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近日，工業(yè)和信息化部等單位聯(lián)合公布了“2025年元宇宙典型案例”名單，河南省高端裝備智能制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱“高端裝備實(shí)驗(yàn)室”）研發(fā)的“人工智能模型驅(qū)動(dòng)的制造裝備數(shù)字孿生管控系統(tǒng)”成功入選。

為響應(yīng)國(guó)家突破“卡脖子”技術(shù)的戰(zhàn)略導(dǎo)向，滿足河南制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需求，鄭州輕工業(yè)大學(xué)攜手中信重工機(jī)械股份有限公司、國(guó)創(chuàng)智能礦山裝備研究院（洛陽(yáng)）有限公司，聯(lián)合組建高端裝備實(shí)驗(yàn)室。

作為河南高端裝備智能制造領(lǐng)域的“攻堅(jiān)樞紐”，高端裝備實(shí)驗(yàn)室聚焦高端礦山裝備、智能隧道掘進(jìn)、特種機(jī)器人等特色產(chǎn)業(yè)方向，圍繞高端裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)字孿生、大型基礎(chǔ)件高性能制造等關(guān)鍵領(lǐng)域展開系統(tǒng)性研究，為區(qū)域產(chǎn)業(yè)升級(jí)注入強(qiáng)勁動(dòng)能。

構(gòu)建制造裝備“虛擬分身”

“數(shù)字孿生，簡(jiǎn)單來說，就是為物理裝備在數(shù)字世界中構(gòu)建一個(gè)精準(zhǔn)的‘虛擬分身’，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)之間的協(xié)同優(yōu)化，這與元宇宙的理念不謀而合?！痹诟叨搜b備實(shí)驗(yàn)室，數(shù)字孿生課題負(fù)責(zé)人王昊琪向記者詳細(xì)解釋道，像巨型立磨、飛機(jī)機(jī)翼這類裝備，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造價(jià)高昂，在運(yùn)行過程中還面臨著強(qiáng)振動(dòng)、應(yīng)力集中等諸多棘手難題，而數(shù)字孿生技術(shù)正是破解這些難題的關(guān)鍵“鑰匙”。

為此，鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院院長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)室高端裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)字孿生方向帶頭人李浩帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合廣東工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校的科研團(tuán)隊(duì)，與中信重工機(jī)械股份有限公司、鄭州恒達(dá)智控科技股份有限公司等企業(yè)開展了長(zhǎng)達(dá)8年的產(chǎn)學(xué)研合作，研發(fā)出國(guó)際領(lǐng)先的制造裝備數(shù)字孿生系統(tǒng)。

“通俗地講，這個(gè)數(shù)字孿生系統(tǒng)就是為高端裝備量身定制一個(gè)虛擬的‘孿生兄弟’。一臺(tái)機(jī)器設(shè)備狀況如何，可以通過數(shù)字世界中的‘孿生兄弟’清晰感知、實(shí)時(shí)同步，就像照鏡子一樣?！崩詈平榻B。目前，該數(shù)字孿生系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于水泥、礦山、建材、冶金等領(lǐng)域。

“過去管理一座礦山，需要大量人力。如今，利用數(shù)字孿生系統(tǒng)進(jìn)行場(chǎng)景建模，兩三個(gè)工作人員便可掌握整個(gè)礦區(qū)井下設(shè)備及人員狀態(tài)。”王昊琪說。

目前，高端裝備實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)還與中國(guó)商飛上海飛機(jī)制造有限公司聯(lián)合成立了大飛機(jī)數(shù)字孿生裝配研究組，基于一系列數(shù)字孿生技術(shù)的新成果，有望提升測(cè)量精度和裝配效率，為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的大批量生產(chǎn)作出貢獻(xiàn)。

攻關(guān)盾構(gòu)機(jī)核心技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)在交通、能源、國(guó)防等重大工程中扮演著至關(guān)重要的角色。而讓這臺(tái)地下“巨獸”能夠在復(fù)雜地質(zhì)條件下暢行無阻的核心技術(shù)，正是高端裝備實(shí)驗(yàn)室教授肖艷秋團(tuán)隊(duì)主持完成的“泥水平衡盾構(gòu)機(jī)高性能環(huán)流系統(tǒng)自主研制及應(yīng)用”成果。該成果憑借其卓越的創(chuàng)新性和實(shí)用性，榮獲2024年度河南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

肖艷秋介紹，環(huán)流系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)的“大動(dòng)脈”，它通過泥漿循環(huán)形成“泥膜”穩(wěn)定開挖面，將切削的渣土排出隧道，并承擔(dān)排污功能，其性能直接影響施工安全、效率。然而，長(zhǎng)期以來，環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)一直被國(guó)外壟斷。歷經(jīng)十余年的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān)，肖艷秋團(tuán)隊(duì)成功突破了復(fù)雜地質(zhì)下多點(diǎn)位渣石防滯失效、多級(jí)配渣石流速匹配失衡、大斷面壓力平衡調(diào)控失穩(wěn)三大環(huán)流系統(tǒng)構(gòu)建核心難題。

“通過環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，我們徹底打破了國(guó)外品牌的壟斷局面，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)的全國(guó)產(chǎn)化?！毙てG秋說。

目前，泥水平衡盾構(gòu)機(jī)高性能環(huán)流系統(tǒng)已成功應(yīng)用于百余臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，服務(wù)于汕頭海灣隧道、波蘭公路隧道、新加坡湯申線地鐵建設(shè)等73項(xiàng)國(guó)內(nèi)外重大工程。我國(guó)環(huán)流系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了從“卡脖子”到“領(lǐng)跑行業(yè)”的跨越式發(fā)展。

保障大型設(shè)備健康運(yùn)行

由于工況復(fù)雜多變，巨型立磨、重型機(jī)械等大型裝備的安全高效運(yùn)行成為重大項(xiàng)目順利實(shí)施的保障。高端裝備實(shí)驗(yàn)室教授杜文遼團(tuán)隊(duì)牽頭完成的“大型機(jī)械裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與智能診斷關(guān)鍵技術(shù)”，為這些“大塊頭”裝上了“智能健康助理”。該技術(shù)榮獲2022年度河南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

“大型高端裝備普遍面臨著多源激勵(lì)下結(jié)構(gòu)分析難、強(qiáng)噪聲中微弱故障提取難、樣本不平衡及復(fù)合故障診斷精度低等諸多難題。”杜文遼介紹，科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近十年的不懈攻關(guān)，成功揭示了設(shè)備激勵(lì)—?jiǎng)偠取駝?dòng)—性能退化的作用機(jī)理，開發(fā)出多域特征提取技術(shù)，建立了適配樣本不平衡與復(fù)合故障的智能診斷模型，打造出集信息采集、數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能診斷于一體的運(yùn)維平臺(tái)。

目前，該成果已在中信重工機(jī)械股份有限公司、河南黃河旋風(fēng)股份有限公司等企業(yè)得到推廣應(yīng)用，為礦山、建材、超硬材料制造等行業(yè)的裝備安全高效運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

李浩說，高端裝備實(shí)驗(yàn)室以“高校出智力、企業(yè)出場(chǎng)景、市場(chǎng)驗(yàn)成果”的協(xié)同模式，構(gòu)建起覆蓋“基礎(chǔ)研究—技術(shù)攻關(guān)—成果轉(zhuǎn)化”的完整創(chuàng)新鏈條，持續(xù)推動(dòng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)迭代升級(jí)，助力河南制造業(yè)向高端化、智能化、綠色化穩(wěn)步邁進(jìn)，為大國(guó)制造注入源源不斷的智慧與力量。