突破 創(chuàng)新 變革

——記天津市特檢院特種設備數(shù)字孿生共性技術科研團隊

□ 本報記者 唐志紅 實習記者 孫惠賢

當前，特種設備智慧監(jiān)管亟待解決精準分級分類風險管控、精準隱患排查治理、精準個性化監(jiān)管及精準事前預測能力的問題。近日，記者走進天津市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院（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（特種設備數(shù)字孿生共性技術）依托天津市特檢院獲批籌建。該院特種設備數(shù)字孿生共性技術科研團隊（以下簡稱“團隊”）刻苦攻關，促進數(shù)字孿生共性技術從“孕育初生”到“煥然一新”。

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

以前，檢測人員需要攜帶重量超過15公斤的檢測設備，還未抵達檢測現(xiàn)場已經疲憊不堪。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備內部模塊和外部形態(tài)，管道檢測設備迎來當前最袖珍的一代。

相比于第二代設備，第三代設備在其基礎上實現(xiàn)了集成化。增加內置電源模塊和可插拔、可更換電源，電池續(xù)航工作可達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。通過進一步的改進優(yōu)化，針對不同檢測需求設計了4款傳感器并實現(xiàn)了缺陷的定量分析。”李超月告訴記者。

沒有達到預期目的的實驗都是“零”成果——這是團隊成員的共識。

實驗室創(chuàng)建之初，負責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鍵因素。曳引機模型可有效測試曳引機內部運行狀態(tài)及相關部件耦合帶來的事故風險，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險，我們設計了一套激發(fā)裝置來模擬制動性能衰減的過程，同時設計多源異構傳感器測試制動性能，就每種可能性進行不同的嘗試?？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)測制動力性能關鍵指標之一?！?/p>

搭建模型、傳感器調試、彈簧彈力衰減測試……關關難過關關過。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。如何精準采集數(shù)據(jù)？如何設置合適算法？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，結合數(shù)據(jù)壓縮和加密技術，構建起高效的實時數(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果推倒重建。幾萬次的重復動作只為得出最精準的數(shù)據(jù)結果，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，牽頭或參與編制標準13項。”天津市特檢院科技開發(fā)中心負責人王璇向記者表示，數(shù)字孿生的科研目標很明確，近期規(guī)劃是打通數(shù)字孿生特種設備應用的技術通道，中期是智慧監(jiān)管助力智慧城市，遠期是構建特種設備新發(fā)展格局。

目前，數(shù)字孿生檢測技術及設備已在實際工程中應用，更高階段的孿生技術正在推廣中。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預測，打通了數(shù)字孿生技術在機電類、承壓類設備中的應用路徑，填補了國內數(shù)字孿生技術在特種設備行業(yè)應用的空白。

《中國質量報》