近日，在湖南長沙的中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司(以下簡稱鐵建重工)第二產(chǎn)業(yè)園，一間代號為“197”的廠房里，直徑從3米至8.6米的多個(gè)“大鐵環(huán)”正被加工制造中。

這些“大鐵環(huán)”叫主軸承，是盾構(gòu)機(jī)的“心臟”部件。它是盾構(gòu)機(jī)在服役期間唯一不能更換的部件，需要直面盾構(gòu)機(jī)超重載、大偏載、頻變載等極端惡劣工況考驗(yàn)。主軸承成型后，一旦損壞，上億元的盾構(gòu)機(jī)將面臨報(bào)廢的危險(xiǎn)，整個(gè)工程的成本也將成倍增長。

盾構(gòu)機(jī)主軸承的制造曾是制約我國工業(yè)發(fā)展的難題。“實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，就必須開展更多創(chuàng)新性研究，突破關(guān)鍵性技術(shù)難題。”全國人大代表、鐵建重工首席科學(xué)家劉飛香說，中國盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)不僅要做到整機(jī)技術(shù)全球領(lǐng)先、市場份額全球最大，還要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵系統(tǒng)自主可控。

近年來，鐵建重工依托新型舉國體制優(yōu)勢，加強(qiáng)政產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新，針對重載大型軸承、控制系統(tǒng)、減速機(jī)、液壓泵馬達(dá)等盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵零部件開展自主攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵零部件完全自主可控。

“主軸承的服役壽命與可靠性受到材料、設(shè)計(jì)、制造技術(shù)等多種關(guān)鍵因素制約，研制難度隨尺寸增加而倍增。”說到我國盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，劉飛香感觸很深，“過去國外企業(yè)不僅在技術(shù)上卡我們，還逐年提高漲價(jià)幅度。”

主軸承研制到底有多難?劉飛香總結(jié)出四大難點(diǎn)：材料難、設(shè)計(jì)難、制造難、試驗(yàn)難。

以超大直徑主軸承為例，其滾道直徑達(dá)數(shù)米，平面度要小于20微米，相當(dāng)于一張A4紙厚度的五分之一，直線度要小于8微米，只有頭發(fā)絲的十分之一。這樣的加工制造過程無異于“在頭發(fā)上刻字，在米粒上雕花”。

2019年7月，劉飛香牽頭成立研發(fā)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合上下游企業(yè)、高等院校協(xié)同攻關(guān)，嘗試了上百種材料和工藝，并進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)，對上萬組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。2023年10月，團(tuán)隊(duì)研制成功直徑8.61米盾構(gòu)機(jī)主軸承。這標(biāo)志著我國徹底攻克并自主掌握了盾構(gòu)機(jī)主軸承從材料、設(shè)計(jì)到制造、試驗(yàn)的全過程關(guān)鍵核心技術(shù)，使國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)有了全系列“中國心”。

在不斷攻克核心技術(shù)的同時(shí)，鐵建重工加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過數(shù)字化賦能，創(chuàng)新打造了一套盾構(gòu)機(jī)數(shù)字孿生系統(tǒng)，讓大國重器迸發(fā)“數(shù)智”力量。

“這套系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)搜集工程施工數(shù)據(jù)，如盾構(gòu)機(jī)各種零部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)、地下環(huán)境數(shù)據(jù)等，再經(jīng)過系統(tǒng)分析，遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)幫助技術(shù)人員針對現(xiàn)役機(jī)型做出操作決策，并對下一代產(chǎn)品優(yōu)化升級提供大數(shù)據(jù)支撐。”劉飛香表示，數(shù)字孿生技術(shù)打破了虛實(shí)界限，避免了以往現(xiàn)場人工勘察而出現(xiàn)的誤差，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)口前移。

如今，鐵建重工的地下工程裝備數(shù)字孿生系統(tǒng)已向盾構(gòu)機(jī)、鉆爆法裝備和煤礦裝備領(lǐng)域延伸，廣泛用于國內(nèi)外鐵路、公路、礦山、水利等大型工程建設(shè)。

從破局突圍到全球領(lǐng)先，如何讓包括中國盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的國內(nèi)高端制造業(yè)持續(xù)領(lǐng)跑?劉飛香認(rèn)為，要把做強(qiáng)高端制造業(yè)作為高質(zhì)量發(fā)展的基石，通過攻克關(guān)鍵技術(shù)，讓產(chǎn)業(yè)短板不短，攻關(guān)智能化技術(shù)，讓產(chǎn)業(yè)長板更長，用高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)托舉經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。