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重磅主旨报告 分享真知灼见 

2020-10-20 09:51 |浙江新闻客户端-乐清日报

沈卫明,华中科技大学教授,加拿大国家研究院前任首席研究员,加拿大工程研究员Fellow,IEEE Fellow。主要从事智能物联网大数据、智能体理论与应用等方面的研究。曾获IEEE Canada唐纳工业领袖奖、加拿大联邦大楼最佳能效奖、加拿大国家研究院国家杰出贡献奖和最佳技术成果转让奖,以及STBE杂志“最佳论文奖”等奖项。

沈卫明:数字孪生与智能制造

数字孪生可以广泛应用于5G、人工智能、云计算、深度学习、数据挖掘等多个领域,数字孪生结合数据驱动和工程模型可以为新型应用提供巨大的知识储备。

智能制造就是人工智能在制造业的应用,数字孪生技术逐渐成为优化整个制造价值链和创新产品的重要工具。数字孪生功能最初是设计工程师工具箱里的一种选择工具,它可以简化设计流程,削除原型测试中的许多方面。通过使用3D仿真和人机界面,如增强现实和虚拟现实,工程师可以确定产品的规格、制造方式和使用材料,以及如何根据相关政策、标准和法规进行设计评估。数字孪生可以帮助工程师在确定设计终稿之前,识别潜在的可制造性、质量和耐用性等问题。因此,通过数字孪生模型的应用,传统的原型设计速度得以提升,产品以更低成本,更有效地投入生产。

当工厂里的机器出现毛病需要维修师修理时,工厂对数字孪生的应用,如同远程医疗诊断。眼下,国内工厂很多设备从德国进口,但设备出现故障或者无法安装时,需要德国的工程师通过远程控制提供指导性的意见与建议,于是国内在数字化环境中建立生产线的三维布局。

有了数字孪生技术,对于已有的新设备,在现场调试之前,可以直接在虚拟环境下,对生产线的数字孪生模型进行机械运动、工艺仿真和电气调试,让设备在未安装之前已经完成调试。在虚拟调试阶段,将控制设备连接到虚拟站/线;完成虚拟调试后,控制设备可以快速切换到实际生产线。对于运行中的生产线,还可随时切换到虚拟环境,分析、修正和验证正在运行的生产线上的问题,避免长时间且昂贵的生产停顿。

从新产品开发的角度,产品创新一定要收集产品的运行和服务相关的历史数据,在此基础上判断是否需要提升产品的基本功能和服务环境。在系统孪生数据及其仿真的基础上,通过分析可以发现某些需要进一步改进或提升的地方,例如是否需要收集新的数据,是否需要提升云支持环境中的某些软件(包括App)的功能等。产品创新的关注点不仅在于物理本体,而且也包括基于云的支持环境,所有这些创新内容都需要孪生数据驱动。

产品的数字孪生体不是仅仅在设计阶段产生的,对于一个运行中的产品,其数字孪生体的作用恰恰表现在它对运行的指导作用。既如此,产品在运行过程中所收集的各种数据就成为其数字孪生体的一部分。数字孪生技术是智能制造的一项赋能技术,虽说今年在学术界是最热的话题,但是并不是唯一的一项技术,数字孪生技术与CPS信息物理系统有很多相似之处,能够综合应用到5G及通信技术。针对国内现有的技术与平台,建议国内的相关研究团队,要尽量用国内自主开发出来的平台,特别是拥有自主知识产权的平台。

李颉,上海交通大学教授、博导, 日本工程院院士(外籍), IEEE大数据委员会共同主席, IEEE通信学会大数据技术委员会创始人和主席,IEEE大数据标准委员会委员。

李颉:5G+工业互联网 助力制造业发展

5G+工业互联网与制造业密切相关,作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物,工业互联网已经成为经济转型升级、创新驱动发展的重要基石。

回顾人类的几次工业革命,第一次工业革命是蒸汽时代的来临,第二次工业革命为电气时代的来临,第三次工业革命为信息时代的来临,随着5G+工业互联网的应用,将迎来第四次工业革命,每次工业革命,都是一次生产力的大幅提高。

当前,一些发达国家的制造业把数据收集起来数据化后放网络云端,进行数据处理,所以网络安全至关重要。工业互联网发展过程中安全是绕不开的话题。“互联网”的开放性和“工业”的闭环都会涉及安全问题。工业互联网中融合了AI、大数据、云计算等新一代信息技术,当整个网络越来越大、资产越来越多时,安全也就越来越突出。在设计工业互联网系统时,不仅要考虑系统的便利性,还要在设计之初就把架构安全性考虑进去。

大数据好比是新的“石油”,需要加工才能用,我们第一次有了基于信息数据的社会经济,数据是可再生,并且是可自生的。作为信息时代“石油”的大数据,也需要“深加工”,才能充分挖掘它的潜力,实现价值增值。大数据只有“用起来”,才能向“深加工”拓展。其次,打通信息壁垒,大数据“深加工”才能形成合力。对于数据资源来说,只有在更加开放的平台上得到综合分析和应用,才能提升感知、分析和预测的能力。

大数据分析要想准确,要尽量科学地将历史、现在、未来都要展现给别人。大数据处理基本技术是从大数据采集到大数据预处理再到大数据存储与管理及大数据的分析与挖掘。

大数据的应用,在医学领域临床数据优势得天独厚,以数据驱动精准治疗,期待未来可以在数据的创新和临床应用转化上深入研究,推动精准医疗的发展。

如果企业原始数据是未加工状态,一般不会产生价值,尤其对于大数据而言,更是如此。但如果采用数据分析工具,就可以把碎片化的数据进行管理,挖掘出有价值的信息。大数据分析从描述分析、预测分析到规范分析。描述性的数据分析是数据分析中最简单的一个类型,企业把大数据通过压缩变成容量更小,或者更有价值的信息;预测分析是利用各种统计、建模、数据挖掘工具对最近的数据和历史数据进行研究,从而对未来进行预测。借助新兴技术,规范性数据分析通过一个或者多个动态指标显示每一个决策结果。规范性数据分析每个环节、每个步骤、每个流程、每个岗位,都有一定的规矩和标准,信息更具准确性,业务决策者可以直接使用。

例如海尔卡奥斯工业互联网平台,以用户体验增值为中心,通过增值分享构建起新物种自涌现、自进化的开放生态体系,实现全球引领。海尔卡奥斯工业互联网平台的目标是为用户提供高端化、个性化最佳体验,解决行业痛点,构建工业新生态。

数据科学的能力——从理解数据、处理数据、获得数据的价值、数据可视化,到数据的交互,将是下个十年的巨大需求。


叶志镇,半导体光电薄膜材料专家。2006年入选首批浙大求是特聘教授,2008年评为浙江省特级专家。曾任浙大硅材料国家重点实验室主任、材料与化工学院副院长、材料科学与工程学系主任。现任浙大材料科学与工程学院学术委员会主任。2019年当选中国科学院院士。

叶志镇:一代材料 一代技术

半导体材料技术的发展,正在推进信息技术、智能技术革命,宽禁带半导体可提供5G时代系列新技术。我对宽禁带半导体材料的摸索已经整整35年。

基于宽禁带半导体材料的电力电子器件,比传统的硅材料器件能耐受更高的电压,具有更优异的导热性能和耐辐射能力。氧化锌是一种宽禁带半导体材料,把氧化锌作为宽禁带半导体电发光材料来使用,是一种新的应用方向。而氧化锌二极管电发光的首要前提是形成p-n结。

由于宽禁带材料掺杂非对称性,单一受主杂质固溶度低、稳定性差,再加上受主能级深,空穴浓度达不到应用要求,这些性质导致高空穴浓度稳定的氧化锌p型掺杂成为国际公认的科学难题。曾有相关科学家预言,p型氧化锌是不可能完成的任务。

我和我的团队经过30余年努力,原创地提出了不同离子尺寸的杂质共掺和应变补偿与电子态杂化的两种元素共掺原理及其方法,将氧化锌空穴浓度的国际水平提高了2个数量级,同时稳定性比单掺时提高了5倍。在此基础上,率先实现了氧化锌p-n结的室温激子紫外发光,并将氧化锌多量子阱结构的内量子光效从28%提高至61%。我的二元共掺原理与技术研究创新成果,获得了国家自然科学二等奖,并且得到国际同行肯定与应用。

氧化锌在量子通讯、透明电子、传感压电器件等方面具有众多应用前景,是5G时代的重要材料,而且它所发出的紫外光用途很多,不但可以做白光高效发光,还能运用于各种消毒。

正是因为技术推进的需要和国家战略的需求,我们才不断开拓原始创新,并一直居于国际前沿。目前全球已有24个国家117个单位跟进研究,通过共掺技术制备p型氧化锌的工作成为国际光电氧化锌研究的一个主流方向。

1985年,我在研究氧化锌时,就提出掺铟制备透明导电薄膜,一开始还被质疑“怎么可能”,最终这个项目于1988年获得了浙江省科技进步三等奖。

随着研究的深入,科研工作者发现氧化锌和氮化镓有着极为相似的特性,而且还具有氮化镓所不具备的优势,例如物产丰富、原料价格低,环境友好不易造成污染等。

于是,我萌发了让氧化锌来做LED芯片用透明电极材料的念头。科研过程当然不是一蹴而就。为了解决氧化锌高导电率材料的难题,我的团队发明了氧化锌n型的铝掺杂技术,透射率高达90%,性能达到国际领先,并增大出光角提高外量子效率。这项技术2010年转让给国际第二大LED芯片企业,实现规模生产应用,产品出口欧美国家并取得显著经济效益。

此外,由于氧化锌的维纳结构形态丰富,纳米结构可控生长,这样就可以做很多种类的探测器件。我带领着课题组在紫外探测、传感探测等方面也做了很多的创新研究工作。

设在乐清经济开发区的浙江佳博科技股份有限公司,与我的团队在半导体封装材料的键合丝研究方面进行了数年合作,由我们提供解决方案,取得了不错的效益。


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