中小企业也开始从数字孪生技术中获益 顶端新闻·河南商报记者 侯建勋 宋亚猛/摄

　　进入工业4.0时代，数字化工厂、智能工厂等新名词层出不穷，这样的虚实结合场景已经逐步走进我们的工业生产领域。

　　郑州轻工业大学机电工程学院院长李浩带领的科研团队，历经8年时间，成功破解了高端装备数字孪生关键技术与应用的难题，已累计为相关企业创造数十亿元经济效益，荣获2023年度河南省唯一技术发明一等奖。

　　什么是“数字孪生”？

　　“数字孪生系统是通过构建与物理系统一致的虚拟系统，能精准反映物理系统的实时运行状态。”项目团队负责人李浩教授介绍，一台机器设备状况如何，可以通过数字世界清晰感知。

　　这样的“全尺寸还原”能够带来诸多好处，例如在产品设计过程中，如果直接从图纸开始设计，会有不少设计风险，从而增加成本，但使用数字孪生技术就可以在电脑中还原产品的预期效果，减少在设计上的失误和成本。

　　与常规的数值仿真不同，数字孪生是一个“活模型”，它随着物理实体状态和运行环境不断同步追踪。它与物理世界保持高度仿真性，同时还可以根据仿真、推演、预测结果，支持物理实体优化决策。

　　2016年，英国剑桥大学博士后李浩学成归来回到郑州轻工业大学，他追踪到了智能制造领域最前沿的方向“数字孪生”，组建了郑州轻工业大学数字孪生团队，这也是国内最早从事数字孪生理论与技术研究的团队之一。他们首次提出“工业数字孪生系统”概念及理论体系，并通过与行业龙头企业的联合科研，研发出一套可以广泛应用于高端装备以及多种工业场景的数字孪生关键技术与系统。

　　已累计创造经济效益数十亿元

　　数字孪生能够给高端装备和工业领域带来怎样的应用?解决哪些行业痛点?

　　立磨是一种大型粉磨装备，在矿山、煤炭产业链中具有核心作用，每台/套高达亿元。它由8万多个零部件构成。如何让这样的大块头在应对不同个性化产品需求时调整到最佳参数和状态，以最经济高效的模式进行运转?

　　“传统操作是通过人工的经验不断调整优化参数。但这样的机器如果停止运转，每天损失上百万的产值，试错成本很高。通过数字孪生技术，我们为立磨这样的设备建立了数字模拟模型。”李浩介绍，通过虚拟模拟演练，寻找到不同状态下生产的最优参数，让设备始终在最经济高效的状态下运行。

　　同时，通过数字孪生还能够对多维度数据进行连续采集和智能化分析，预测设备维护工作的最佳时间点，降低维护成本和损坏风险。

　　李浩介绍，这样国际领先的数字孪生技术，已经应用在粉磨、煤矿综采、电子封装等装备中，近年来创造数十亿元的经济效益。

　　此外，他们还与国产飞机制造企业联合成立了大飞机数字孪生装配研究组，基于一系列数字孪生技术新成果，有望提升测量精度和装配效率，最终为国产大飞机的大批量生产作出贡献。

　　数字孪生技术赋能产业，其实不仅在高端装备，李浩说，如何让更多中小企业也能从中受益也是他们努力的方向。

　　一个典型的案例是郑州本地一家中央空调运维企业，郑州轻工业大学数字孪生项目团队研究员刘根告诉顶端新闻·河南商报记者，“我们帮助他们构建了云边端架构的建筑中央空调数字孪生系统。”

　　项目团队核心成员、副教授王昊琪介绍，该系统实现了中央空调的实时运行数据可视化监测、主动预测性维护和节能优化调控等功能。在保证室内人体舒适度的情况下，智能调整制冷主机开启台数、冷却塔功率和末端设备运行参数等，有效降低中央空调系统的能耗。

　　声音

　　科研人就是要干最难的

　　别人干不了的事情

　　李浩团队的研发没有止步于此，他们已经开始奔赴研发数字孪生智能芯片的星辰大海。

　　一个机电工程专业的团队搞芯片?李浩团队就把这样的“天方夜谭”变成了现实。

　　“从三年前我们就意识到，数字孪生产业发展的关键之一就是要解决低功耗数字孪生智能芯片问题。”李浩回忆，当时我们团队没有一个人懂。

　　后来他们柔性聘请了一位芯片相关领域的人才开始启动研究，“一方面我们鼓励团队成员自学成为‘全才’工程师，另一方面广泛‘摇人’，发动身边的同学校友资源，远程请教学习。”

　　就这样边摸索边学习，李浩团队的第一代智能芯片就要进入试生产阶段了。

　　“我们认为第一代产品的功能和性能还达不到预期目标，还需要第二代、第三代不断迭代，最终一定能造出低功耗数字孪生智能芯片。”李浩说。

　　在数字孪生系统方面，他们也在不断探索未知领域。未来，他们计划研发出可以由人工智能操控、优化的工业数字孪生系统，可以全方位更智能、更高效优化各行各业的生产效率。

　　在李浩看来，科研人就是要干最难的、别人干不了的事情，要干未来产业所需要的核心技术，这才是科研人的价值所在。