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自动化下一步:与智能化深度融合

近年来,伴随着德国工业制造4.0、“中国制造2025”等国内外重大战略的提出,自动化行业进入了全新的发展阶段。

目前,自动化技术正在和人工智能等相结合,体现着鲜明的时代特征。同时,国家自然科学基金委多年来对中国自动化学科的支持,也极大地推动着我国自动化研究的快速发展。

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1946年,美国福特公司的机械工程师D.S.哈德最先提出“自动化”一词,并用来描述发动机汽缸的自动传送和加工的过程。

20世纪50年代末起至今是综合自动化时期,这一时期空间技术迅速发展,迫切需要解决多变量系统的最优控制问题,于是诞生了现代控制理论。现代控制理论的形成和发展为综合自动化奠定了理论基础。

近年来,伴随着德国工业制造4.0、“中国制造2025”等国内外重大战略的提出,自动化行业进入了全新的发展阶段。目前,自动化技术正在和人工智能等相结合,体现着鲜明的时代特征。同时,国家自然科学基金委(下称基金委)多年来对中国自动化学科的支持,也极大地推动着我国自动化研究的快速发展。

自动化和智能化推动新产业革命

自动化技术广泛用于工业、农业、军事、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣的工作环境中解放出来,而且能扩展人的器官功能,增强人类认识世界和改造世界的能力。因此,自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。故此,早在1961年,我国就正式成立了中国自动化学会,此后,两年一届的中国自动化大会也成为自动化领域的一大盛会。

“2017中国自动化大会,共有2000多名海内外专家学者参会,接收投稿论文2200多篇,参会人数与论文数均创新高。”中国自动化学会理事长、中国工程院院士郑南宁认为,这充分体现了我国自动化领域的活跃与发展。

山东大学校长樊丽明表示,自动化领域博大精深,在人类经济社会发展中作用重大。自从上世纪美国科学家创立“控制论”以来,控制及自动化学科的影响力就跨越了学科疆界,成为人类文明进步和现代化的重要条件和显著标志,“特别是近年来,随着现代工业的不断进步,人工智能的水平得到飞速发展,新一代信息技术与制造业深度融合,正在引发一场深刻的产业变革,自动化和智能化正是这一产业革命的最强助推力。”

自动化技术的重要性,也可从国家自然科学基金委近年来的资助力度中窥见一二。

基金委信息科学部常务副主任秦玉文对记者表示,自动化是人类文明进步和现代化的重要标志。基于国家战略需求,基金委信息科学部科学合理地制定了助力自动化学科发展的战略规划,近五年来,资助自动化学科的项目达4000多项,经费超过30亿元。相近学科也有8000多个项目获得资助,经费达60多亿元。未来,还将继续围绕自动化的学科特点进行布局,继续在经费方面进行支持。

智能自主系统成为重要发展方向

郑南宁认为,伴随着经济全球化的深入发展和“中国制造2025”的推进,自动化技术如今已经进入万物互联、高度智能的新格局,人工智能的突飞猛进、大数据的爆炸法增长,推动了智能自动化技术的发展,掀起了新一轮科技革命和工业创新的浪潮。

众多专家也认为,智能化和自动化的深度结合,已经成为一个热点问题。中国科学院院士包为民就表示,在当前信息化时代背景下,智能自主系统及应用成为国家未来发展的重要方向,是我国社会发展中的重大科学技术问题,国家正在启动人工智能重大计划,将迎来智能技术发展的春天。

他还以航天器发展举例介绍,先进控制仪表是未来各类飞行器自主飞行的基础,智能仪表是未来惯性仪表的重要发展方向,推行航天控制与智能仪表技术的融合发展,可能会实现业态创新和颠覆性演进。因此,智能自主控制技术将为未来航天活动、武器装备、重大仪器、智能交通、智慧城市等提供技术支撑,是控制学科发展的一个重要方向。

智能制造需重视ICPS研究

毫无疑问,人工智能技术、移动互联技术、物联网技术使得自动化与之融合后为传统的制造业、流程工业等赋予了新的活力。可以想象的是,21世纪是智能制造获得重大发展和广泛应用的时代,智能制造将引发制造业革命,并将重新构筑全球制造业的竞争格局。

中国工程院院士孙优贤指出,当前我国工业生产任务十分繁重,每年因污染带来的经济损失达到GDP的6%,我国单位GDP能耗达世界均值2.5倍,劳动生产率仅为美、日、德等发达国家的八分之一。大量的事实告诉我们,我国工业生产必须找到新的发展道路。工业互联网、工业4.0和“两化”深度融合是解决工业生产困境的主要途径,它们的理论和技术支撑就是信息物理融合系统(CPS)。当今,CPS在工业领域的创新应用形成了工业信息物理融合系统ICPS,它是智能制造的基础理论和关键支撑。ICPS通过信息物理系统的渗透、融合,在传感与执行、数据与网络、控制与优化、安全与可靠、物流与商务、设计与制造等各个层面体现出强大的威力。

孙优贤认为,工业控制系统经历了自动化仪表控制系统(电子化)、计算机集中控制系统(数字化)、计算机分布式控制系统(数字化+网络化)三个阶段,在长达20多年的时间里无实质性进展,发展方向相当模糊,面临着战略转移的重大抉择。如今,随着工业4.0、“中国制造2025”、CPS、中国人工智能2.0等规划和理念的涌现,以精准感知、分散智能、资助协同、全局优化、主动防御为特征的智能控制系统(数字化+网络化+智能化)应运而生,这就是工业控制系统的高级形态。

“为推动我国信息化和工业化深度融合的新契机,塑造产业转型升级的新动力,抢占未来先进工业生产技术制高点,ICPS的基础理论研究和关键技术攻关已刻不容缓。”孙优贤最后表示。

思南新发现

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