中小企業也開始從數碼孿生技術中獲益 頂端新聞·河南商報記者 侯建勛 宋亞猛/攝
進入工業4.0時代，數碼化工廠、智能工廠等新名詞層出不窮，這樣的虛實結合場景已經逐步走進我們的工業生產領域。
鄭州輕工業大學機電工程學院院長李浩帶領的科研團隊，歷經8年時間，成功破解了高端裝備數碼孿生關鍵技術與套用的難題，已累計為相關企業創造數十億元經濟效益，榮獲2023年度河南省唯一技術發明一等獎。
統籌：趙強
策劃：張琳娟王俊偉
執行：郭丁然金艾琳丁亞菲吳靜
什麽是「數碼孿生」？
「數碼孿生系統是透過構建與物理系統一致的虛擬系統，能精準反映物理系統的即時執行狀態。」專案團隊負責人李浩教授介紹，一台機器器材狀況如何，可以透過數碼世界清晰感知。
這樣的「全尺寸還原」能夠帶來諸多好處，例如在產品設計過程中，如果直接從圖紙開始設計，會有不少設計風險，從而增加成本，但使用數碼孿生技術就可以在電腦中還原產品的預期效果，減少在設計上的失誤和成本。
與常規的數值仿真不同，數碼孿生是一個「活模型」，它隨著物理實體狀態和執行環境不斷同步追蹤。它與物理世界保持高度仿真性，同時還可以根據仿真、推演、預測結果，支持物理實體最佳化決策。
2016年，英國劍橋大學博士後李浩學成歸來回到鄭州輕工業大學，他追蹤到了智能制造領域最前沿的方向「數碼孿生」，組建了鄭州輕工業大學數碼孿生團隊，這也是國內最早從事數碼孿生理論與技術研究的團隊之一。他們首次提出「工業數碼孿生系統」概念及理論體系，並透過與行業龍頭企業的聯合科研，研發出一套可以廣泛套用於高端裝備以及多種工業場景的數碼孿生關鍵技術與系統。
已累計創造經濟效益數十億元
數碼孿生能夠給高端裝備和工業領域帶來怎樣的套用？解決哪些行業痛點？
立磨是一種大型粉磨裝備，在礦山、煤炭產業鏈中具有核心作用，每台/套高達億元。它由8萬多個零部件構成。如何讓這樣的大塊頭在應對不同個人化產品需求時調整到最佳參數和狀態，以最經濟高效的模式進行運轉？
「傳統操作是透過人工的經驗不斷調整最佳化參數。但這樣的機器如果停止運轉，每天損失上百萬的產值，試錯成本很高。透過數碼孿生技術，我們為立磨這樣的器材建立了數碼模擬模型。」李浩介紹，透過虛擬模擬演練，尋找到不同狀態下生產的最優參數，讓器材始終在最經濟高效的狀態下執行。
同時，透過數碼孿生還能夠對多維度數據進行連續采集和智能化分析，預測器材維護工作的最佳時間點，降低維護成本和損壞風險。
李浩介紹，這樣國際領先的數碼孿生技術，已經套用在粉磨、煤礦綜采、電子封裝等裝備中，近年來創造數十億元的經濟效益。
此外，他們還與國產飛機制造企業聯合成立了大飛機數碼孿生裝配研究組，基於一系列數碼孿生技術新成果，有望提升測量精度和裝配效率，最終為國產大飛機的大批次生產作出貢獻。
數碼孿生技術賦能產業，其實不僅在高端裝備，李浩說，如何讓更多中小企業也能從中受益也是他們努力的方向。
一個典型的案例是鄭州本地一家中央空調運維企業，鄭州輕工業大學數碼孿生專案團隊研究員劉根告訴頂端新聞·河南商報記者，「我們幫助他們構建了雲邊端架構的建築中央空調數碼孿生系統。」
專案團隊核心成員、副教授王昊琪介紹，該系統實作了中央空調的即時執行數據視覺化監測、主動預測性維護和節能最佳化調控等功能。在保證室內人體舒適度的情況下，智能調整制冷主機開啟台數、冷卻塔功率和末端器材執行參數等，有效降低中央空調系統的能耗。
聲音
科研人就是要幹最難的
別人幹不了的事情
李浩團隊的研發沒有止步於此，他們已經開始奔赴研發數碼孿生智能芯片的星辰大海。
一個機電工程專業的團隊搞芯片？李浩團隊就把這樣的「天方夜譚」變成了現實。
「從三年前我們就意識到，數碼孿生產業發展的關鍵之一就是要解決低功耗數碼孿生智能芯片問題。」李浩回憶，當時我們團隊沒有一個人懂。
後來他們柔性聘請了一位芯片相關領域的人才開始啟動研究，「一方面我們鼓勵團隊成員自學成為‘全才’工程師，另一方面廣泛‘搖人’，發動身邊的同學校友資源，遠端請教學習。」
就這樣邊摸索邊學習，李浩團隊的第一代智能芯片就要進入試生產階段了。
「我們認為第一代產品的功能和效能還達不到預期目標，還需要第二代、第三代不斷叠代，最終一定能造出低功耗數碼孿生智能芯片。」李浩說。
在數碼孿生系統方面，他們也在不斷探索未知領域。未來，他們計劃研發出可以由人工智能操控、最佳化的工業數碼孿生系統，可以全方位更智能、更高效最佳化各行各業的生產效率。
在李浩看來，科研人就是要幹最難的、別人幹不了的事情，要幹未來產業所需要的核心技術，這才是科研人的價值所在。
