为高端装备“智”造数字“孪生兄弟”（走近河南科技“尖兵”）

本文转自：河南日报

开栏的话

1月10日，省委、省政府在郑州隆重举行河南省科学技术奖励大会，表彰为我省科技事业发展作出突出贡献的科技工作者。勇闯“无人区”、能打硬仗的河南科技“尖兵”都有谁？获奖项目取得了哪些突破？本报即日起推出“走近河南科技‘尖兵’”系列报道，展示科研工作者的风采、作为，看河南怎样依靠科技创新塑造发展新优势，坚定走好创新驱动高质量发展“华山一条路”。

“科技自立自强不是关起门来搞研究，一定要面向世界科技前沿、面向国家重大需求，通过与企业携手，让科研成果走出实验室，走向生产线。”

□本报记者 冯军福

一套价值千万元的高端装备，设计制造出来就能正常使用吗？这个问题长期困扰着企业和科研人员，制约着我国制造技术变革和高端装备制造。

比如中信重工的大型立式磨机等装备，每台套价格高达千万元甚至上亿元，不仅成本高，而且机型结构复杂，由上万个零部件组成，运行过程中需要上百个监控操作点，还面临强震动、高粉尘等恶劣多变的环境。

“这些高端设备生产出来后一旦不能使用或运行中出现问题，损失不可估量。”1月12日，刚刚荣获2023年度河南省技术发明奖唯一一等奖的项目团队负责人、郑州轻工业大学机电工程学院院长李浩接受记者采访时说，智能制造是实施制造强国战略的主攻方向，工业软件作为智能制造的关键支撑和关键环节，急需实现核心技术突破与自主可控。

“国家需要，我们就要去做！”为此，李浩和他的科研团队联合广东工业大学、北京航空航天大学等高校数字孪生核心团队，与中信重工、郑州恒达智控等企业开展了长达8年的产学研合作，研发出了国际领先的制造装备数字孪生系统。

什么是数字孪生？李浩首先从一部电影谈起。

科幻电影《流浪地球2》中，刘德华饰演的科技工程师图恒宇，因车祸意外失去了女儿“丫丫”，从此他开始研究“数字生命计划”，试图用机器来存储“丫丫”的感知和记忆，实现虚实映射。

“虚实映射是数字孪生技术的一大特征。”李浩解释，智能制造中的数字孪生，就是将现实中的物理世界和虚拟中的数字世界无缝连接，使得真实场景中产品的设计、制造、服务等全生命周期环节，在虚拟系统中得到全尺寸还原。

“通俗地讲，就是为高端装备量身定制了一个虚拟的‘孪生兄弟’。一台机器设备状况如何，可以通过数字世界清晰感知，就像照镜子一样。”李浩说，“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。

更重要的是，数字孪生技术还能够实现人机交互，解决“人—机—环境”共融下的实时协同安全控制、节能调控优化等难题，从而做出更加精准的预测和决策，广泛应用于水泥、矿山、建材、冶金等领域。

“过去管理一座矿山，需要大量人力。如今，利用数字孪生技术进行场景建模，两三个工作人员便可掌握整个矿区井下设备及人员状态。”站在河南省机械装备智能制造重点实验室的数字孪生可视化管控平台前，团队成员、副教授王昊琪说。

王昊琪告诉记者，“虚拟矿山”通过数据集成，以直观的三维可视化界面与真实矿区环境建立交互，从而感知矿区的真实情况。同时，智能调度系统还可提供三维空间分析功能，如土方量计算，通过模型计算后可制定最优化调度方案并向生产系统下达指令，实现“按需供应、动态调整”。

“人—机—环境”共融的高端装备数字孪生关键技术与应用，不仅让企业的监管水平有了质的提升，还有效推动了“智”造升级。

团队成员、副教授文笑雨介绍，团队还与中国商飞上海飞机制造有限公司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。

“融合”，不仅是数字孪生技术的内在要求，也是这支团队的鲜明特色。李浩介绍，目前，团队已经成立了10多个动态跨学科项目研究小组，成员既有高校老师、研究生，也有企业骨干技术人员，同时还会集了不少来自电气、软件、电子信息、材料等专业的交叉学科人才。

“科技自立自强不是关起门来搞研究，一定要面向世界科技前沿、面向国家重大需求，通过与企业携手，让科研成果走出实验室，走向生产线。”屡获殊荣的李浩，感觉肩上的担子沉甸甸。