李培根院士：过程孪生是数字孪生之“魂”

     6月25-26日，2021雪浪大会在无锡成功召开。数千名制造业企业负责人与诸多专家学者齐聚一堂，共同描绘制造业数字化的未来图谱，感知智能时代，畅想制造未来。中国工程院院士李培根在雪浪云思“新工业人、新工厂、新工业梦”论坛上发表《制造过程的数字孪生》主题演讲，他指出，数字孪生是智能装备的“灵魂”，那么过程孪生则是数字孪生之“魂”。

过程孪生是数字孪生之“魂”

新一代（数字时代）的制造，最鲜明的特点之一就是数字孪生。物理生命体是在“孕育”（即实体的设计开发过程）和服役过程（运行、使用）中伴随其数字模型的物理实体（如产品或装备）；数字孪生体则是对服役或孕育过程中的“物理生命体”的数字化描述。

在李培根院士看来，数据是物理生命体的“血液”，数据及智能技术共同赋予了物理实体以“生命”，如果说数字孪生是智能装备的“灵魂”，那么过程孪生则是数字孪生之“魂”。

过程孪生可以体现在过程仿真、制造工艺过程以及系统运行过程等三个方面。

过程仿真。李培根院士认为，数字孪生体不仅是物理实体的镜像，更要实现与物理实体在全生命周期的共生。如果只是建立了数字化样机，却没有实现数字模型与其物理对象之间的交互或共生，就不能称为数字孪生。在数字孪生实现过程中，关键在于工业软件，首当其冲的则是仿真软件，采用虚拟仿真技术建立的数字孪生模型，即为“基于仿真的数字孪生”。

数字孪生的意义不是基于处理静态问题。产品的运行过程都是动态的，只有对动态问题更深度认识并施予相应控制，这才是数字孪生最重要的意义所在。从应用角度来看，基于数字孪生技术的建模与仿真不再是离线的、独立的、特定阶段存在的，而是可以与真实世界建立永久、实时、交互的链接。

以罗罗公司制造的UltraFan航空发动机为例。其每一个风扇叶片都有一个数字孪生数据模型，可以存储真实的测试数据，从而使工程师可以预测使用中的性能。基于UtraFan试验台，可以从10000多个参数中获取数据，能以每秒20万个样本的速度检测出最小振动。

制造工艺过程。产品在运行过程中所收集的各种数据成为其数字孪生体的一部分。在一个设备的运行过程中，通过对加工状态、如工艺参数、生产环境数据的监控，建立状态改变对于加工质量影响的数学分析模型，通过趋势分析预测加工质量的异常，并能够迅速采取措施，调整设备工艺参数，形成监控、分析、调整、优化的闭环，防止废品、残次品产生。

在某酵母企业，对原料发酵过程的温度、湿度、酒精含量、PH值等指标进行采集，一个工段上设置1000多个数据采集点，每5ms采集一次，一个生产批次的发酵周期为15小时，数据量多达上亿条。该企业基于海量数据，通过大数据分析确定“黄金批次”的最佳工艺参数，以还原生产的最佳工艺条件，用以控制和优化工艺。

系统运行过程。李培根院士指出，要想释放数字孪生的价值，整合数字孪生生态系统中的所有数据和模型就非常必要，其中就包括装备系统运行过程的数据与模型，这也是数字孪生体与物理实体实现“共生”的关键。

譬如空客在飞机组装过程中就使用数字孪生。空客在碳纤维强基复合材料机身结构的组装过程中，为减小残余应力，开发应用数字孪生技术的大型配件装配系统，对装备过程进行自动控制以减少残余应力。在装配系统中，空客不仅对各组件建立相应的数字孪生体模型，同时对系统本身也建立了相应的数字孪生模型；如此一来，系统本身的数字孪生体就可用于系统设计，为每个装配过程提供预测性仿真。

李培根院士强调，前面提到所有的孪生，都离不开工业软件的支撑，其中至关重要的是仿真软件。基于仿真的数字孪生，不仅要在产品开发中认识产品工作的过程，还要认识工艺过程，以及系统运行过程。这三个部分共同构成了“过程孪生”，从这个意义上来说，过程孪生是数字孪生的“灵魂”。

雪浪小镇之“聚”与“变”

2021雪浪大会上，中国工程院院士王坚发起成立了雪浪小镇战略咨询委员会，由李培根院士担任雪浪小镇战略咨询委员会主任，杨华勇院士担任委员会副主任，钱锋院士、顾佩华院士担任专家委员。另外，此次大会上还聘任李培根院士为雪浪学院创新研究中心院长。

诚如王坚院士所言，雪浪小镇是一个没有院士工作站、但是院士做出了巨大贡献的地方。院士专家团队的加盟，为雪浪小镇带来战略与创新支撑，而这只是雪浪小镇“聚人”战略的一个缩影。

雪浪小镇从发起之初，就得到了无锡市政府及长三角制造业龙头企业的支持。越来越多的行业大咖赴雪浪小镇成为“荣誉镇民”；越来越多的传统企业在雪浪小镇质变腾飞，成为“铁杆镇民”；越来越多的海归人才回雪浪小镇拥抱梦想，成为“新锐镇民”；越来越多投资机构的关注与青睐，为雪浪小镇注入资本的活力；越来越多媒体的聚焦与报道，让雪浪小镇为更多人所知，与云栖小镇、海纳小镇共筑长三角数字化产业发展的完整闭环。

可以说，正是有了“政产学研”的共同助力，为雪浪小镇赋予了无限可能。截至目前，雪浪小镇已聚集数百家数字化创新公司，其中最早从雪浪小镇孵化出来的工业互联网平台公司——雪浪云，已成为中国工业数据领域的佼佼者。

三年来，雪浪小镇快速崛起，逐渐发展成为工业互联网思想传播的载体、技术交流的平台和人才培养的基地。李培根院士在圆桌对话分享他所观察到的“变化”时谈到，每次来到雪浪小镇，看到雪浪云团队都与不同的制造企业黏在一起，积极推动信息产业与制造业的融合、物理世界与数字世界的融合。而正是这些一点一滴的积累，践行着“从制造业中来，到制造业中去”的量变到质变。