在油氣行業(yè)中，管道作為傳輸工具負(fù)責(zé)將油氣從海床運(yùn)送到海平面之上。因?yàn)槁氊?zé)重大，而且每一段管道都必須承受巨大的深海壓力，所以對(duì)其性能有著超出常規(guī)的嚴(yán)苛要求。在抵御物理侵襲的同時(shí)，深海管道還必須耐受海水的化學(xué)腐蝕。綜合上述硬性指標(biāo)，利用纏繞工藝生產(chǎn)的熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管道成為首選，而如何對(duì)纏繞工藝進(jìn)行精準(zhǔn)的控制是一門(mén)復(fù)雜的學(xué)問(wèn)。
在歐盟領(lǐng)導(dǎo)下的研發(fā)項(xiàng)目“AmbliFibre”匯集了13個(gè)來(lái)自不同國(guó)家的合作伙伴，由位于德國(guó)亞琛的Fraunhofer IPT生產(chǎn)技術(shù)研究院領(lǐng)銜，專(zhuān)注于深海管道以及類(lèi)似壓力容器的生產(chǎn)工藝研發(fā)，力圖開(kāi)發(fā)出與工業(yè)4.0相匹配、具備高度生產(chǎn)靈活性的精確管道生產(chǎn)控制系統(tǒng)。
一切盡在掌控：激光和纏繞系統(tǒng)的同步作業(yè)
一切盡在掌控：激光和纏繞系統(tǒng)的同步作業(yè)
在管道纏繞進(jìn)行過(guò)程中，激光用于熔化基體材料。它需要在指定的區(qū)域釋放額定的能量。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，激光系統(tǒng)和纏繞半成品都處于持續(xù)運(yùn)動(dòng)中，每分每秒都有大量的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算被傳回控制中心，來(lái)保證纏繞作業(yè)的順暢進(jìn)行。正是這些實(shí)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，保證了材料既不被過(guò)度加熱，又能夠吸收足夠多的能量、充分熔接在一起。
為優(yōu)化各個(gè)環(huán)節(jié)的同步能力，需安裝一臺(tái)熱成像儀對(duì)作業(yè)區(qū)的熱力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并交由模擬軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而實(shí)時(shí)調(diào)控激光系統(tǒng)所釋放的能量值。配合最新研發(fā)的激光器元件，該系統(tǒng)可以對(duì)作業(yè)區(qū)域所承受的能量值和能量分布進(jìn)行實(shí)時(shí)的精準(zhǔn)控制。與此同時(shí)，該系統(tǒng)也對(duì)纏繞過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能優(yōu)化纏繞速率。
質(zhì)量監(jiān)控和實(shí)時(shí)反饋
上述控制系統(tǒng)與線上的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)相連接，將生產(chǎn)狀況通過(guò)新開(kāi)發(fā)的人機(jī)操作界面實(shí)時(shí)呈現(xiàn)到技術(shù)人員面前，便于后者做出反饋。必要時(shí)，操作者可以緊急中斷作業(yè)的進(jìn)行。通過(guò)這種方式，最終產(chǎn)品的質(zhì)量得到了保障，而生產(chǎn)工藝的精確性可以被發(fā)揮到極致。
當(dāng)然，想要這套系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)初衷完美地運(yùn)行下去，必須借助便捷的操作界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。在此前提下，數(shù)據(jù)不斷被導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分類(lèi)、測(cè)算和評(píng)估。通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以調(diào)整運(yùn)作方式，盡可能延長(zhǎng)自身的使用壽命，幫助提高產(chǎn)品的使用壽命。
根據(jù)該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)透露的消息，該系統(tǒng)各個(gè)組件的研發(fā)工作已幾近完成。目前，它們正在Fraunhofer IPT研究所內(nèi)與纏繞系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行組裝和連接。隨后，項(xiàng)目的參與者將利用這套ambliFibre系統(tǒng)試生產(chǎn)復(fù)合材料管道和壓力容器產(chǎn)品。
該項(xiàng)目成果或?qū)⒒菁坝蜌?、汽?chē)等行業(yè)。尤其是考慮到人們對(duì)新能源汽車(chē)愈發(fā)增長(zhǎng)的興趣，或許還將在氫能源儲(chǔ)罐領(lǐng)域有所作為。
參與該項(xiàng)目的13家合作伙伴名錄如下：
? Fraunhofer Institute for Production Technology IPT, Aachen, Germany (coordinator)
? Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, Aachen, Germany
? Pultrex Ltd., Manningtree, United Kingdom
? University of Twente, Enschede, the Netherlands
? MACH4 Lab Srl, Cologno Monzese, Italy
? Video Systems Srl, Codroipo, Italy
? New Infrared Technologies S.L., Madrid, Spain
? Ixun Lasertechnik GmbH, Aachen, Germany
? Life Cycle Engineering Srl, Turin, Italy
? HBN-Teknik A/S, Ringsted, Denmark
? GE Oil & Gas UK Ltd., Newcastle upon Tyne, United Kingdom
? Chair of Optical Systems Technologies (TOS), RWTH Aachen University, Aachen, Germany
? Teaching and Research Field for Design and Development of Microsystems (KEmikro), RWTH Aachen University, Aachen, Germany
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