczy ona praktycznie wszystkich faz tego cyklu: projektowania, wytwarzania, eksploatacji. Przedstawicieli tej grupy maszyn można szukać wśród: kołowych żurawi samojezdnych, koparek kroczących, koparek wieloczerpakowych, koparek jednonaczyniowych, żurawi portowych, gąsienicowych itp.
Znakomita ich większość cechuje:

• wielkie wymiary gabarytowe
• olbrzymie masy własne
• jednostkowość wytwarzania
• znaczny udział masowy i wymiarowy konstrukcji nośnej
• olbrzymie wydajności operacyjne

Przedstawione cechy charakterystyczne wyżej wymienionej grupy maszyn wyraźnie uwypuklają znaczenie ich konstrukcji nośnych. Stanowią one zawsze przeważającą część obiektu zarówno od strony masowej jak i gabarytowej, z tej racji poszukiwanie różnorodnych oszczędności, przynoszących następnie korzyści zarówno w sferach wytwarzania jak i użytkowania, ma tendencje do dokonywania się głównie na drodze „modyfikacji”, czynionych w obrębie konstrukcji nośnej i polega na zwiększaniu jej wysilania, stosowaniu stali o podwyższonej bądź wysokiej wytrzymałości, w zależności od uwarunkowań ekonomiczno-formalnych.

Znaczenie konstrukcji nośnej w ujęciu ekonomicznym ilustruje rys. 1. Przedstawiono na nim informacje dotyczące portowego przeładunkowego żurawia portalowego.

Zarazem konstrukcja nośna tych maszyn poddawana jest w trakcie eksploatacji procesom obciążeniowym o wysokiej intensywności. To znaczy, że w poszczególnych węzłach konstrukcji występują liczne i o wysokich wartościach amplitud cykle zmian naprężeń. W takiej sytuacji dominującym procesem degradacyjnym staje się zmęczenie. Ono określa zasób eksploatacyjny (resurs) wyrobu, „wspomagane” przez procesy korozyjne.

Dążenie do zmniejszenia masy, realizowane poprzez ograniczanie wymiarów przekrojów poszczególnych elementów oraz stosowanie stali o wysokiej wytrzymałości, prowadzi do dalszej intensyfikacji procesów degradacyjnych. Dochodzi bowiem do wzrostu wytężenia w złączach spawanych węzłów konstrukcyjnych przy jednoczesnym pozostawieniu ich wytrzymałości zmęczeniowej na niezmienionym poziomie. Określenia stal podwyższonej bądź wysokiej wytrzymałości dotyczą tylko granicy plastyczności i wytrzymałości doraźnej materiału rodzimego. Ewentualną poprawę charakterystyk wytrzymałości zmęczeniowej uzyskać można jedynie stosując kosztowne obróbki pospawalnicze złączy spawanych np. szlifowanie bądź przetapianie prowadzone wzdłuż linii wtopu spoiny, czy wyżarzanie odprężające całych podzespołów konstrukcji nośnych, jeszcze droższe.

Rys.1. Struktura nakładów kapitałowych w procesie wytwarzania żurawia portalowego

Zwiększanie wytężenia czyni konstrukcję nośną mniej sztywną, ulegającą zwiększonym odkształceniom. To kolejny czynnik, powstający niejako samoistnie, prowadzący do dalszego zwiększenia wytężenia, tak stałego jak i zmiennego.

Połączenie wysokiej intensywności eksploatacji (zarówno w zakresie obciążeń, czasu pracy jak i oddziaływania środowiska), stosowania stali o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości (szczególnie wrażliwych zmęczeniowo), dominującym udziale technologii spawania w wytwarzaniu konstrukcji nośnej, także rosnących wymaganiach dotyczących dyspozycyjności (gotowości) użytkowej (podbudowanej silnie czynnikami ekonomicznymi), wraz z potrzebą zapewnienia wysokiego stopnia bezpieczeństwa użytkowania, będącego współcześnie coraz silniejszym atrybutem jakości życia społeczeństw (chociażby problemy zapewnienia ciągłości dostaw energii, towarów, realizacji usług transportowych itp.) itd., itd., stwarza sytuacje, w której dochodzi do konieczności wprowadzenia zmian w filozofii przebiegu cyklu życia ww. obiektów. Generalnym efektem tych zmian powinno być sprostanie aktualnym wymogom odnoszonym do poszczególnych faz cyklu życia wyrobu, realizowanym przy minimalnych kosztach jego przebiegu, traktowanego łącznie. W tej sytuacji, w dążeniu do zmniejszania zagrożenia pękaniem zmęczeniowym, także w dążeniu do wydłużania zasobu eksploatacyjnego konstrukcji nośnych, uprzednio przedstawionej grupy maszyn, należałoby zmierzać do ściślejszego powiązania wszystkich trzech faz „życia” wyrobu, a szczególnie fazy projektowania z fazą eksploatacji.

Wydaje się, że najwłaściwszym byłoby sięgnąć po doświadczenia jakie niesie eksploatacja wyrobu prowadzona według strategii stanu technicznego. Ścisłe sprzężenie jej z fazą projektowania, w obydwie strony, mogłoby, przy stworzeniu odpowiedniego układu powiązań wzajemnych, przynieść wymierne korzyści w zakresie zmniejszenia zagrożenia pękaniem zmęczeniowym i przedłużenia zasobu eksploatacyjnego. Tkwią w nich bardzo silnie zarówno aspekty bezpieczeństwa jak i ekonomii.

W tej sytuacji wprowadzenie strategii – SST może przyczynić się zarówno do poprawy efektów ekonomicznych poprzez spowolnienie i jednocześnie kontrolowanie przebiegu procesów degradacyjnych (zmniejszona liczba uszkodzeń, zanik awarii, wydłużenie zasobu eksploatacyjnego, tym samym także ograniczenia postojów, itp.) jak i poprawy stanu bezpieczeństwa, co również ma swój silny wyraz ekonomiczny, a nie tylko etyczny. Ponadto ten wyraz ekonomiczny ma szerokie oddziaływanie społeczne – koszty leczenia, ubezpieczenia itd., także spadek reputacji.

Strategie stanu technicznego można określać jako ciągły lub okresowy pomiar i interpretacje danych – symptomów wskazujących na stan – stopień degradacji obiektu i posiadając tą wiedzę prowadzić, adekwatnie do stopnia zagrożenia, działania zapobiegawcze przed wystąpieniem uszkodzeń, awarii katastrof, a generalnie powodujące wydłużenie zasobu eksploatacyjnego.

W przypadku degradacji zmęczeniowej, w dodatku złożonego i odpowiedzialnego obiektu, wytwarzanego jednostkowo, lub prawie jednostkowo, jest to zadanie szczególnie trudne. Także z racji mocno niedostatecznej wiedzy o samym zjawisku zmęczenia.

Ponadto omawiane obiekty przeznaczone są z reguły do długiego a nawet bardzo długiego okresu eksploatacji, przy jednoczesnej możliwości zmiany warunków eksploatacji. Obydwa czynniki utrudniają przeprowadzenie procesu ich zwymiarowania w zakresie wytrzymałości zmęczeniowej.

Proponowana, zintegrowana procedura projektowania, wytwarzania i eksploatacji ma za zadanie doprowadzić do wzajemnego możliwie ścisłego powiązania tych trzech podstawowych faz cyklu życia wyrobu posługując się zasadami z obszaru teorii zmęczenia i mechaniki pękania, a zarazem doprowadzić do realizacji oceny ryzyka w ujęciu ilościowym, opartym w możliwie maksymalnym stopniu o te zasady.