科技日报记者 雍黎
日前，重庆高新技术产业开发区管理委员会与北京大学共建北京大学重庆大数据研究院二期合作协议在北京大学签署。这标志着双方推动科技创新与产业创新深度融合的合作迈入新阶段。
作为北京大学数学学科首次在地方设立的实体研究机构，成立五年来，研究院搭建起“高校+校内机构+异地研究院+企业”的四位一体创新链，孵化出北达飞易新一代CAE算法引擎、北太天元科学计算软件等一批标志性成果，为我国工业软件自主可控蹚出了新路。这座研究院正尝试让应用数学走出“象牙塔”，成为产业转型升级的坚实支撑力量。
搭建转化桥梁
长期以来，我国工业软件领域存在一个结构性矛盾：高校积累了大量数学算法成果，却因缺乏工程化验证而难以落地；产业界面临复杂物理场仿真等难题，却难以将工程问题抽象成数学模型，同时也缺乏经充分工程验证的可靠原创算法。基础研究与产业应用之间存在断层。
“数学家的语言是偏微分方程，工程师的语言是力、热、流、电等物理场在真实工况下的响应。要让数学理论真正落地为工业仿真软件的核心求解算法，必须有人既懂数学，又懂工程。”北京大学数学科学学院党委书记、北京大学重庆大数据研究院院长胡俊说。
2020年11月21日，重庆高新技术产业开发区管理委员会与北京大学正式签订合作协议。2021年春，北京大学重庆大数据研究院在西部（重庆）科学城挂牌成立。研究院成立后，首要任务就是建立“双问题转化器”机制：一方面将产业界的复杂工程需求提炼为可求解的数学问题，输送回北京大学等源头创新端；另一方面将前沿数学成果转化为产业界可集成复用的底层算法解决方案。
在这套机制的高效运转下，研究院累计承接纵向课题40余项，横纵向签约收入超亿元，业务合作单位逾百家，实现了从“论文”到“产品”的实质性跨越。
攻关内核难题
工业软件被誉为高端制造的“大脑”，求解器及共性数学库则是“大脑”的底层内核。长期以来，工业仿真软件的核心求解器几乎完全依赖进口。北京大学重庆大数据研究院的突围，正是从底层内核开始。
为解决国内CAE软件底层求解高度依赖国外开源数学库的问题，研究院成立北达飞易有限元仿真软件研发中心，启动自主可控底层数学库原创研究。胡俊带领30余人的团队，以“两周一小迭代、每月一大更新”的节奏，打磨自主可控的新一代CAE算法引擎。
自2001年师从著名数学家、中国科学院院士石钟慈起，胡俊便专注于弹性力学问题混合有限元方法研究。历经多年持续攻关，胡俊与合作者建立起设计分析该问题的新框架，构造出具有最优收敛性和完美理论分析的混合有限元，攻克了困扰该领域长达50余年的关键科学难题。依托系列原创算法，同时兼容并创新成熟经典算法，胡俊带领团队开发出完全自主可控的底层共性数学库，并在此基础上构建了北达飞易新一代CAE算法引擎。相较国际主流商业软件，在千万至亿级自由度规模汽车及飞机刚强度、屈曲分析等典型工程场景下，北达飞易新一代CAE算法引擎求解精度一致，求解效率最高提升约4倍，达到全球领先水平。
科研人员不做“大而全”的通用软件，而是聚焦“小而精”的算法内核。他们将算法引擎拆解为模块化组件，以“搭积木”方式支持各类结构、动力学等CAE软件快速集成，携手国内同行共建国产工业软件自主创新生态。
目前，北达飞易新一代CAE算法引擎已在航空、汽车、军工等关键行业落地应用。研究院还与中国商用飞机有限责任公司等多家央国企深度合作，着力提升我国高端装备研发工具的自主化水平。
五年来，研究院在基础算法领域持续发力，发表工业软件相关SCI论文30余篇，相关成果入选工业和信息化部人工智能应用典型案例、中国科协“科创中国”系列榜单、中国工业合作协会国产自主工业仿真软件典型案例。依托国家级博士后工作站，研究院已引进全职博士后12人。此外，研究院与北京大学数学科学学院、国际数学研究中心联合培养学生，累计已有20余名北京大学毕业生投身研究院，将基础研究成果直接输送到产业一线。
打造创新链条
五年间，研究院累计孵化了14家企业，带动上下游协同发展。
以北太天元科学计算与系统仿真软件为例，这款对标美国商业数学软件MATLAB的国产科学计算软件，2020年由北京大学数学科学学院副院长、北京大学重庆大数据研究院副院长李若及其团队启动内核原创研究，落地研究院开展应用转化，孵化科技企业北太振寰（重庆）科技有限公司进行市场拓展。
“北太天元科学计算与系统仿真软件实现了从底层内核到用户界面的全链路自主可控，已覆盖Windows、Linux、统信UOS三大操作系统。”北太振寰（重庆）科技有限公司CEO廖汉卿介绍，截至目前，该软件已落地北京大学、清华大学、北京工业大学、北京科技大学等全国300余所高校，服务近5万师生，形成了覆盖全国的高校正版化服务网络。
同时，由研究院孵化的溟坤数科（重庆）智能科技有限公司开发的海洋大数据智能平台已应用于海洋全域感知、航运监管、海事安防、海洋治理等领域。
这种“造血式”赋能，依托于研究院探索的“四位一体”协同模式：北京大学提供源头创新和人才供给，北京大学大数据分析与应用技术国家工程实验室负责技术原型验证，研究院承担工程化转化，孵化企业对接市场需求。研究院在其中扮演枢纽角色——向上承接国家重大战略任务，向下打通产业堵点。
此外，研究院联合多家合作伙伴揭榜重庆市工业和信息化领域“揭榜挂帅”项目，攻克航空工业大规模复杂计算场景下的有限元仿真难题；由研究院牵头、联合长安汽车作为用户代表单位申报的“面向智能汽车研发需求的科学计算与模拟仿真软件”项目，获批科技部国家重点研发计划专项。
站在五周年的节点上，研究院的目标更加清晰：充分发挥应用数学在关键核心技术突破中的基础性、引领性作用，全面服务国家高水平科技自立自强的战略需求与重庆建设具有全国影响力的科技创新中心部署，全面对接重庆市委六届九次全会提出的“203060”重点攻坚突破体系，深耕工业软件底层算法关键方向，培育重大标志性科创成果，加速形成从理论突破到产业变革的全链条跃迁。
从燕园未名湖畔到重庆缙云山下，北京大学重庆大数据研究院的探索，为我国新型研发机构建设提供了一个可复制的产学研合作样本。
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