車間內，一臺巨大的白色設備佇立其中——圓形的刀片均勻地分布在刀盤上，一架架機械臂運作下，刀片被有條不紊地取出、替換；在高清攝像頭的實時校準下，一個個零部件被嚴絲合縫地焊接在一起；一旁的大屏幕上，設備狀態、工人位置一目了然，一行行數據不斷刷新、匯總，分析處理后轉換為簡明的圖文，讓工廠的生產情況盡收眼底……
站在這個刀盤直徑達15.7米、整機長度超110米的龐然大物前，人的身影顯得格外渺小。這便是“工程機械之王”——盾構機。所謂盾構機，是隧道挖掘機的一種，其最大的特點，是能夠“邊挖邊建”，在掘進的同時，構建隧道的支撐性管片。作為基建中的核心裝備，盾構機單臺零件多達數萬個，其生產制造難度可見一斑。
中鐵裝備信息化與數字化院院長朱永超告訴記者：“從只能靠進口到當前國產自主化生產，再到國產盾構機走出國門、備受世界認可……在多種數智化能力賦能下，當前，國產盾構機已經完成了‘從0到1’的突破和‘從1到1000’的躍進。”
機器人為盾構機“換刀”
“這是目前我們出口海外直徑最大的盾構機，即將參與到澳大利亞西部港灣隧道的開掘建設工作中。這也是目前應用于南半球直徑最大的盾構機。” 在位于河南鄭州的中鐵工程裝備集團盾構制造有限公司（以下簡稱“中鐵裝備”）國家TBM（隧道掘進機）產業化中心內，指著有五層樓高的盾構機，朱永超向記者介紹道。
伴著焊接裝卸時的一簇簇火花，記者看到，這臺即將遠渡重洋的“大塊頭”，已經染上了濃重的數智化底色。
“盾構機上的刀片是消耗品，在挖掘過程中會不可避免地受到磨損，需要時常替換。以往都是工程師來進行人工替換，不僅流程復雜、耗時耗力，還要面臨極端環境下的高危作業風險。”朱永超介紹道，“現在，經過全面的智能化升級，我們最新的盾構機配備了換刀機器人，可實現盾構機無人化毫米級精度自動換刀作業，效率較傳統人工提高5至8倍。”
換刀機器人并非這臺盾構機上唯一的“智能元素”。據介紹，該設備上還搭載了刀盤沖刷機器人和枕木抓取機器人，盡可能地實現自動化覆蓋；此外，還加裝視覺系統級算法，給作業機器人裝上了“眼睛”，從而實現機器人免示教自動切割作業。
“在視覺檢測能力支持下，通過5G專網，我們能夠實現高清視頻的實時回傳，實現焊接及坡口切割作業的高效作業和實時校正，不僅提高了焊接切割效率，還能夠推動預處理作業的數字化轉型升級。”朱永超告訴記者，經過一系列數字化改造，當前盾構機關鍵零部件焊接效率獲得10倍提升，加工制造周期縮短30天。以15米級盾體為例，生產效率提高25%，產品合格率提高1.5%。
數字孿生讓盾構機制造“看得見”
除設備本身的數智化能力外，在組裝產線上，記者還看到了智慧工廠的管理“軟實力”。
“盾構機集機、電、液、光、控制、人工智能等技術于一體，具有高度個性化定制、產品種類多樣、生產過程離散、供應鏈復雜的行業特征。”朱永超表示，“這樣的行業特點，意味著打造能夠令設計、制造、管理全環節數據流通的智慧管理平臺勢在必行。”
基于此，中鐵裝備構建基于數字孿生可視化能力和數據融合特征的智慧管理平臺，并以此為基礎，進一步建設起基于全要素場景與智慧互聯的數字孿生工廠。
“中鐵智慧工廠孿生智控平臺集產品設計數字化、制造流程可視化、生產制造智能化、園區管控智慧化功能為一體，對工廠進行了全要素數字孿生，實現‘人、機、料、法、環’的數據實時互聯互通。”朱永超介紹道，“具體而言，平臺能夠將設備實際運行狀態映射在孿生設備上，形成虛實同步的空間對照，實現故障的可視、可管、可控；此外，還能夠實時整合各類數據采集與視頻監控系統的異常信息，結合全息投影技術和車間布局圖，實現警示物理穿透、故障快速定位等功能。”
“當前，中國盾構機已經占據全球70%以上市場份額，這一基建領域不可或缺的‘國之重器’也已經邁出國門，備受世界認可。”朱永超感慨道。他告訴記者，中鐵裝備在全國布局了20個生產基地，盾構機年產能超300臺。“相信在數智化技術驅動下，中鐵裝備將進一步實現從‘裝備中國’到‘裝備世界’的愿景，讓中國盾構機持續活躍在世界各地。”（記者 張琪瑋）
轉自：中國電子報
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