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自动化的下一步会是什么?

日期: 2020-12-15
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自动化的下一步会是什么?


  近年来,随着德国工业制造4.0和“中国制造2025”等国内外重大战略的出台,自动化行业进入了一个全新的发展阶段。目前,自动化技术正在与人工智能相结合,体现出鲜明的时代特征。


  1946年,美国福特公司的机械工程师D.S. Harder首次提出“自动化”一词,用来描述发动机气缸的自动传动和加工过程。


  自20世纪50年代末以来,是一个综合自动化的时期。在此期间,空间技术发展迅速,迫切需要解决多变量系统的最优控制问题,于是现代控制理论诞生了。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,随着德国工业制造4.0和“中国制造2025”等国内外重大战略的出台,自动化行业进入了一个全新的发展阶段。目前,自动化技术正在与人工智能相结合,体现出鲜明的时代特征。同时,国家自然科学基金(以下简称国家自然科学基金)多年来对我国自动化学科的支持,极大地推动了我国自动化研究的快速发展。


自动化和智能化推动了新的工业革命


自动化技术广泛应用于工业、农业、军事、商业、医疗、服务和家庭。使用自动化技术不仅可以将人们从繁重的体力劳动、部分脑力劳动和恶劣的工作环境中解放出来,还可以扩展人体器官功能,增强人类理解和改造世界的能力。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重要标志。因此,早在1961年,中国自动化学会就在中国正式成立。此后,两年一度的中国自动化大会成为自动化领域的一件盛事。


  “在2017年中国自动化大会上,来自国内外的2000多名专家学者出席了会议,收到了2200多份提交的论文。参与人数和论文数量创下新高。”中国自动化学会会长、中国工程院院士郑南宁认为,这充分体现了中国自动化领域的活跃和发展。


  山东大学校长范黎明表示,自动化博大精深,在人类经济社会发展中发挥着重要作用。自上个世纪美国科学家创立“控制论”以来,控制与自动化学科的影响已经跨越学科边界,成为人类文明进步和现代化的重要条件和显著标志。“尤其是近年来,随着现代工业的不断进步,人工智能水平发展迅速,新一代信息技术与制造业的深度融合正在引发深刻的产业变革。自动化和智能化是这场工业革命最强大的推动力。”


自动化技术的重要性也可以从近年来国家自然科学基金的资助上看出。基金会信息科学部常务副主任秦玉文告诉记者,自动化是人类文明进步和现代化的重要标志。国家自然科学基金委信息科学部基于国家战略需求,科学合理地制定了帮助自动化学科发展的战略规划。五年来,自动化学科累计资助项目4000多个,资助金额30多亿元。资助同类学科项目8000多个,资助金额60多亿元。未来,我们将继续关注自动化学科的布局,并在资金方面继续给予支持。


  智能自治系统已经成为一个重要的发展方向


  郑南宁认为,随着经济全球化的深入发展和“中国制造2025”的推进,自动化技术现已进入物联网和高智能的新格局。人工智能的快速发展和大数据的爆炸推动了智能自动化技术的发展,掀起了新一轮科技革命和产业创新的浪潮。


  许多专家也认为,智能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说,在当前信息时代,智能自治系统及其应用已成为国家未来发展的重要方向和中国社会发展的重大科技问题。国家正在启动一项人工智能的重大计划,这将迎来智能技术发展的春天。


  他还介绍了宇宙飞船的发展作为例子。先进的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。航天控制和智能仪器技术的融合可能会实现业务创新和颠覆性进化。因此,智能自主控制技术将为未来空间活动、武器装备、主要仪器、智能交通、智能城市等提供技术支持。这是控制学科发展的一个重要方向。


  关注智能制造领域的ICPS研究


  毫无疑问,人工智能技术、移动互联网技术和物联网技术使自动化与它们融合,给传统制造和加工行业带来新的活力。可想而知,21世纪是智能制造取得巨大发展和广泛应用的时代。智能制造将引发制造革命,重建全球制造的竞争格局。


  中国工程院院士孙优贤指出,目前中国工业生产任务十分繁重,每年因污染造成的经济损失达到GDP的6%,单位GDP能耗达到世界平均水平的2.5倍,劳动生产率仅为美、日、德等发达国家的八分之一。大量事实告诉我们,中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“两个产业”的深度融合是解决工业生产困境的主要途径,其理论和技术支撑是信息物理集成系统(CPS)。目前,计算机科学在工业领域的创新应用已经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。通过网络物理系统的渗透和整合,ICPS在感知和执行、数据和网络、控制和优化、安全和可靠性、物流和商业、设计和制造等方面显示出强大的实力。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)和计算机分布式控制系统(数字化和网络化)三个阶段。在过去的20年里,没有取得实质性的进展,发展方向相当模糊,面临着重大的战略转变选择。如今,随着工业4.0、“中国制造2025”、CPS、中国人工智能2.0等计划和概念的出现,以精确感知、分散智能、补贴协作、全局优化、主动防御为特征的智能控制系统(数字网络化智能)应运而生,是工业控制系统的高级形式。


  “为了推动我国信息化与工业化深度融合的新机遇,塑造产业转型升级的新动力,抢占未来先进工业生产技术的制高点,ICPS的基础理论研究和关键技术研究刻不容缓。”孙优贤最后说道。


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