科技日报记者 张毅力 通讯员 郭世杰
近日，工业和信息化部等单位联合公布了“2025年元宇宙典型案例”名单，河南省高端装备智能制造重点实验室（以下简称“高端装备实验室”）研发的“人工智能模型驱动的制造装备数字孪生管控系统”成功入选。
为响应国家突破“卡脖子”技术的战略导向，满足河南制造业高质量发展需求，郑州轻工业大学携手中信重工机械股份有限公司、国创智能矿山装备研究院（洛阳）有限公司，联合组建高端装备实验室。
作为河南高端装备智能制造领域的“攻坚枢纽”，高端装备实验室聚焦高端矿山装备、智能隧道掘进、特种机器人等特色产业方向，围绕高端装备优化设计与数字孪生、大型基础件高性能制造等关键领域展开系统性研究，为区域产业升级注入强劲动能。
构建制造装备“虚拟分身”
“数字孪生，简单来说，就是为物理装备在数字世界中构建一个精准的‘虚拟分身’，实现虚实之间的协同优化，这与元宇宙的理念不谋而合。”在高端装备实验室，数字孪生课题负责人王昊琪向记者详细解释道，像巨型立磨、飞机机翼这类装备，不仅结构复杂且造价高昂，在运行过程中还面临着强振动、应力集中等诸多棘手难题，而数字孪生技术正是破解这些难题的关键“钥匙”。
为此，郑州轻工业大学机电工程学院院长、实验室高端装备优化设计与数字孪生方向带头人李浩带领科研团队联合广东工业大学、北京航空航天大学等高校的科研团队，与中信重工机械股份有限公司、郑州恒达智控科技股份有限公司等企业开展了长达8年的产学研合作，研发出国际领先的制造装备数字孪生系统。
“通俗地讲，这个数字孪生系统就是为高端装备量身定制一个虚拟的‘孪生兄弟’。一台机器设备状况如何，可以通过数字世界中的‘孪生兄弟’清晰感知、实时同步，就像照镜子一样。”李浩介绍。目前，该数字孪生系统已广泛应用于水泥、矿山、建材、冶金等领域。
“过去管理一座矿山，需要大量人力。如今，利用数字孪生系统进行场景建模，两三个工作人员便可掌握整个矿区井下设备及人员状态。”王昊琪说。
目前，高端装备实验室团队还与中国商飞上海飞机制造有限公司联合成立了大飞机数字孪生装配研究组，基于一系列数字孪生技术的新成果，有望提升测量精度和装配效率，为国产大飞机的大批量生产作出贡献。
攻关盾构机核心技术
盾构机在交通、能源、国防等重大工程中扮演着至关重要的角色。而让这台地下“巨兽”能够在复杂地质条件下畅行无阻的核心技术，正是高端装备实验室教授肖艳秋团队主持完成的“泥水平衡盾构机高性能环流系统自主研制及应用”成果。该成果凭借其卓越的创新性和实用性，荣获2024年度河南省科学技术进步奖一等奖。
肖艳秋介绍，环流系统是盾构机的“大动脉”，它通过泥浆循环形成“泥膜”稳定开挖面，将切削的渣土排出隧道，并承担排污功能，其性能直接影响施工安全、效率。然而，长期以来，环流系统关键技术一直被国外垄断。历经十余年的产学研协同攻关，肖艳秋团队成功突破了复杂地质下多点位渣石防滞失效、多级配渣石流速匹配失衡、大断面压力平衡调控失稳三大环流系统构建核心难题。
“通过环流系统关键技术攻关，我们彻底打破了国外品牌的垄断局面，实现了盾构机的全国产化。”肖艳秋说。
目前，泥水平衡盾构机高性能环流系统已成功应用于百余台盾构机，服务于汕头海湾隧道、波兰公路隧道、新加坡汤申线地铁建设等73项国内外重大工程。我国环流系统也实现了从“卡脖子”到“领跑行业”的跨越式发展。
保障大型设备健康运行
由于工况复杂多变，巨型立磨、重型机械等大型装备的安全高效运行成为重大项目顺利实施的保障。高端装备实验室教授杜文辽团队牵头完成的“大型机械装备状态监测与智能诊断关键技术”，为这些“大块头”装上了“智能健康助理”。该技术荣获2022年度河南省科学技术进步奖二等奖。
“大型高端装备普遍面临着多源激励下结构分析难、强噪声中微弱故障提取难、样本不平衡及复合故障诊断精度低等诸多难题。”杜文辽介绍，科研团队经过近十年的不懈攻关，成功揭示了设备激励—刚度—振动—性能退化的作用机理，开发出多域特征提取技术，建立了适配样本不平衡与复合故障的智能诊断模型，打造出集信息采集、数据管理、状态监测、智能诊断于一体的运维平台。
目前，该成果已在中信重工机械股份有限公司、河南黄河旋风股份有限公司等企业得到推广应用，为矿山、建材、超硬材料制造等行业的装备安全高效运行提供了坚实支撑。
李浩说，高端装备实验室以“高校出智力、企业出场景、市场验成果”的协同模式，构建起覆盖“基础研究—技术攻关—成果转化”的完整创新链条，持续推动区域产业迭代升级，助力河南制造业向高端化、智能化、绿色化稳步迈进，为大国制造注入源源不断的智慧与力量。
网友评论
