突破 創(chuàng)新 變革

——記天津市特檢院特種設(shè)備數(shù)字孿生共性技術(shù)科研團隊

□ 本報記者 唐志紅 實習(xí)記者 孫惠賢

當(dāng)前，特種設(shè)備智慧監(jiān)管亟待解決精準(zhǔn)分級分類風(fēng)險管控、精準(zhǔn)隱患排查治理、精準(zhǔn)個性化監(jiān)管及精準(zhǔn)事前預(yù)測能力的問題。近日，記者走進(jìn)天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院（以下簡稱“天津市特檢院”）數(shù)字孿生實驗室，在這里找到了答案。

2021年9月，國家市場監(jiān)管重點實驗室（特種設(shè)備數(shù)字孿生共性技術(shù)）依托天津市特檢院獲批籌建。該院特種設(shè)備數(shù)字孿生共性技術(shù)科研團隊（以下簡稱“團隊”）刻苦攻關(guān)，促進(jìn)數(shù)字孿生共性技術(shù)從“孕育初生”到“煥然一新”。

管道安全檢測是特種設(shè)備檢驗檢測工作的“重頭戲”。去年，管道快速檢測技術(shù)研發(fā)工程師李超月迎來升級后的第三代管道檢測設(shè)備，也是目前便攜性最高的一代設(shè)備。

以前，檢測人員需要攜帶重量超過15公斤的檢測設(shè)備，還未抵達(dá)檢測現(xiàn)場已經(jīng)疲憊不堪。為了解決這一長期受困擾的問題，李超月及其團隊成員不斷升級設(shè)備內(nèi)部模塊和外部形態(tài)，管道檢測設(shè)備迎來當(dāng)前最袖珍的一代。

相比于第二代設(shè)備，第三代設(shè)備在其基礎(chǔ)上實現(xiàn)了集成化。增加內(nèi)置電源模塊和可插拔、可更換電源，電池續(xù)航工作可達(dá)6小時，因外置電源帶來的檢測不便問題得到解決……“最初交流電磁檢測傳感器體積較大，無法定量。通過進(jìn)一步的改進(jìn)優(yōu)化，針對不同檢測需求設(shè)計了4款傳感器并實現(xiàn)了缺陷的定量分析?！崩畛赂嬖V記者。

沒有達(dá)到預(yù)期目的的實驗都是“零”成果——這是團隊成員的共識。

實驗室創(chuàng)建之初，負(fù)責(zé)電梯典型故障與事故防控數(shù)字孿生研究的工程師郭青源在堆滿雜物和實驗設(shè)備的平臺大廳搭建起電梯曳引機模型。

曳引機作為電梯的動力單元，其制動力和曳引力是影響電梯安全運行的關(guān)鍵因素。曳引機模型可有效測試曳引機內(nèi)部運行狀態(tài)及相關(guān)部件耦合帶來的事故風(fēng)險，必須盡快建起來。

“針對電梯長周期運行下制動性能會衰減的潛在風(fēng)險，我們設(shè)計了一套激發(fā)裝置來模擬制動性能衰減的過程，同時設(shè)計多源異構(gòu)傳感器測試制動性能，就每種可能性進(jìn)行不同的嘗試?？此坪唵蔚臏y試，其實每種外力影響都要在不同工況下測試幾千次以上才能確保其準(zhǔn)確性?！惫嘣凑f，“最終，我們發(fā)現(xiàn)制動加速度是監(jiān)測制動力性能關(guān)鍵指標(biāo)之一。”

搭建模型、傳感器調(diào)試、彈簧彈力衰減測試……關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過。然而，需要傳輸?shù)凝嬰s的海量數(shù)據(jù)、算法選取，讓郭青源及其團隊犯了難。

測試數(shù)據(jù)傳輸是一項浩大的工程。如何精準(zhǔn)采集數(shù)據(jù)？如何設(shè)置合適算法？如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸？最終，該團隊克服重重挑戰(zhàn)，經(jīng)過深入研究和多輪實驗，成功選擇并實施了最適合的人工智能算法，提取了最能反映問題的特征，結(jié)合數(shù)據(jù)壓縮和加密技術(shù)，構(gòu)建起高效的實時數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)，確保了算法設(shè)置的有效性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

兩周時間，一組組數(shù)據(jù)在被重建的數(shù)字海洋中篩選出來。

非線性實驗、異形管道傳感實驗、管道流場變化實驗……為了保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性，團隊不斷將實驗過程和結(jié)果推倒重建。幾萬次的重復(fù)動作只為得出最精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，有時實驗傳感器就要制作數(shù)十個。

“自2023年9月至今，數(shù)字孿生實驗室創(chuàng)新發(fā)展新申請科研項目5項，發(fā)表高水平論文13篇，申請發(fā)明專利6項，牽頭或參與編制標(biāo)準(zhǔn)13項?！碧旖蚴刑貦z院科技開發(fā)中心負(fù)責(zé)人王璇向記者表示，數(shù)字孿生的科研目標(biāo)很明確，近期規(guī)劃是打通數(shù)字孿生特種設(shè)備應(yīng)用的技術(shù)通道，中期是智慧監(jiān)管助力智慧城市，遠(yuǎn)期是構(gòu)建特種設(shè)備新發(fā)展格局。

目前，數(shù)字孿生檢測技術(shù)及設(shè)備已在實際工程中應(yīng)用，更高階段的孿生技術(shù)正在推廣中。實驗室搭建了電梯曳引機、管道沖蝕數(shù)字孿生平臺，實現(xiàn)了電梯曳引機智能運維以及管道沖蝕壽命精準(zhǔn)預(yù)測，打通了數(shù)字孿生技術(shù)在機電類、承壓類設(shè)備中的應(yīng)用路徑，填補了國內(nèi)數(shù)字孿生技術(shù)在特種設(shè)備行業(yè)應(yīng)用的空白。

《中國質(zhì)量報》