能源新闻网讯，9月16日，以“能源安全 绿色转型”为主题的2023全球能源转型高层论坛在昌平区未来科学城开幕。

开幕式后，与会领导来到华为、国家能源集团、隆基等展区，参观了论坛举办的科技成果展览展示。论坛期间，还将举行主论坛、九大专题分论坛、签约和揭牌仪式等活动。

下面是九大专题分论坛之能源工业互联网高质量发展助力能源行业数智转型论坛活动中中国工程院院士 浙江大学教授谭建荣先生的发言：

各位领导、各位专家、各位企业家、企业管理人员、企业基层人员大家好，我是浙江大学谭建荣，非常高兴有机会向大家做交流汇报。

按照会务组的要求，我报告的题目是数字设计与数字孪生，关键技术与发展趋势，借这个机会把我学习、研究特别是在企业应用数字设计与智能制造的一些体会向我们到会的各位来宾做一个交流汇报。

我在浙江大学主要从事数据建模与虚拟现实、数字设计与智能制造等方面的工作。

信息技术改变了人类的生产方式，改变了人类的生活方式，改变了人类的学习方式。

信息技术发展得非常快，形成了新一代信息技术，新一代信息技术有四个显著的特点。

一、从互联网技术发展到物联网技术;

二、从虚拟现实技术发展到增强现实技术，最近又发展到元宇宙技术;

三、从网格计算技术发展到云计算技术;

四、从机器学习技术发展到深度学习技术，形成几个典型的综合交叉领域，包括工业互联、混合现实、大数据、人工智能。

从制造业发展来看，国际上都把先进制造作为强国的重要阵地，美国率先提出了保持制造高技术的领先地位的先进制造业国家战略计划，他强调三大优先突破技术，包括先进制造的感知控制技术、智能制造技术平台、硬件平台、软件平台和先进材料制造。

德国为了保持装备领域的技术优势提出工业4.0，他强调三大主题，包括智能工厂、智能生产、智能物流。

我们中国改革开放四十多年，我们国家的制造业取得了长足的发展，取得了很大的成绩，特别是江浙一带制造企业非常多，而且发展得又快，从某个角度来说也很友好，但其中有一些企业还处于产业的下游端，无论央企、国企还是民营企业都需要转型升级。但目前来看，中国制造企业转型还比较困难。

现在帮助企业脱困，最根本的还是制造企业实现转型升级，在中国的体制情况下要依靠很多政策、措施，从根本上我们要依靠很多先进制造技术，最主要的技术就是数字化智能、网络化制造和智能化制造。

最近为了帮助中国企业实现转型升级，中国工程院搞了三个重大咨询项目，周济提出强国发展战略，强调智能制造、工业强基、绿色制造，现在搞“双碳”，通过碳达峰、碳中和进行绿色制造。

路甬祥是原中国科学院院长，也是浙江大学的老校长，他提出了创新设计发展战略，包括技术创新、产品创新、模式创新。

2016年中国工程院原常务副院长也是我们浙江大学的老校长潘云鹤提出中国人工智能2.0，主要内容包括大数据智能、群体智能、跨媒体智能，这三位大领导跟我的学习工作过程有很多的交集，周济就是我的老师，他们对我的工作研究有很深的影响，给予我很多指导，我也参与了这三大战略计划的写作、调研等。

其次，基建产品机械化、电气化、信息化目前正在向智能化迈进，企业要想做好一代产品，就需要一定的工艺，产品是解决做什么的问题，工业是解决怎么做的问题。对批量生产而言，我们还需要一代模具，而所有这些都需要一代设计，需要一代设计才能真正做好一代产品，我们很多产品做出来了，并且出口了，量很大，很多企业是知其然而不知其所以然，很多产品是形似而神不似，导致国家机电装备产品性能、质量与发达国家存在很大差距，为什么存在很多差距，主要是没有通过一代设计，通过一代设计才能真正做好一代产品，从形似到神似，通过一代设计才能掌握行业的核心技术。

无论是一代设计、一代工装、一代工艺、一代产品，我们都要用数字化、网络化、智能化技术来实现转型升级。而在这里数字制造是总的体现，我们要搞生产制造，首先要做好数字制造，我们用数字制造的方法来实现数字化的转型，而数字制造包括四个环节，智能设计、智能加工、智能装配、智能服务，“数字制造+数字孪生”能够获得虚实交互反馈，这实际是从制造大国走向制造强国的关键，我们要自主创新、要成为制造强国，首先要科学制造，而科学制造首先要科学设计，设计程序化、可视化是科学设计的保证。

此外，工程科学的三大手段为理论建模、实验验证、模拟仿真。

把虚拟现实与设计技术结合起来，是设计史上一场划时代的革命，通过数字样机部分代替实物样机进行产品功能验证与性能分析，降低产品的开发成本，缩短产品开发周期。

我们用数字样机进行数字化设计是我们当前帮助企业实现自主研发、自主设计、自主创新的主要手段，而数字样机技术最早可以追溯到1965年MIT Sutherland博士首次提出虚拟现实的概念;1987年美国国防部提出科学计算可视化;1994年，波音公司在BOENG777飞机首次采用数字化样机进行开发;2000年美国商用机器公司提出产品全生命周期数字化管理，福特公司提出数字样机是提升产品的核心竞争力，把数字化设计、数字孪生应用到汽车设计、装配与制造的各个环节中。

数字孪生最早是2003年美国密歇根大学的Grieves教授提出来的，并定义为三维模型，包括实体产品、虚拟产品以及二者之间的连接。

2014年发表了数字孪生的白皮书，美国国防部、PTC公司、西门子、达索公司都接受了数字孪生的概念，并且在产品开发和市场宣传中进行使用。

数字孪生包括产品的设计阶段，通过建模、仿真及优化手段来分析产品的可制造性，同时还支持产品性能和产品功能的测试与设计。

数字孪生强调虚实融合，以虚控实，数字孪生的基本功能是反映镜像对应产品实体的真实状态和真实行为，达到虚实结合，以虚控实的目的，国际上应用数字孪生技术进行产品设计有很多成功的先例。

第一个是达索幻影系列战斗机，有三维建模、虚拟仿真、社交协作、智能信息处理、实时体验的功能;西门子构建了安贝格数字化工厂，最大程度实现了生产过程自动化、个性化、弹性化、自我优化，大大提高生产效率，节约生产资源，降低了生产成本。

美国NASA将物理系统与其等效的虚拟系统相结合，研究了基于数字孪生的复杂系统故障预测与消除方法，并应用在飞机、飞行器、运载火箭等飞行系统的健康管理。

通用公司开发了工业互联网平台，劳斯莱斯为航空运营商开发了Total care服务。

美国PTC在远程传感器与仿真软件之间建立了Thing worx平台，将仿真和现实世界的产品结合在一起，美国空军研究实验室结构科学中心通过模型和分析实现基于数字孪生的结构寿命预测。

数字孪生和数字化设计有八项关键技术。

一、复杂装备多源异构数据转换与集成技术，我们要搞数字化设计，搞数字孪生，我们企业都用了很多软件，包括CAD软件、CAPP软件、CAM软件等，各种软件我们的数据结构是不一样的，异构数据如何转换、共享，如何集成，这个是我们首先要解决的问题，面向复杂装备、多元异构数据转换与集成技术是我们数据设计、数据孪生的第一项关键技术。

二、复杂装备几何-物理-行为-工况建模技术。

我们过去搞CAD、几何建模，对产品物理性能、产品的行为、制造产品的工况与产品应用的工况建模研究得比较少，而我们通过数字设计和数字孪生我们就可以建立几何-物理-行为-工况统一建模，在统一建模方面华中科技大学陈立平教授也是我的师弟，在苏州开了公司，做了很好的软件，目前也在推广应用当中。

三、复杂装备数字孪生多性能耦合分析技术。

我们要进行产品的设计，就要进行物理分析，而物理分析涉及到很多性能，包括热力学性能、温度场，多种性能耦合在一起，我们如何进行系统分析，主要是通过解耦和耦合的方法来分析产品的物理性能、力学性能。

四、大数据驱动下的数字孪生行为仿真技术。

我们通过产品行为可以判断它有哪些功能、动作，有哪些运动学的行为、动力学的行为，这些我们都要进行仿真、建模、分析、迭代、优化。

五、复杂装备全生命周期作业过程仿真。

作业仿真生产如何调度，物流怎么优化，这都是作业过程仿真。

六、智能车间布局规划与生产调度优化技术。

生产调度我们是先测还是先报，调度如何进行无缝衔接、持续优化，这都是智能车间布局规划与生产调度优化当中要解决的关键问题。

七、运行状态可视分析与故障智能预测技术。

车间运行状态、企业运行状态如何实现可视化分析，我们能够一目了然了解企业的经营情况、企业的销售情况、企业的管理情况、企业生产全过程可视化分析，有什么故障，机器会不会出故障，生产线会不会有故障，我们要进行智能化预测、预警、预报，从而保障企业能够无故障生产，能够进行连续化生产。

八、基于增强现实的维修、维护操作导航技术。

对于我们的设备如何进行保养、维修、维护，我们要培训新的操作部门，对老的操作部门要操作规范化、维修规范化、维护经常化。对于如何进行导航，需使它知道先做什么，后做什么，做出什么结果。维修需要哪些工具，需要多长时间等需利用我们进行维修、维护操作的导航技术。

这八项技术是数字孪生的关键技术，在企业里面都可以得到成功应用。

数字孪生、数字化设计从哪些方向发展，有三个大的趋势。

一、拟实化，涉及多物理建模，包括三维几何模型、结构动力学模型、计算流体动力学模型、热力学模型、应力分析模型、材料状态演化模型、疲劳损伤模型，还包括数字孪生，通过这些模型进行模拟、诊断、预测、控制，这是拟实化。

二、全生命周期化。过去很多企业也搞了数字化设计、数字化仿真，往往是针对某一个阶段做的，现在要全生命周期包括从产品设计到维护、使用、销售、出厂，整个生命周期通过数字孪生制造不同阶段的研究和应用。

三、系统集成化。现在整个数字孪生是基于大数据系统数据集成，系统的分析，通过通用性技术、大数据分析技术、虚拟现实和增强现实技术有机融合为一体，我这个团队在这个方面也做了很多工作，我把一部分工作向各位专家进行汇报。

这是汽车发动机虚拟装配系统，在国内做得是最早的，也是做得最好的，做虚拟装配的人很多，但做得这么强的在国内还是非常少，我们解决了三个问题，第一个是装配的设计问题，先装什么，后装什么。第二个装配的路径问题，是平行装进去还是要依托供应链。第三个是解决装配干涉问题，大大提高产品研发效率，提高产品研发质量，缩短产品研发时间。

零件有几千个零件，不仅能够装得下来，还能运动起来。保证整个系统科学正确地运行，包括运动学、动力学性能在硬件中如何交变，气缸连杆如何进行交变，我们都通过可视化动态地把它展现出来，还有很多成功的例子，时间关系我就不放下去了，除了产品的数字化设计、数字孪生，包括超大型低能耗空分产品设计、高档数控机床数字化正向设计、大吨位深拉伸液态压力设计等。我们也欢迎企业、专家有机会到杭州浙江大学继续交流项目。

本文系能源新闻网整理自谭建荣在全球能源转型高层论坛中九大专题分论坛之能源工业互联网高质量发展助力能源行业数智转型论坛演讲实录，未经本人审阅。