“工業(yè)數(shù)據(jù)+工業(yè)機(jī)理”驅(qū)動(dòng)的數(shù)字底座系統(tǒng)：助推新型工業(yè)化

楊華勇王峰王柏村謝海波

（1.浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，浙江杭州 310058；2.浙江大學(xué)高端裝備研究院，浙江杭州 311106；3.無(wú)錫雪浪數(shù)制科技有限公司，江蘇無(wú)錫 214131）

黨的二十大報(bào)告提出：“建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系”“堅(jiān)持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，推進(jìn)新型工業(yè)化，加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、質(zhì)量強(qiáng)國(guó)、航天強(qiáng)國(guó)、交通強(qiáng)國(guó)、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)”[1]?！丁笆奈濉币?guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中指出了加快發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的具體內(nèi)涵，也就是構(gòu)建實(shí)體經(jīng)濟(jì)、科技創(chuàng)新、現(xiàn)代金融、人力資源協(xié)同發(fā)展的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系[2]。工業(yè)特別是制造業(yè)，是實(shí)體經(jīng)濟(jì)的主體。推進(jìn)新型工業(yè)化是建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的必由之路，也是高質(zhì)量發(fā)展的應(yīng)有之義。

要走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路，充分發(fā)揮我國(guó)的比較優(yōu)勢(shì)和后發(fā)優(yōu)勢(shì)。按照黨的二十大工作部署，建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的具體任務(wù)包括：建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、推動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)融合集群發(fā)展、構(gòu)建優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)業(yè)新體系等幾方面。這也是進(jìn)一步推進(jìn)新型工業(yè)化的重要任務(wù)和重要內(nèi)容。新一輪產(chǎn)業(yè)革命和科技變革為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特別是實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了難得的歷史機(jī)遇，也為我國(guó)推動(dòng)新型工業(yè)化、推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了重要途徑。當(dāng)前，我國(guó)在智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域取得了顯著成效，但不同地區(qū)、不同行業(yè)、不同企業(yè)的發(fā)展水平仍有較大差異，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和企業(yè)仍需持續(xù)推進(jìn)數(shù)字化改造、智能化升級(jí)[3-5]。同時(shí)，廣大制造業(yè)企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級(jí)過(guò)程中經(jīng)常遇到自身信息化建設(shè)能力不足、傳統(tǒng)知識(shí)難以軟件化、對(duì)改造升級(jí)成本較敏感等共性問(wèn)題，亟需創(chuàng)新解決思路和解決方案。

一、“工業(yè)數(shù)據(jù)+工業(yè)機(jī)理”驅(qū)動(dòng)的數(shù)字底座系統(tǒng)

針對(duì)廣大制造業(yè)企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)程中遇到的信息化建設(shè)、知識(shí)軟件化、改造成本等方面的共性問(wèn)題，浙江大學(xué)高端裝備研究院與雪浪云深度合作，面向新型工業(yè)化進(jìn)程中管理數(shù)字化、知識(shí)服務(wù)化、軟件平臺(tái)化等現(xiàn)實(shí)需求，以平臺(tái)型、通用型的系統(tǒng)級(jí)軟件解決行業(yè)的共性問(wèn)題，以服務(wù)型、定制型的工業(yè)APP解決行業(yè)的個(gè)性問(wèn)題，打造“工業(yè)數(shù)據(jù)+工業(yè)機(jī)理”驅(qū)動(dòng)的數(shù)字底座系統(tǒng)，并逐步在工業(yè)界推廣應(yīng)用，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。數(shù)字底座系統(tǒng)為制造業(yè)數(shù)字化、智能化提供1個(gè)工業(yè)數(shù)據(jù)智能底座平臺(tái)、多套基于平臺(tái)的通用工具箱。通過(guò)數(shù)字底座系統(tǒng)研發(fā)的新型工業(yè)軟件，具備自治、協(xié)同與智能進(jìn)化的特性，是獨(dú)立自治的軟件智能體，能夠與其他同源的工業(yè)軟件自動(dòng)組網(wǎng)、數(shù)據(jù)互通，形成工業(yè)軟件/工業(yè)APP的“星鏈”，并逐步實(shí)現(xiàn)群體智能，用得越多，釋放的數(shù)據(jù)價(jià)值就越多。

“工業(yè)數(shù)據(jù)+工業(yè)機(jī)理”驅(qū)動(dòng)的數(shù)字底座系統(tǒng)架構(gòu)主要由底層支撐系統(tǒng)、核心引擎服務(wù)層、上層應(yīng)用組件開發(fā)環(huán)境構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 “工業(yè)數(shù)據(jù)+工業(yè)機(jī)理”驅(qū)動(dòng)的數(shù)字底座系統(tǒng)

底層支撐系統(tǒng)主要提供分布式計(jì)算與存儲(chǔ)的系統(tǒng)級(jí)服務(wù)，為高效的算力和存儲(chǔ)使用提供堅(jiān)實(shí)的保障；核心引擎服務(wù)層在底層支撐系統(tǒng)之上提供服務(wù)治理、監(jiān)控告警、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、資源調(diào)度等核心基礎(chǔ)服務(wù)，配合聯(lián)合仿真、并行計(jì)算、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)開發(fā)、系統(tǒng)集成等應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)框架，支撐制造業(yè)智能設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維全流程中的上層應(yīng)用開發(fā)；上層應(yīng)用組件開發(fā)環(huán)境，提供各種豐富的功能性內(nèi)置組件庫(kù)，用戶通過(guò)可視化應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)對(duì)組件進(jìn)行拖拉拽式編排，即可高效完成細(xì)分工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的搭建。

在核心功能方面，數(shù)字底座系統(tǒng)底層支撐計(jì)算資源與存儲(chǔ)資源的分布式調(diào)度、負(fù)載平衡、高性能讀寫、多副本存儲(chǔ)和多系統(tǒng)兼容等基礎(chǔ)性功能，為上層高效的新工業(yè)軟件與工業(yè)APP開發(fā)和運(yùn)行提供易擴(kuò)展、高可靠、高性能和高可用算力存儲(chǔ)保障。同時(shí)，基于模型化、組件化的開發(fā)范式，通過(guò)首創(chuàng)的高性能混合流計(jì)算核心技術(shù)，數(shù)字底座系統(tǒng)構(gòu)建云邊端智能協(xié)同計(jì)算的一體化平臺(tái)，搭建數(shù)據(jù)采集與集成、數(shù)據(jù)建模與業(yè)務(wù)建模、算法訓(xùn)練與部署、生產(chǎn)過(guò)程仿真與可視化應(yīng)用、模型服務(wù)化和低代碼應(yīng)用等功能模塊。數(shù)字底座系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)維環(huán)節(jié)進(jìn)行基于數(shù)據(jù)、云原生及新算力引擎的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新一代面向數(shù)字空間的新工業(yè)軟件與工業(yè)APP高效研發(fā)，不斷優(yōu)化底層工業(yè)場(chǎng)景的混合建模與算力調(diào)度的能力，深度融合高校與新型研發(fā)機(jī)構(gòu)知識(shí)以及企業(yè)自身數(shù)字化轉(zhuǎn)型經(jīng)驗(yàn)，逐步完善數(shù)字化轉(zhuǎn)型生態(tài)圈。

目前，數(shù)字底座系統(tǒng)已成功服務(wù)300多家制造業(yè)企業(yè)，并且面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，在智能產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品智能生產(chǎn)、產(chǎn)品智能運(yùn)維和區(qū)域中小企業(yè)云平臺(tái)領(lǐng)域構(gòu)建智能制造典型案例。

二、數(shù)字底座系統(tǒng)典型應(yīng)用案例

（一）智能產(chǎn)品研發(fā)——智能盾構(gòu)機(jī)

1.需求分析

盾構(gòu)機(jī)，全名叫盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)，是隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，對(duì)其可靠性要求極高。盾構(gòu)法施工具有掘進(jìn)速率快、施工質(zhì)量高、噪聲小、安全性較高等優(yōu)勢(shì)，但因盾構(gòu)施工工藝流程復(fù)雜、地質(zhì)環(huán)境多變、作業(yè)條件差、對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)和素質(zhì)要求高、勞務(wù)作業(yè)人員匱乏、施工標(biāo)準(zhǔn)不一等原因，經(jīng)常造成施工過(guò)程不當(dāng)，導(dǎo)致地面沉降或隆起、中心線偏離、管片破損、隧道滲漏、非正常停機(jī)、設(shè)備損壞等后果。因此，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)正逐步與盾構(gòu)裝備和隧道施工技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)了隧道無(wú)人化運(yùn)輸、管片無(wú)人拼裝、駕駛輔助決策等功能。未來(lái)還將實(shí)現(xiàn)自主感知、自主學(xué)習(xí)、自主掘進(jìn)、智能決策并自主解決異常問(wèn)題，有效解決盾構(gòu)機(jī)隧道施工過(guò)程中掘不準(zhǔn)、掘不穩(wěn)、掘不快等問(wèn)題。

2.解決方案

基于數(shù)字底座系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜地質(zhì)隧道施工盾構(gòu)全生命周期數(shù)字孿生平臺(tái)，突破盾構(gòu)虛實(shí)空間內(nèi)全要素信息的采集融合傳遞技術(shù)，構(gòu)建復(fù)雜數(shù)字孿生系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)全生命周期性能預(yù)測(cè)、優(yōu)化、控制與監(jiān)測(cè)運(yùn)維，讓盾構(gòu)機(jī)更“聰明”。通過(guò)集成設(shè)備運(yùn)行、地形地質(zhì)勘測(cè)信息，利用數(shù)字孿生引擎，搭建施工環(huán)境與掘進(jìn)設(shè)備的孿生模型，實(shí)時(shí)跟蹤和分析掘進(jìn)設(shè)備運(yùn)行位置和風(fēng)險(xiǎn)源信息，協(xié)助用戶分析項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，提高用戶風(fēng)險(xiǎn)防范水平和能力。通過(guò)采集、感知、融合裝備運(yùn)維過(guò)程中施工參數(shù)，利用5G、邊緣計(jì)算和云計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物理產(chǎn)品與后臺(tái)數(shù)字孿生體之間的實(shí)時(shí)交互與驅(qū)動(dòng)，監(jiān)控、分析并預(yù)測(cè)裝備的狀態(tài)和性能，實(shí)現(xiàn)地下工程裝備智能運(yùn)維決策。通過(guò)部署多類型傳感器動(dòng)態(tài)感知鉆機(jī)關(guān)鍵參數(shù)，基于健康預(yù)測(cè)算法實(shí)時(shí)分析和打造健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)健康狀態(tài)。通過(guò)集成各項(xiàng)目的進(jìn)度信息、報(bào)警信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息構(gòu)建盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程指揮中心，對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的集中管控和遠(yuǎn)程指揮。

3.應(yīng)用成效

針對(duì)盾構(gòu)機(jī)隧道施工中存在的掘不準(zhǔn)、掘不穩(wěn)、掘不快等問(wèn)題，基于數(shù)字底座系統(tǒng)完成了300多臺(tái)/套設(shè)備連接，積累了3.27萬(wàn)億條數(shù)據(jù)、3000多注冊(cè)用戶，成功打造一體化集成控制的盾構(gòu)機(jī)復(fù)雜工況自適應(yīng)控制中樞，突破掘進(jìn)效率和壽命瓶頸。主軸承失效、滑靴磨損等異常預(yù)警準(zhǔn)確率達(dá)70%～85%；泵、閥、缸故障診斷準(zhǔn)確率達(dá)85%～97%；工程地質(zhì)與掘進(jìn)參數(shù)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)70%～85%，全面提升隧道施工精細(xì)化管理水平；隧道掘進(jìn)效率1%～3%，助力掘進(jìn)裝備企業(yè)提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

（二）產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)——燃?xì)廨啓C(jī)智能設(shè)計(jì)

1.需求分析

燃?xì)廨啓C(jī)是一種以連續(xù)流動(dòng)的氣體作為工質(zhì)、把熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械，是一種先進(jìn)、復(fù)雜的成套動(dòng)力機(jī)械裝備。在燃?xì)廨啓C(jī)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，存在系統(tǒng)仿真與場(chǎng)仿真關(guān)聯(lián)弱、場(chǎng)仿真計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)、仿真模型與實(shí)物關(guān)聯(lián)弱、物理試驗(yàn)周期長(zhǎng)及難度大等問(wèn)題，導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)仿真模型實(shí)用性不足、迭代優(yōu)化困難，影響整體研發(fā)設(shè)計(jì)效率。因此，通過(guò)模擬仿真、監(jiān)控分析、診斷預(yù)測(cè)、優(yōu)化控制等手段，研究真實(shí)工況與復(fù)雜環(huán)境下燃?xì)廨啓C(jī)樣機(jī)高保真建模、數(shù)字孿生虛實(shí)鏡像與感知交互、全生命周期性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化的數(shù)字樣機(jī)與數(shù)字孿生技術(shù)，可為解決復(fù)雜、真實(shí)工況下燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)問(wèn)題提供新的途徑。

2.解決方案

基于數(shù)字底座系統(tǒng)，開發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)測(cè)試所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互、分布式異構(gòu)聯(lián)合仿真、模型標(biāo)定分析優(yōu)化、模型降階、三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可視和機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)字孿生系列工具集。采用分布式異構(gòu)聯(lián)合仿真工具集完成關(guān)鍵模型的遷移適配，并設(shè)計(jì)搭建燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵部件和整體系統(tǒng)仿真計(jì)算模板，基于數(shù)字樣機(jī)計(jì)算模板開展關(guān)鍵不確定參數(shù)模型標(biāo)定、多參數(shù)模型分析和設(shè)計(jì)參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化等研究工作，并形成相應(yīng)的計(jì)算模板。同時(shí)，采用模型降階工具集搭建壓氣機(jī)全場(chǎng)和各級(jí)各截面葉型的降階模型，獲得具備準(zhǔn)實(shí)時(shí)求解性能的高保真模型；采用三維可視化工具實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)三大關(guān)鍵部件及整機(jī)的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與流場(chǎng)分布，完成燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)字孿生體構(gòu)建；采用實(shí)時(shí)交互工具集實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)字孿生體與燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)體雙向連接交互。基于燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)字樣機(jī)和數(shù)字孿生開發(fā)狀態(tài)識(shí)別、維保預(yù)警、故障診斷、壽命預(yù)測(cè)和智能維護(hù)決策等智能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)廨啓C(jī)管理、研究、測(cè)試中的人員和設(shè)備等全要素管控，助力燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)測(cè)試的高效協(xié)同和創(chuàng)新升級(jí)。

3.應(yīng)用成效

系統(tǒng)以燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)全流程一體化為主線，便捷連通產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真分析、孿生模型構(gòu)建和開發(fā)運(yùn)維應(yīng)用等業(yè)務(wù)流程，研發(fā)階段的設(shè)計(jì)和測(cè)試效率提升30%以上，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的共享研發(fā)、迭代優(yōu)化和運(yùn)維管理的智能化。

（三）產(chǎn)品智能生產(chǎn)——汽車生產(chǎn)仿真與優(yōu)化

1.需求分析

目前我國(guó)整車制造企業(yè)已經(jīng)具備較為完善的信息化和自動(dòng)化系統(tǒng)，如MES、ERP、PLM和WMS等，但仍面臨零部件復(fù)雜多樣難以管理、生產(chǎn)制造流程繁復(fù)導(dǎo)致制造周期長(zhǎng)、軟件眾多難以整合導(dǎo)致數(shù)據(jù)孤島無(wú)法消除、業(yè)務(wù)復(fù)雜多樣導(dǎo)致管理不足等問(wèn)題。主要表現(xiàn)在：生產(chǎn)規(guī)劃和驗(yàn)證困難、生產(chǎn)規(guī)劃與計(jì)劃準(zhǔn)確性低且無(wú)法驗(yàn)證、意外頻發(fā)、庫(kù)存積壓多；實(shí)時(shí)優(yōu)化決策難、決策方法不夠科學(xué)；實(shí)時(shí)總控調(diào)度難、沒有統(tǒng)一的調(diào)度中心、設(shè)備繁多通信難、異步控制調(diào)度不便；生產(chǎn)狀態(tài)評(píng)估難、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)治理分析難、生產(chǎn)和管理關(guān)鍵指標(biāo)無(wú)法實(shí)時(shí)評(píng)估。

2.解決方案

數(shù)字底座系統(tǒng)研發(fā)的生產(chǎn)仿真與實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件，通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程海量數(shù)據(jù)與工藝知識(shí)的深度融合實(shí)現(xiàn)了建模、分析、決策和執(zhí)行的閉環(huán)鏈路構(gòu)建。打通制造系統(tǒng)的核心工藝設(shè)備、ERP、MES、LES和SRM等，建立單車級(jí)訂單BOM，為虛擬制造的孿生模型提供產(chǎn)品與物料消耗關(guān)系，為后續(xù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供統(tǒng)一視角的數(shù)據(jù)支撐；結(jié)合車間生產(chǎn)仿真能力，通過(guò)組件拖拽搭建產(chǎn)線高保真建模，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行預(yù)演，快速發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存和潛在問(wèn)題，基于智能優(yōu)化算法的應(yīng)用，快速對(duì)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化分析，推薦最優(yōu)解決方案至自動(dòng)化設(shè)備側(cè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化調(diào)度。同時(shí)，可快速開發(fā)與沉淀汽車生產(chǎn)制造關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程、工藝經(jīng)驗(yàn)、制造知識(shí)和方法的典型工業(yè)應(yīng)用。

3.應(yīng)用成效

汽車生產(chǎn)仿真與實(shí)時(shí)優(yōu)化將信息融入完整業(yè)務(wù)流中，將計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)調(diào)度和智能控制等功能與業(yè)務(wù)深度融合，避免在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)的瓶頸問(wèn)題對(duì)出貨造成影響，減少計(jì)劃外的停機(jī)時(shí)間，最大化提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)能。以某汽車整車制造企業(yè)為例，數(shù)字底座系統(tǒng)連接了超過(guò)1500個(gè)生產(chǎn)單元和2000多名現(xiàn)場(chǎng)人員，當(dāng)生產(chǎn)條件發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)快速計(jì)算后可重新配置生產(chǎn)要素，實(shí)現(xiàn)原材料庫(kù)存資金占用下降18%，倉(cāng)儲(chǔ)和管理成本下降22%，電能消耗每年減少1000萬(wàn)元以上。

（四）產(chǎn)品智能運(yùn)維——柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的智能運(yùn)維

1.需求分析

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是工業(yè)發(fā)展中常見的配套裝備，是汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、船舶、地質(zhì)和石油鉆機(jī)等的主要配套動(dòng)力。傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能監(jiān)測(cè)主要以人工監(jiān)測(cè)為主，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)不充分，缺乏對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程的可視化管理；在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確定位，其故障診斷主要依賴相關(guān)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；柴油發(fā)動(dòng)機(jī)大量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)有待發(fā)掘，運(yùn)維服務(wù)體系不完善，缺乏體系完善的智能運(yùn)維服務(wù)平臺(tái)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能監(jiān)測(cè)急需從建模仿真、孿生融合、預(yù)測(cè)優(yōu)化等角度出發(fā)，研究真實(shí)工況與復(fù)雜環(huán)境下柴油發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字樣機(jī)高保真建模、數(shù)字孿生虛實(shí)鏡像與感知交互、全生命周期性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化技術(shù)，建立面向柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行維護(hù)全生命周期問(wèn)題解決方案。

2.解決方案

基于數(shù)字底座系統(tǒng)開發(fā)的分布式異構(gòu)聯(lián)合仿真接口、模型標(biāo)定分析優(yōu)化、模型降階、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互、機(jī)器學(xué)習(xí)、三維動(dòng)態(tài)可視化等數(shù)字孿生建模工具，在發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字孿生的基礎(chǔ)上可開發(fā)故障診斷、壽命預(yù)測(cè)與輔助決策等運(yùn)維服務(wù)，搭建柴油發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字孿生與智能運(yùn)維一體化平臺(tái)。首先，利用數(shù)字孿生建模工具，從發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)理模型從發(fā)，利用模型降階工具構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件數(shù)字孿生體，包括發(fā)動(dòng)機(jī)DPF和四配套的數(shù)字孿生體，通過(guò)實(shí)時(shí)交互工具接入發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)DPF（壓差、溫度場(chǎng)、積灰、積碳等）和四配套（機(jī)油耗、漏氣量、環(huán)/缸套磨損等）性能的實(shí)時(shí)孿生監(jiān)測(cè)。其次，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件數(shù)字孿生和發(fā)動(dòng)機(jī)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)積碳故障診斷模型、積碳/積灰/磨損壽命預(yù)測(cè)模型、最佳清灰決策模型，完善發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)維服務(wù)。最后，開發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)智能運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)全生命周期數(shù)字孿生、數(shù)據(jù)管理、運(yùn)維服務(wù)的一體化。

3.應(yīng)用成效

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)智能運(yùn)維平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜柴油發(fā)動(dòng)機(jī)模型在運(yùn)維階段的高度復(fù)用，通過(guò)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)孿生模型與物理實(shí)體的實(shí)時(shí)同步交互，保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)維階段模型的高可信度和高保真度，以孿生模型預(yù)測(cè)結(jié)果驅(qū)動(dòng)最優(yōu)決策，提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行質(zhì)量?；诨旌蠈\生數(shù)據(jù)的性能與故障預(yù)測(cè)技術(shù)、運(yùn)維決策管理技術(shù)構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)智能運(yùn)維體系，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和可用性。

（五）區(qū)域中小企業(yè)云平臺(tái)領(lǐng)域

1.需求分析

中小企業(yè)是中國(guó)經(jīng)濟(jì)的“毛細(xì)血管”，創(chuàng)造了全國(guó)50%的稅收、60%的GDP、70%的技術(shù)創(chuàng)新、80%的勞動(dòng)就業(yè)以及90%的企業(yè)數(shù)量，是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“主戰(zhàn)場(chǎng)”。2021年12月，工業(yè)和信息化部會(huì)同多個(gè)部門聯(lián)合發(fā)布了《“十四五”促進(jìn)中小企業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》，明確指出要通過(guò)提升中小企業(yè)的創(chuàng)新能力和專業(yè)化水平來(lái)推動(dòng)企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，同時(shí)提到智能制造、數(shù)字化轉(zhuǎn)型是中小企業(yè)改革創(chuàng)新、提升綜合實(shí)力和核心競(jìng)爭(zhēng)力的根本動(dòng)力和必由之路。

2.解決方案

針對(duì)中小企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)程中遇到的常見問(wèn)題，基于數(shù)字底座系統(tǒng)研發(fā)和建設(shè)面向中小企業(yè)管理數(shù)字化、知識(shí)服務(wù)化、軟件平臺(tái)化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)。云平臺(tái)以N+X模式為導(dǎo)向，通過(guò)平臺(tái)型、通用型的系統(tǒng)級(jí)軟件解決行業(yè)的共性問(wèn)題（N），并通過(guò)服務(wù)型、定制型的工業(yè)APP解決行業(yè)的個(gè)性問(wèn)題（X）。數(shù)字底座系統(tǒng)基于工業(yè)大規(guī)模全量、多源多維數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算，打通數(shù)據(jù)孤島，深度融合工業(yè)機(jī)理、人工智能、運(yùn)籌優(yōu)化與圖計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值的深度挖掘與分析，不斷自學(xué)習(xí)形成完善的工業(yè)知識(shí)新體系，從數(shù)據(jù)被動(dòng)驗(yàn)證決策轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)主動(dòng)引導(dǎo)決策，助力中小企業(yè)節(jié)約整體生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)成本，提升生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)效率。

3.應(yīng)用成效

截至目前，平臺(tái)已對(duì)接客戶150余家，為中小企業(yè)提供定制服務(wù)方案80余份。以某中小企業(yè)為例，通過(guò)區(qū)域中小企業(yè)云平臺(tái)的賦能，數(shù)字化升級(jí)改造推動(dòng)生產(chǎn)成本降低23%、生產(chǎn)效率提升40%、產(chǎn)品良率提升至97%、產(chǎn)品研發(fā)周期下降20%。區(qū)域中小企業(yè)云平臺(tái)創(chuàng)建以規(guī)模效應(yīng)降低企業(yè)工業(yè)軟件應(yīng)用門檻和成本的新模式，將全面賦能區(qū)域內(nèi)制造業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

三、結(jié)束語(yǔ)

黨的二十大報(bào)告提出“推進(jìn)新型工業(yè)化”，為新時(shí)期推動(dòng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、深化兩化融合發(fā)展指明了方向。綜合來(lái)看，“工業(yè)數(shù)據(jù)+工業(yè)機(jī)理”驅(qū)動(dòng)的數(shù)字底座系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，對(duì)于建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、加快發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系、推進(jìn)新型工業(yè)化、發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、打造工業(yè)APP等具有積極的助推作用。充分發(fā)揮數(shù)字底座系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合產(chǎn)教研用等多方生態(tài)，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈、人才鏈、創(chuàng)新鏈的多鏈協(xié)同、融合發(fā)展，運(yùn)用工業(yè)知識(shí)、數(shù)據(jù)和算力重構(gòu)工業(yè)體系，將有力推動(dòng)制造業(yè)在數(shù)字空間的變革與升級(jí)。