能源新聞網訊，9月16日，以「能源安全 綠色轉型」為主題的2023全球能源轉型高層論壇在昌平區未來科學城開幕。
開幕式後，與會領袖來到華為、國家能源集團、隆基等展區，參觀了論壇舉辦的科技成果展覽展示。論壇期間，還將舉辦主論壇、九大專題論壇、簽約和揭牌儀式等活動。
以下是九大專題分論壇之能源工業互聯網高品質發展助力能源產業數智轉型論壇活動中中國工程院院士 浙江大學教授譚建榮先生的發言：
各位領導、各位專家、各位企業家、企業管理人員、企業基層人員大家好，我是浙江大學譚建榮，非常高興有機會向大家做交流報告。
依照會務組的要求，我報告的題目是數位設計與數位孿生，關鍵技術與發展趨勢，藉這個機會把我學習、研究特別是在企業應用數位設計與智慧製造的一些體會向我們到會的各位來賓做一個交流報告。
我在浙江大學主要從事數據建模與虛擬實境、數位設計與智慧製造等方面的工作。
資訊科技改變了人類的生產方式，改變了人類的生活方式，改變了人類的學習方式。
資訊科技發展得非常快，形成了新一代資訊技術，新一代資訊科技有四個顯著的特點。
一、從互聯網技術發展到物聯網技術;
二、從虛擬實境技術發展到擴增實境技術，最近又發展到元宇宙技術;
三、從網格運算技術發展到雲端運算技術;
四、從機器學習技術發展到深度學習技術，形成幾個典型的綜合交叉領域，包括工業互聯、混合實境、大數據、人工智慧。
從製造業發展來看，國際上都把先進製造作為強國的重要陣地，美國率先提出了保持製造高技術的領先地位的先進製造業國家戰略計劃，他強調三大優先突破技術，包括先進製造的感知控制技術、智慧製造技術平台、硬體平台、軟體平台和先進材料製造。
德國為了維持裝備領域的技術優勢提出工業4.0，他強調三大主題，包括智慧工廠、智慧生產、智慧物流。
我們中國改革開放四十多年，我們國家的製造業取得了長足的發展，取得了很大的成績，特別是江浙一帶製造業非常多，而且發展得又快，從某個角度來說也很友好，但其中有一些企業仍處於產業的下游端，無論央企、國企或民營企業都需要轉型升級。但目前來看，中國製造業轉型還比較困難。
現在幫助企業脫困，最根本的還是製造企業實現轉型升級，在中國的體制情況下要依靠很多政策、措施，從根本上我們要依靠很多先進製造技術，最主要的技術就是數位化智慧、網路化製造和智慧化製造。
最近為了幫助中國企業實現轉型升級，中國工程院搞了三個重大諮詢項目，週濟提出強國發展戰略，強調智能製造、工業強基、綠色製造，現在搞“雙碳”，通過碳達峰、碳中和進行綠色製造。
路甬祥是原中科院院長，也是浙江大學的老校長，他提出了創新設計發展策略，包括技術創新、產品創新、模式創新。
2016年中國工程院原常務副院長也是我們浙江大學的老校長潘雲鶴提出中國人工智慧2.0，主要內容包括大數據智能、群體智能、跨媒體智能，這三位大領導跟我的學習工作過程有很多的交集，週濟就是我的老師，他們對我的工作研究有很深的影響，給我很多指導，我也參與了這三大戰略計劃的寫作、調查等。
其次，基建產品機械化、電氣化、資訊化目前正在朝向智慧化邁進，企業要做好一代產品，就需要一定的工藝，產品是解決做什麼的問題，工業是解決怎麼做的問題。對大量生產而言，我們還需要一代模具，而所有這些都需要一代設計，需要一代設計才能真正做好一代產品，我們很多產品做出來了，並且出口了，量很大，很多企業是知其然而不知其所以然，許多產品是形似而神不似，導致國家機電裝備產品性能、品質與發達國家存在很大差距，為什麼存在很多差距，主要是沒有通過一代設計，透過一代設計才能真正做好一代產品，從形似到神似，透過一代設計才能掌握產業的核心技術。
無論是一代設計、一代工裝、一代製程、一代產品，我們都要用數位化、網路化、智慧化技術來實現轉型升級。而在這裡數位製造是總的體現，我們要搞生產製造，首先要做好數位製造，我們用數位製造的方法來實現數位化的轉型，而數位製造包括四個環節，智慧設計、智慧加工、智能組裝、智慧服務，「數位製造+數位孿生」能夠獲得虛實互動回饋，這實際上是從製造大國走向製造強國的關鍵，我們要自主創新、要成為製造強國，首先要科學製造，而科學製造首先要科學設計，設計程序化、視覺化是科學設計的保證。
此外，工程科學的三大手段為理論建模、實驗驗證、模擬模擬。
把虛擬實境與設計技術結合起來，是設計史上一場劃時代的革命，透過數位樣機部分取代實體樣機進行產品功能驗證與效能分析，降低產品的開發成本，縮短產品開發週期。
我們以數位樣機進行數位化設計是我們目前幫助企業實現自主研發、自主設計、自主創新的主要手段，而數位樣機技術最早可以追溯到1965年MIT Sutherland博士首次提出虛擬實境的概念;1987年美國國防部提出科學計算視覺化;1994年，波音公司在BOENG777飛機首次採用數位化樣機進行開發;2000年美國商用機器公司提出產品全生命週期數位化管理，福特公司提出數位樣機是提昇產品的核心競爭力，把數位化設計、數位孿生應用到汽車設計、組裝與製造的各個環節。
數位孿生最早是2003年美國密西根大學的Grieves教授提出來的，並定義為三維模型，包括實體產品、虛擬產品以及二者之間的連結。
2014年發表了數位孿生的白皮書，美國國防部、PTC公司、西門子、達梭公司都接受了數位孿生的概念，並且在產品開發和市場宣傳中進行使用。
數位孿生包括產品的設計階段，透過建模、模擬及最佳化手段來分析產品的可製造性，同時也支援產品性能和產品功能的測試與設計。
數位孿生強調虛實融合，以虛控實，數位孿生的基本功能是反映鏡像對應產品實體的真實狀態和真實行為，達到虛實結合，以虛控實的目的，國際上應用數位孿生技術進行產品設計有很多成功的先例。
第一個是達梭幻影系列戰鬥機，有三維建模、虛擬模擬、社交協作、智慧資訊處理、即時體驗的功能;西門子建構了安貝格數位化工廠，最大程度實現了生產過程自動化、個人化、彈性化、自我優化，大幅提高生產效率，節省生產資源，降低了生產成本。
美國NASA將實體系統與其等效的虛擬系統結合，研究了基於數位孿生的複雜系統故障預測與消除方法，並應用在飛機、飛行器、運載火箭等飛行系統的健康管理。
通用公司開發了工業互聯網平台，勞斯萊斯為航空運營商開發了Total care服務。
美國PTC在遠端感測器與模擬軟體之間建立了Thing worx平台，將模擬和現實世界的產品結合在一起，美國空軍研究實驗室結構科學中心透過模型和分析實現基於數位孿生的結構壽命預測。
數位孿生和數位化設計有八項關鍵技術。
一、複雜裝備多源異質資料轉換與整合技術，我們要搞數位化設計，搞數位孿生，我們企業都用了很多軟體，包括CAD軟體、CAPP軟體、CAM軟體等，各種軟體我們的資料結構是不一樣的，異質資料如何轉換、共享，如何集成，這個是我們首先要解決的問題，面向複雜裝備、多元異質資料轉換與整合技術是我們資料設計、資料孿生的第一個關鍵技術。
二、複雜裝備幾何-物理-行為-工況建模技術。
我們過去搞CAD、幾何建模，對產品物理性能、產品的行為、製造產品的工況與產品應用的工況建模研究得比較少，而我們透過數位設計和數位孿生我們就可以建立幾何-物理-行為-工況統一建模，在統一建模方面華中科技大學陳立平教授也是我的師弟，在蘇州開了公司，做了很好的軟體，目前也在推廣應用當中。
三、複雜裝備數位孿生多性能耦合分析技術。
我們要進行產品的設計，就要進行物理分析，而物理分析涉及到很多性能，包括熱力學性能、溫度場，多種性能耦合在一起，我們如何進行系統分析，主要是透過解耦和耦合的方法來分析產品的物理性能、機械性質。
四、大數據驅動下的數位孿生行為模擬技術。
我們透過產品行為可以判斷它有哪些功能、動作，有哪些運動學的行為、動力學的行為，這些我們都要進行模擬、建模、分析、迭代、最佳化。
五、複雜裝備全生命週期作業過程模擬。
作業仿真生產如何調度，物流怎麼優化，這都是作業過程模擬。
六、智慧車間佈局規劃與生產調度優化技術。
生產調度我們是先測還是先報，調度如何進行無縫銜接、持續優化，這都是智慧車間佈局規劃與生產調度優化當中要解決的關鍵問題。
七、運轉狀態視覺分析與故障智慧預測技術。
車間運作狀態、企業運作狀態如何實現視覺化分析，我們能夠一目了然了解企業的經營狀況、企業的銷售狀況、企業的管理狀況、企業生產全流程視覺化分析，有什麼故障，機器會不會出故障，生產線會不會故障，我們要進行智慧化預測、預警、預報，從而保障企業能夠無故障生產，能夠進行連續化生產。
八、基於擴增實境的維修、維修操作導航技術。
對於我們的設備如何進行保養、維修、維護，我們要訓練新的操作部門，對老的操作部門要操作規範化、維修規範化、維護經常化。對於如何進行導航，需使它知道先做什麼，後做什麼，做出什麼結果。維修需要哪些工具，需要多長時間等需利用我們進行維修、維護作業的導航技術。
這八項技術是數位孿生的關鍵技術，在企業裡面都可以成功應用。
數位孿生、數位化設計從哪些方向發展，有三個大的趨勢。
一、擬實化，涉及多物理建模，包括三維幾何模型、結構動力學模型、計算流體動力學模型、熱力學模型、應力分析模型、材料狀態演化模型、疲勞損傷模型，還包括數位孿生，透過這些模型進行模擬、診斷、預測、控制，這是擬實化。
二、全生命週期化。過去很多企業也搞了數位化設計、數位化仿真，往往是針對某個階段做的，現在要全生命週期包括從產品設計到維護、使用、銷售、出廠，整個生命週期透過數位孿生製造不同階段的研究和應用。
三、系統整合化。現在整個數位孿生是基於大數據系統數據集成，系統的分析，透過通用性技術、大數據分析技術、虛擬實境和擴增實境技術有機融合為一體，我這個團隊在這個方面也做了很多工作，我把一部分工作向各位專家報告。
這是汽車引擎虛擬組裝系統，在國內做得是最早的，也是做得最好的，做虛擬裝配的人很多，但做得這麼強的在國內還是非常少，我們解決了三個問題，第一個是組裝的設計問題，先裝什麼，後再裝什麼。第二個組裝的路徑問題，是平行裝進去還是要依托供應鏈。第三個是解決組裝干涉問題，大幅提升產品研發效率，提升產品研發質量，縮短產品研發時間。
零件有幾千個零件，不僅能夠裝得下來，還能運動起來。確保整個系統科學正確地運行，包括運動學、動力學性能在硬體中如何交變，氣缸連桿如何進行交變，我們都透過視覺化動態地把它展現出來，還有很多成功的例子，時間關係我就不放下去了，除了產品的數位化設計、數位孿生，包括超大型低能耗空分產品設計、高級數控工具機數位化正向設計、大噸位深拉伸液態壓力設計等。我們也歡迎企業、專家有機會到杭州浙江大學繼續交換計畫。
本文系能源新聞網整理自譚建榮在全球能源轉型高層論壇中九大專題分論壇之能源工業互聯網高品質發展助力能源產業數智轉型論壇演講實錄，未經本人審查。
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