裝備制造龍頭企業(yè)鐵建重工，推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，將產(chǎn)品“塞”進(jìn)電腦、車間“搬”上電腦、隧道“建”在電腦——

運(yùn)籌大屏之中 “掘”勝千里之外

湖南日?qǐng)?bào)全媒體記者 王茜 張福芳 李貞

鐵建重工集團(tuán)裝配車間數(shù)字孿生系統(tǒng)。   湖南日?qǐng)?bào)全媒體記者 范遠(yuǎn)志 攝

【應(yīng)用簡(jiǎn)介】

位于長(zhǎng)沙經(jīng)開區(qū)的中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司，一場(chǎng)“數(shù)字化革命”正蹄疾步穩(wěn)進(jìn)行。作為“大國重器”鍛造龍頭企業(yè)，鐵建重工以盾構(gòu)機(jī)為核心，引入數(shù)字孿生技術(shù)，全面開啟智能化升級(jí)。將每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在虛擬空間1比1還原，使其從研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造到運(yùn)行管理的每個(gè)環(huán)節(jié)，都能精準(zhǔn)模擬與實(shí)時(shí)優(yōu)化，從而大幅提升施工效率與產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

【應(yīng)用場(chǎng)景】

穿山過河，掘土鑿巖……在大型隧道施工中，盾構(gòu)機(jī)大顯身手。

鐵建重工盾構(gòu)機(jī)一騎絕塵，國內(nèi)外重大工程建設(shè)大展拳腳。

作為傳統(tǒng)裝備制造企業(yè)，近年來，鐵建重工實(shí)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，加快推進(jìn)傳統(tǒng)裝備制造運(yùn)維智能升級(jí)，“將產(chǎn)品‘塞’進(jìn)電腦、車間‘搬’上電腦、隧道‘建’在電腦”，迸發(fā)出磅礴的智造力量。

一個(gè)大屏，千里萬里之外的裝備了如指掌

鐵建重工集團(tuán)“企業(yè)大腦”。

12月6日，在寧波至舟山鐵路金塘海底隧道施工現(xiàn)場(chǎng)，隔海相望的兩臺(tái)超大直徑盾構(gòu)“定海號(hào)”和“甬舟號(hào)”刀盤同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，正相向“穿?！?。

1000多公里外，長(zhǎng)沙，鐵建重工數(shù)字化指揮監(jiān)控中心大屏上星光點(diǎn)點(diǎn)，可以看到這兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的工作狀態(tài)、工作數(shù)據(jù)，“我們可以通過數(shù)智化平臺(tái)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)施工和項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)行遠(yuǎn)程管控?！辫F建重工掘進(jìn)機(jī)研究設(shè)計(jì)院高級(jí)工程師范瑞強(qiáng)說。

盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)工況數(shù)據(jù)是如何傳至千里之外的？

“我們?yōu)槎軜?gòu)機(jī)植入了‘大腦’、‘眼睛’和‘耳朵’?！狈度饛?qiáng)介紹，每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)都配置了2000余個(gè)傳感器，并搭載智能掘進(jìn)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)等先進(jìn)技術(shù)。通過智能互聯(lián)裝備協(xié)同管理平臺(tái)，以一秒一次、一次數(shù)千條的頻率，數(shù)據(jù)快速傳輸匯聚到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)路線精準(zhǔn)導(dǎo)航、掘進(jìn)姿態(tài)智能糾偏，以及掘進(jìn)與換步過程的自動(dòng)化銜接。

“這是一組盾構(gòu)機(jī)刀盤正面的數(shù)字孿生實(shí)時(shí)畫面，畫面上顏色有深有淺，分別代表著刀片的受力情況。”鐵建重工數(shù)字孿生研究所副所長(zhǎng)王永勝站在一塊顯示屏前，輕輕點(diǎn)擊屏幕，施工現(xiàn)場(chǎng)盾構(gòu)機(jī)刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)情況在屏上清晰顯示，連內(nèi)部復(fù)雜的受力分布與刀片細(xì)微變形也能一覽無余。

目前，鐵建重工產(chǎn)品已覆蓋全球40多個(gè)國家和地區(qū)。遍布全球各地的盾構(gòu)機(jī)的施工狀況、建設(shè)進(jìn)度、設(shè)備狀態(tài)等信息也能巨細(xì)無遺地呈現(xiàn)出來。即使在千里萬里之外，也能做到及時(shí)響應(yīng)。

在鐵建重工數(shù)字化指揮監(jiān)控中心，長(zhǎng)沙的工程師正在為意大利西西里島高鐵項(xiàng)目設(shè)備組裝調(diào)試提供遠(yuǎn)程支持?！耙獯罄哞F建設(shè)用上了中國的盾構(gòu)機(jī)。”鐵建重工營銷經(jīng)理袁虎鋼是海外市場(chǎng)拓展的參與者和親歷者，近兩年，鐵建重工在意大利市場(chǎng)從零開始，已批量出口十幾臺(tái)盾構(gòu)機(jī)。

數(shù)字孿生技術(shù)，產(chǎn)品、工廠都有“數(shù)字雙胞胎”

一臺(tái)5層樓高、涂裝著蔚藍(lán)色波浪的巨大圓柱形裝備，矗立在鐵建重工制造車間，這是鐵建重工自主研制的我國最大直徑盾構(gòu)機(jī)“江海號(hào)”。整機(jī)長(zhǎng)145米，刀盤直徑16.64米，未來將應(yīng)用于世界最長(zhǎng)的公路水下隧道——海太長(zhǎng)江隧道盾構(gòu)施工。

在鐵建重工數(shù)字孿生研究所，“江海號(hào)”的數(shù)字孿生系統(tǒng)也在計(jì)劃構(gòu)建。

何為數(shù)字孿生？這套系統(tǒng)能發(fā)揮什么作用？

數(shù)字孿生，即將現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體、過程或系統(tǒng)，以數(shù)字化的形式進(jìn)行建模和虛實(shí)映射，支持現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界實(shí)時(shí)同步。

王永勝給記者打了一個(gè)比方，數(shù)字孿生就是給現(xiàn)場(chǎng)施工的盾構(gòu)機(jī)，造了個(gè)“數(shù)字雙胞胎”。

為何要造個(gè)“數(shù)字雙胞胎”？

地下空間開發(fā)潛力巨大，但也面臨復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境等“攔路虎”；同時(shí)，地下工程裝備施工地域分散、位置偏遠(yuǎn)，裝備出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“專家去不了”“現(xiàn)場(chǎng)說不清”“遠(yuǎn)程配合難”等問題。

“利用數(shù)字孿生系統(tǒng)，通過對(duì)地下工程裝備數(shù)字樣機(jī)建模仿真、數(shù)字孿生精確鏡像以及全生命周期性能預(yù)測(cè)優(yōu)化，突破地下工程裝備產(chǎn)品服務(wù)‘時(shí)空限制’，推動(dòng)智能診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)等先進(jìn)運(yùn)維模式落地應(yīng)用?！蓖跤绖俳榻B，這種個(gè)性化的數(shù)字孿生方案，不僅極大提高了盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)維效率，還顯著降低了故障率和維修成本。

不只產(chǎn)品有“數(shù)字雙胞胎”。

在鐵建重工總裝廠房，記者看到技術(shù)人員正在搭建調(diào)試盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線；而在電腦端，一個(gè)與現(xiàn)實(shí)車間同步共生的數(shù)字車間，也在實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。

“目前還在驗(yàn)證階段，我們計(jì)劃把車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)1比1還原到電腦大屏，同步呈現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量進(jìn)度、設(shè)備狀態(tài)等。”王永勝介紹。

未來，在這個(gè)數(shù)字孿生工廠里，所有生產(chǎn)要素?cái)?shù)字化，并在各端傳遞。從客戶端到產(chǎn)品端，從供應(yīng)商端到工廠端，每個(gè)環(huán)節(jié)緊密相連。利用這個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，每個(gè)決策都基于數(shù)據(jù)分析，每個(gè)操作都能實(shí)現(xiàn)智能化控制。

利用數(shù)字傳輸，喝著咖啡哼著歌把工程辦了

傳統(tǒng)隧道施工作業(yè)中，人員投入多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高；智能化裝備和技術(shù)投入應(yīng)用后，隧道施工環(huán)境和安全性發(fā)生了翻天覆地變化。

時(shí)下，上海廣延路靜安地下智慧車庫項(xiàng)目工地，世界最大直徑垂直掘進(jìn)“夢(mèng)想號(hào)”盾構(gòu)機(jī)正在施工。不同于其他項(xiàng)目人員繁忙、熱火朝天的施工場(chǎng)景，這個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)顯得頗為安靜。

中鐵十五局集團(tuán)“夢(mèng)想號(hào)”掘進(jìn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王文燦在電話中告訴記者，“夢(mèng)想號(hào)”施工全過程采取智能化控制，可實(shí)現(xiàn)井下無人、地面少人。

距離項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)不遠(yuǎn)，建立了一個(gè)“夢(mèng)想號(hào)”控制室。通過同步數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)在1000多公里之外的長(zhǎng)沙，鐵建重工工程師從電腦或手機(jī)終端，可實(shí)時(shí)查看“夢(mèng)想號(hào)”掘進(jìn)的工作狀態(tài)和施工進(jìn)度。

此前，工程師通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，開挖系統(tǒng)滾筒電機(jī)溫度異常，遠(yuǎn)程下達(dá)了檢修任務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)檢修人員排查后發(fā)現(xiàn)，滾筒電機(jī)被黏土包裹而無法散熱，及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行沖洗和優(yōu)化處置，有效防止了電機(jī)出現(xiàn)高溫?fù)p傷。

盾構(gòu)機(jī)駕駛員劉繼東說，在幾十米地下，吹著空調(diào)、喝著咖啡、盯著屏幕，操作按鈕就可以了，真正做到“喝著咖啡哼著歌就把工程給辦了”。

鐵建重工董事長(zhǎng)趙暉介紹，鐵建重工除了掘進(jìn)機(jī)，還研發(fā)生產(chǎn)特種裝備、軌道交通裝備、高端農(nóng)業(yè)機(jī)械等。數(shù)字化、智能化已在所有產(chǎn)業(yè)鋪開，這也為公司市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，生產(chǎn)經(jīng)營穩(wěn)步向前。

【智言慧語】

以數(shù)字孿生技術(shù)智領(lǐng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

中南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授 唐琎

在全球制造業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程中，數(shù)字孿生技術(shù)正成為撬動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵杠桿。鐵建重工以盾構(gòu)機(jī)為核心，率先將數(shù)字孿生與智能化控制深度融合，推動(dòng)“無人化”施工邁上新臺(tái)階，為全球智能制造提供了“中國方案”。

鐵建重工的數(shù)字孿生系統(tǒng)以實(shí)時(shí)同步的虛擬孿生體為基礎(chǔ)，結(jié)合AI算法與大數(shù)據(jù)分析，將復(fù)雜工程中的不確定性轉(zhuǎn)化為可控性，實(shí)現(xiàn)了智能優(yōu)化、精準(zhǔn)決策與高效運(yùn)行。在盾構(gòu)施工領(lǐng)域，這種技術(shù)使井下作業(yè)從“依賴經(jīng)驗(yàn)”走向“依托數(shù)據(jù)”，從“人工監(jiān)控”邁向“無人化運(yùn)行”。特別是在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下，該系統(tǒng)通過毫米級(jí)精度控制，將技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)降至最低，大幅提升了生產(chǎn)效率和施工安全性。

更重要的是，數(shù)字孿生賦能“無人井下、少人地面”的智慧施工新模式，為制造業(yè)破解勞動(dòng)力瓶頸、提升資源配置效率提供了標(biāo)桿示范。這不僅僅是技術(shù)突破，更是中國制造邁向高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。

刊載于《湖南日?qǐng)?bào)》2024年12月7日02版

作者：王茜 張福芳 李貞

責(zé)編：范遠(yuǎn)志

一審：范遠(yuǎn)志

二審：王文

三審：周韜

來源：湖南日?qǐng)?bào)·新湖南客戶端

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