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(tuán)隊(duì)

□ 本報(bào)記者 唐志紅 實(shí)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(jí)分類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)管控、精準(zhǔn)隱患排查治理、精準(zhǔn)個(gè)性化監(jiān)管及精準(zhǔn)事前預(yù)測(cè)能力的問(wèn)題。近日，記者走進(jìn)天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“天津市特檢院”）數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)室，在這里找到了答案。

2021年9月，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“團(tuán)隊(duì)”）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(cè)是特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)工作的“重頭戲”。去年，管道快速檢測(cè)技術(shù)研發(fā)工程師李超月迎來(lái)升級(jí)后的第三代管道檢測(cè)設(shè)備，也是目前便攜性最高的一代設(shè)備。

以前，檢測(cè)人員需要攜帶重量超過(guò)15公斤的檢測(cè)設(shè)備，還未抵達(dá)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)疲憊不堪。為了解決這一長(zhǎng)期受困擾的問(wèn)題，李超月及其團(tuán)隊(duì)成員不斷升級(jí)設(shè)備內(nèi)部模塊和外部形態(tài)，管道檢測(cè)設(shè)備迎來(lái)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(shí)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(shí)，因外置電源帶來(lái)的檢測(cè)不便問(wèn)題得到解決……“最初交流電磁檢測(cè)傳感器體積較大，無(wú)法定量。通過(guò)進(jìn)一步的改進(jìn)優(yōu)化，針對(duì)不同檢測(cè)需求設(shè)計(jì)了4款傳感器并實(shí)現(xiàn)了缺陷的定量分析?！崩畛赂嬖V記者。

沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目的的實(shí)驗(yàn)都是“零”成果——這是團(tuán)隊(duì)成員的共識(shí)。

實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建之初，負(fù)責(zé)電梯典型故障與事故防控?cái)?shù)字孿生研究的工程師郭青源在堆滿雜物和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的平臺(tái)大廳搭建起電梯曳引機(jī)模型。

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

“針對(duì)電梯長(zhǎng)周期運(yùn)行下制動(dòng)性能會(huì)衰減的潛在風(fēng)險(xiǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套激發(fā)裝置來(lái)模擬制動(dòng)性能衰減的過(guò)程，同時(shí)設(shè)計(jì)多源異構(gòu)傳感器測(cè)試制動(dòng)性能，就每種可能性進(jìn)行不同的嘗試?？此坪?jiǎn)單的測(cè)試，其實(shí)每種外力影響都要在不同工況下測(cè)試幾千次以上才能確保其準(zhǔn)確性?！惫嘣凑f(shuō)，“最終，我們發(fā)現(xiàn)制動(dòng)加速度是監(jiān)測(cè)制動(dòng)力性能關(guān)鍵指標(biāo)之一?！?/p>

搭建模型、傳感器調(diào)試、彈簧彈力衰減測(cè)試……關(guān)關(guān)難過(guò)關(guān)關(guān)過(guò)。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(tuán)隊(duì)犯了難。

測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸是一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸？最終，該團(tuán)隊(duì)克服重重挑戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)深入研究和多輪實(shí)驗(yàn)，成功選擇并實(shí)施了最適合的人工智能算法，提取了最能反映問(wèn)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(shí)時(shí)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?shí)時(shí)性。

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

非線性實(shí)驗(yàn)、異形管道傳感實(shí)驗(yàn)、管道流場(chǎng)變化實(shí)驗(yàn)……為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，團(tuán)隊(duì)不斷將實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果推倒重建。幾萬(wàn)次的重復(fù)動(dòng)作只為得出最精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，有時(shí)實(shí)驗(yàn)傳感器就要制作數(shù)十個(gè)。

“自2023年9月至今，數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新發(fā)展新申請(qǐng)科研項(xiàng)目5項(xiàng)，發(fā)表高水平論文13篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)，牽頭或參與編制標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng)。”天津市特檢院科技開(kāi)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(cè)技術(shù)及設(shè)備已在實(shí)際工程中應(yīng)用，更高階段的孿生技術(shù)正在推廣中。實(shí)驗(yàn)室搭建了電梯曳引機(jī)、管道沖蝕數(shù)字孿生平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了電梯曳引機(jī)智能運(yùn)維以及管道沖蝕壽命精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，打通了數(shù)字孿生技術(shù)在機(jī)電類(lèi)、承壓類(lèi)設(shè)備中的應(yīng)用路徑，填補(bǔ)了國(guó)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(guó)質(zhì)量報(bào)》