北京中科国业工程技术研究院公布其在自主研发的ZK-CPS信息物理系统架构上的、可实现底层软件硬件结合感知与控制的数字孪生引擎系统、及该套系统在有人航空、无人航空、军工、环保、智能建筑、智能工厂等多个重点领域已进行产业化应用,该技术产品已形成体系并有固定国内市场、目前处在拓展全球工业市场并进入民用消费市场阶段,这标志着中国CPS信息物理系统和数字孪生引擎结合技术达到国际一流水平并走在全球产业化的第一梯队,与此同时北京中科国业工程技术研究院与北京蓝鳍海洋工程技术研究院共同将ZK-CPS信息物理系统应用在潜艇、水下潜航器、海洋工程领域、取得重大工程技术进展。
信息物理系统CPS是智能制造领域最重要的核心技术,数字孪生引擎是可应用在工业和民用消费领域的沟通现实物理世界与数字世界的核心桥梁及基础性架构技术,即可以通过该技术构造现实世界的一个或多个虚拟世界孪生兄弟,他们之间可既以完全一致、或根据设置产生特定基因差异,相互之间可以产生差异化和定制化的互感知与互操控。中国工程院、中国科学院和中国科协作为国家级科研领军单位、一直将CPS信息物理系统和数字孪生引擎技术当做科研和技术攻关重点。中国科协全称中国科学技术协会、属中央直属系统,由中央书记处直接领导,中央政治局一位领导同志代表中央分管科协工作,国务院一位领导同志分工联系科协工作,中央书记处每年听取科协工作汇报。中国科协实行全国代表大会(五年召开一次)、全国委员会(每年召开会议一次)、常务委员会(每季度召开会议一次)领导制度。常务委员会设置学术交流与学会发展专门委员会、科学技术普及专门委员会等14个专门委员会。中科人才技术交流发展中心是中国科协的全资国有直属单位,北京红旗空海工程技术研究院直属于中国科协中科人才技术交流发展中心管理。北京红旗空海工程技术研究院主要开展军民融合、智能制造、海洋工程、空间工程、智能与智慧工程、数字与模拟工程、智库与智囊工程、知识与发展工程、创新与创意工程、数字链与信任链、国家重点产业工程、国家高端制造和国家高端装备工程、国家储备工程和国家应急工程的研发、设计、生产、应用、推广、管理、教学培训等全生命周期内容,是面向全国及国际化的国家科技战略研究平台、国家技术交流发展与融合创新平台。北京中科国业工程技术研究院是北京红旗空海工程技术研究院下属的国家级综合型科研产业研究院,北京蓝鳍海洋工程技术研究院是北京红旗空海工程技术研究院下属的国家级海洋工程和水下工程领域专业型科研产业研究院,二者及各其他专业型研究院均具有独立法人的产业化企业营运资格和面向全国的科研产业转化双重功能,在全国范围内形成以产业带动科研、以科研促进工程技术、以工程技术服务产业的格局,发挥先锋先导作用、切实细化落实和服务于国家科研布局和产业战略布局。
本次北京中科国业工程技术研究院采用的技术路线源于国际公认的军工技术重点领域的战场状态感知交互和作战单元精确控制,经民用化需求导向转化、军转民路线改造研发和自主知识产权迭代研发,目前已经对民用航空器进行孪生状态模拟和操控、对水下潜航器和潜艇进行孪生姿态感知实时交互控制、对海洋环境进行孪生状态感知和监测,对环保场站及园区工厂进行土壤污水气体综合孪生感知和控制、对建筑工地和装备进行孪生感知和控制、对工业工厂及其生产设备和工业机器人进行孪生感知和控制,并在上述领域进行多个市场化应用销售与服务。
此前,国内具有自主研发CPS底层系统的企业和团队非常稀少、具有自主研发数字孪生引擎底层技术的企业和团队业寥寥无几,北京中科国业工程技术研究院同时攻克双核心技术,即拥有自主研发的ZK-CPS信息物理系统和数字孪生引擎、掌握两个核心系统的全部底层技术和源码,并可以此烧录定制化的芯片。从而对当前国内数字孪生领域产生技术带动作用:
一是国内团队偏向于表层数字仿真和非核心的上层APP应用、并不拥有自主的引擎和架构,二是多数国内团队进行软件层面的建模模拟而无法穿透软硬结合层面进行实体交互操作与实时双工控制,三是多数国内团队不掌握底层软硬通信协议和计算规则库、无法针对多场景和实体进行兼容独立和兼容组合孪生感知与控制、无法深度定制化开发产品。而由于拥有CPS信息物理系统及建立在其上的数字孪生引擎底层架构,则可以对任意领域包括工业化、科研科考、国防军工、民用消费场景进行自下向上全链条的深度定制化研发应用,也可以直接推出面相任意领域的标准化产品或服务,可以通过调整自身的底层通信与控制协议无差别的兼容其他厂商、其他国家或地区的各类型已有产品和接口,打通各领域各地区各类型产品、建立广泛兼容的数字孪生平台,使其可以在本项目的平台上相互感知、相互操作、相互配合、相互共享。
由于国家发改委等部委、中国工程院、中国科学院、中国科协给予的指导和大力支持,目前该技术已经为中国军方某部、航空航天单位某所、中国科学院某所、应急部某地方部门、中铁集团、中交集团、中建集团、中国建筑协会、国防科大、清华大学、哈工大、南开大学、厦门大学、华侨大学、厦门理工学院等三十多家单位及其子单位提供产品和服务。接下来计划对工业、科研科考、国防军工、民用消费领域继续扩大和深耕产业化市场、通过自主研发的引擎底层技术优势、对几个已有市场优势的领域进行深度定制化研发应用,同时推出可打通智能工厂领域的数字孪生平台,使国际上各国家生产的各品牌机器人、数控机床、和各种智能设备可以在平台上相互感知、相互操作、相互配合、相互共享。针对智能工厂的工业机器人示教器产品扩大民用消费级市场,建立更加细分的产品线、面向教育从小学生至博士研究生消费人群进行线上线下细分差异化销售和服务,使之成为一种通用型寓教于乐的学校学科教具、文具、高品质玩具、开发智力用具、学习人工智能和编程的工具、实际亲手体验智能工厂和真实工业机器人的工具,将国家的人工智能战略进一步落在细处、落在实处。
“科技是国之利器,国家赖之以强,企业赖之以赢,人民生活赖之以好。现在,我们迎来了世界新一轮科技革命和产业变革同我国转变发展方式的历史性交汇期,既面临着千载难逢的历史机遇,又面临着差距拉大的严峻挑战,瞄准世界科技前沿,引领科技发展方向,显得至关重要”。中国科研产业化机构和单位责无旁贷,必将以更加优益的科研产业化成绩来报效祖国。
（王峰）
