突破 创新 变革​——记天津市特检院特种设备数字孪生共性技术科研团队

突破 创新 变革

——记天津市特检院特种设备数字孪生共性技术科研团队

□ 本报记者 唐志红 实习记者 孙惠贤

当前，特种设备智慧监管亟待解决精准分级分类风险管控、精准隐患排查治理、精准个性化监管及精准事前预测能力的问题。近日，记者走进天津市特种设备监督检验技术研究院（以下简称“天津市特检院”）数字孪生实验室，在这里找到了答案。

2021年9月，国家市场监管重点实验室（特种设备数字孪生共性技术）依托天津市特检院获批筹建。该院特种设备数字孪生共性技术科研团队（以下简称“团队”）刻苦攻关，促进数字孪生共性技术从“孕育初生”到“焕然一新”。

管道安全检测是特种设备检验检测工作的“重头戏”。去年，管道快速检测技术研发工程师李超月迎来升级后的第三代管道检测设备，也是目前便携性最高的一代设备。

以前，检测人员需要携带重量超过15公斤的检测设备，还未抵达检测现场已经疲惫不堪。为了解决这一长期受困扰的问题，李超月及其团队成员不断升级设备内部模块和外部形态，管道检测设备迎来当前最袖珍的一代。

相比于第二代设备，第三代设备在其基础上实现了集成化。增加内置电源模块和可插拔、可更换电源，电池续航工作可达6小时，因外置电源带来的检测不便问题得到解决……“最初交流电磁检测传感器体积较大，无法定量。通过进一步的改进优化，针对不同检测需求设计了4款传感器并实现了缺陷的定量分析。”李超月告诉记者。

没有达到预期目的的实验都是“零”成果——这是团队成员的共识。

实验室创建之初，负责电梯典型故障与事故防控数字孪生研究的工程师郭青源在堆满杂物和实验设备的平台大厅搭建起电梯曳引机模型。

曳引机作为电梯的动力单元，其制动力和曳引力是影响电梯安全运行的关键因素。曳引机模型可有效测试曳引机内部运行状态及相关部件耦合带来的事故风险，必须尽快建起来。

“针对电梯长周期运行下制动性能会衰减的潜在风险，我们设计了一套激发装置来模拟制动性能衰减的过程，同时设计多源异构传感器测试制动性能，就每种可能性进行不同的尝试。看似简单的测试，其实每种外力影响都要在不同工况下测试几千次以上才能确保其准确性。”郭青源说，“最终，我们发现制动加速度是监测制动力性能关键指标之一。”

搭建模型、传感器调试、弹簧弹力衰减测试……关关难过关关过。然而，需要传输的庞杂的海量数据、算法选取，让郭青源及其团队犯了难。

测试数据传输是一项浩大的工程。如何精准采集数据？如何设置合适算法？如何实现数据实时传输？最终，该团队克服重重挑战，经过深入研究和多轮实验，成功选择并实施了最适合的人工智能算法，提取了最能反映问题的特征，结合数据压缩和加密技术，构建起高效的实时数据传输和处理系统，确保了算法设置的有效性和数据传输的实时性。

两周时间，一组组数据在被重建的数字海洋中筛选出来。

非线性实验、异形管道传感实验、管道流场变化实验……为了保证实验数据的可靠性，团队不断将实验过程和结果推倒重建。几万次的重复动作只为得出最精准的数据结果，有时实验传感器就要制作数十个。

“自2023年9月至今，数字孪生实验室创新发展新申请科研项目5项，发表高水平论文13篇，申请发明专利6项，牵头或参与编制标准13项。”天津市特检院科技开发中心负责人王璇向记者表示，数字孪生的科研目标很明确，近期规划是打通数字孪生特种设备应用的技术通道，中期是智慧监管助力智慧城市，远期是构建特种设备新发展格局。

目前，数字孪生检测技术及设备已在实际工程中应用，更高阶段的孪生技术正在推广中。实验室搭建了电梯曳引机、管道冲蚀数字孪生平台，实现了电梯曳引机智能运维以及管道冲蚀寿命精准预测，打通了数字孪生技术在机电类、承压类设备中的应用路径，填补了国内数字孪生技术在特种设备行业应用的空白。

《中国质量报》