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未來產業 贏領明天丨勇往直“潛”,“大力士”不斷刷新中國“深度”

人民網記者 龔莎
2023年12月13日09:26 | 來源:人民網-上海頻道
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2018年7月,上海中車艾森迪海洋裝備有限公司(以下簡稱“中車艾森迪”)在上海揭牌,並宣布由其生產的250馬力的無人遙控潛水器下線。這是中國中車“下海”后,在國內研制生產的首台套深海裝備,它不僅能潛入數千米深的海底,還能提起幾噸重物,堪稱深海的“大力士”。近年,公司又陸續發布了6000米級的深海探採作業機器人、3000米級的深海管纜挖溝機、2000米級的電纜敷設犁等整機裝備,還有配套海工裝備電驅動布纜機、水下維修作業系列工具產品。

三年進入發展快車道,躋身行業頭部

“‘高風險、定制化、挑戰大’是這個賽道的三大標簽,一開始大家都不看好這個特種細分方向,而且短期業績拓展和增長空間非常有限,在地理位置上,臨港新片區遠離市中心,在創業初始階段,吸引優秀的專業人才加入難度較大。”中車艾森迪總工程師張定華一口氣說了橫在創業之初路上的“三座大山”。

國內首個鋪設犁,完成海試交付,實現跨洋作業

基礎班底靠集團行政指令外派至上海,一群勇往直“潛”的有為青年“拋家棄口”來到臨港,開始艱難的技術攻關和潛伏。“大家有過油氣價格下跌時行業慘淡后的迷茫、技術討論過程中的面紅耳赤、廠房和實驗室建設過程的群策群力,終於從平台搭建、系統構造、部件開發到工藝制造,到2018年完成整機下線是第一個裡程碑。”在張定華看來,這些堅持苦盡甘來。

隨著首套業績的突破,和國內客戶的認可以及各種扑面而來的機會,大環境背景下,臨港自貿區人才促進政策頻出,團隊近三年時間進入了發展的快車道,從當初的12人發展到142人,並吸引了一大批一流高校畢業的碩、博士加盟,伴隨著產業開發應用迭代的過程,團隊也成為該細分方向國內專業深海機電液控一體化團隊的佼佼者。

張定華認為,產業發展過程中應帶著技術找場景,或是帶著場景找技術,“而我們是帶著戰略找技術和場景。”張定華進一步解釋,中國高鐵成為國家名片后,中車圍繞高鐵技術的同心多元化戰略,陸續提出了打造風電裝備“立起來的高鐵”、新能源客車“膠輪上的高鐵”和深海裝備“海底裡的高鐵”這些新方向的打造。於是,帶著高鐵技術和打造“深海高鐵”的戰略任務,中車艾森迪嘗試尋找在海工領域的應用場景,“我們發現傳統的海工產業都是以液力為主,面對電氣器件成本優勢和能耗優勢,於是便提出了以高鐵電控技術與傳統船舶海工技術相融合的電動化技術路線。”

張定華表示,由於對深海的高壓強環境及其他風浪涌流潮的多變性,沒有標准、沒有先例的情況下摸索是唯一的“笨辦法”——從開發水下自承壓永磁電機、磁齒輪到水下電力電子變壓器等電能變換裝備,從動力系統到嵌入式控制系統,從水下機器人本體到水面收放系統,通過逐步摸索、借鑒、融合,直到開發出多類型的部件和整機產品。這為我國的“深海高鐵”裝備夢打下了基礎,為國家深海資源的安全開發和運維提供了利器,彌補了我國在該方向的欠缺。

國內首個ROV式挖溝機,完成了批量交付,實現海底管線作業自主化

深海管線是實現對遠洋油氣、通信、能源輸送的生命線,對其進行深埋是最直接、經濟、有效的保護手段。近幾年,公司聚焦該方向實現了挖溝機、敷設犁、布纜機等高端裝備的從零到有,並成為該細分方向的頭部企業,助力了我國深海作業能力的提升。

“深海採礦作為緩解我國電動化和儲能產業井噴發展帶來的稀土貴金屬不足的有效途徑,我們作為深海採礦國家隊核心成員,核心參與了由大洋協會牽頭的十三五國家深海多金屬結核採礦項目,主要負責動力輸配及中央控制系統研發。”張定華自豪表示,為了實現我國深海礦區的開採,目前公司正承擔該方向裝備研制的國家重點研發項目1個、參與3個,與國內優勢團隊共同探索5500米的深海採礦工程化途徑。“目前正在進行該大系統的設計和裝備核心技術攻關時間,將在2026年完成海試驗証。”張定華信心滿滿。

精准攻破三大“密鑰” 做深做大深海開發

然而,深海資源開採面臨著高壓、黑暗、強腐蝕等諸多困境,如何在“不可能”的空間探索資源開採的“可能性”?關鍵“密鑰”為何?

 國內首個后浪號ROV,完成4500米海試,8天完成9個潛次,業內首個海試與商業合同航次完成

“首先,就是智能控制算法的測試問題。”張定話一語道破關鍵。“深海環境復雜,出海成本高,因此不能接受產品的樣機測試。”換言之,一次出海必須一擊即中,但實際大家對深海作業的認知遠遠不夠。“為了解決控制系統和控制算法的有效性問題所需要的測試環境,大家通過頭腦風暴的集思廣益和持續的討論,發明建立虛擬海洋環境和機器人模型,與真實的控制器相匹配,搭建一套半實物仿真平台,這樣通過積累的海底水文地質參數,可以虛擬構造出不同的海況,同時根據具體的作業任務可以對控制算法進行有效的調試,確保控制系統出海就能干活的目標。”張定話解釋道。

為了實現高效的直流供電和深海電機直接驅動,自承高壓強的電能變換技術是第二隻“攔路虎”。“在深海領域,我們的認知范疇是1000-6000米,再往深處還需克服強腐、黑暗、多鹽,陡峭地形、時變風浪涌流的復雜耦合挑戰,每走一步都是艱險。”

再者,則是系統輕量化的問題。張定華介紹,水下機器人並不是長期工作在水下,因此它需要反復回到水面甲板和返回水下工作這一反復的過程,而母船甲板和水下機器人就像孕期的母親和孩子一樣,需要有一個臍帶纜進行連接,而這根臍帶纜的重量隨著深度增加越來越大,這不僅增加了臍帶纜自身的重量和成本,還增加了甲板上收放絞車的重量。“為了解決這個問題,我們大膽採用了纖維不承重纜來取代傳統的鋼絲纜,但新的問題又來了:機器人失去了承重纜的保護,需要入水后就立即需要自己浮游控制,並達到作業水深﹔飛濺區如何和布系統形成受力連接,保証機器人能吊出水面的難題。”為了解決這兩個問題,中車艾森迪研制出水下游車進行入水連接和解鎖,實現甲板和機器人在水下的受力連接和解鎖,完成了水下安全布放回收。對於機器人的控制,從控制系統的響應和冗余控制上做了控制系統架構的改變,保証下水后響應的及時性,提高機器人來回的效率和應對故障下的熱冗余能力。

國內首個后浪號ROV,完成4500米海試,8天完成9個潛次,業內首個海試與商業合同航次完成

構建地球深部、深海空間和深空觀測的“三深”格局是我國科技戰略遠景目標,“深海開發”則是在“深海進入”和“深海探測”后工程化實施的深藍經濟終極目標,在“三深”中技術挑戰最大,但因其關系到人類共同深海資源及海權再分配機會,如今已成為全球搶佔經濟科技制高點的首要方向。

對於未來,張定話坦言,中車艾森迪將圍繞著深海經濟強國這一個經濟主戰場,全力為海洋強國建設提供裝備支持,“我們會圍繞著既有的科考、救撈、海上油氣和風電市場繼續做深和做大,同時瞄准未來的可燃冰、礦產開發等進行裝備技術儲備,並逐步推動產業的商業化進程。”張定華表示。(圖片由被採訪對象提供)

(責編:龔莎、軒召強)

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