自動化科學與技術未來發展專刊序言

陳杰 丁進良

自動化技術在工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸、商業、醫療、服務和家庭等方面發揮了重要作用.隨著大數據、工業互聯網、5G通信、CPS和人工智能等領域的發展,對傳統的自動化科學與技術提出了新的挑戰.本專刊結合中國科協自動化學科2050年發展路線圖項目成果,從生產制造過程和重要運動體的重大需求出發,圍繞智能自主控制系統、智能協同優化控制系統、智能優化決策系統、安全運行監控與自優化系統、虛擬制造系統、新興領域中的自動化科學與技術,及其相關的重大應用領域等開展深入研究與探討,以促進未來自動化技術與系統的深入研究與發展,并進一步發揮自動化科學與技術在國家重大發展戰略,如“中國制造”和“新一代人工智能”中不可取代的作用.

本專刊投稿論文經過同行評議錄用了7篇,內容涉及自動化科學與技術發展方向、工業過程智能優化決策系統和運行監控與自優化、鋁電解智能優化制造、陸用運動體控制系統和康復輔助機器人等方面現狀及未來發展趨勢.還有一些稿件未能完稿,將在后續發表.

首先,柴天佑院士的綜述文章“自動化科學與技術發展方向”結合中國自動化科學與技術的發展狀況和中國絕大多數大學設有自動化專業的現狀,借鑒自動化科學與技術發展歷程中的成功經驗,結合國家社會經濟發展和國家安全對自動化系統的未來需求,以生產制造系統、重要運載工具和人參與的信息物理系統為主要對象,以自動化系統的發展方向—智能自主控制系統、智能優化決策系統和智能優化決策與控制一體化系統的愿景功能為目標,以研究實現愿景功能的建模、控制與優化新算法和新的自動化系統的設計方法和實現技術以及結合重大應用領域開展的應用研究為主線,提出了自動化科學與技術的發展方向,并結合新興應用領域對自動化科學與技術的需求與挑戰,提出了未來自動化科學與技術的發展方向.

流程工業是制造業的重要組成部分,是我國國民經濟和社會發展的重要支柱產業.新一代信息技術和人工智能技術為流程工業的發展帶來新的挑戰和機遇.只有與流程工業的特點與目標密切結合,充分利用大數據,將人工智能、移動互聯網、云計算、建模、控制與優化等信息技術與工業生產過程的物理資源緊密融合與協同,實現流程工業智能優化制造,才可能實現流程工業的跨越式發展.丁進良教授等撰寫的綜述文章“復雜工業過程智能優化決策系統的現狀與展望”聚焦流程工業的復雜生產過程,從系統的角度,描述了復雜工業過程優化決策系統的問題、回顧總結了復雜工業過程全流程優化決策系統的現狀,分析了智能優化決策系統的必要性,提出了智能優化決策系統的發展目標及愿景,并對智能優化決策系統的下一步重點研究方向進行了展望.

現代工業過程向大規模、連續化、集成化方向發展,有必要對生產全流程運行的決策、協同控制、底層控制進行有效監控.這也是當前國際控制領域的研究熱點.劉強副教授等撰寫的綜述文章“數據驅動的工業過程運行監控與自優化研究展望”分析了工業過程全流程運行監控的內涵與行業現狀,闡述了基于模型的控制系統故障診斷與容錯控制方法、以及數據驅動的異常工況診斷與自愈控制方法的研究現狀,并指明了信息物理系統(Cyber-physical systems,CPS)時代智能安全運行監控與自優化的發展機遇.最后論述了工業過程運行監控與自優化研究的新方向和最新進展.

桂衛華院士等撰寫的綜述文章“鋁電解生產智能優化制造研究綜述”以鋁電解行業為例,提出了構建一種集分布式感知系統、智能協同優化控制系統、智能優化控制系統、智能安全運行監控和虛擬制造系統于一體的鋁電解智能優化制造系統的方法,同時提出了鋁電解制造系統的未來發展目標以及愿景功能,并給出了詳細的研究內容.最后給出了技術發展規劃,提出按中短期規劃以及中長期規劃“兩步走”戰略,并對鋁電解智能優化制造系統發展前景給出展望.

韓紅桂教授等撰寫的綜述文章“城市污水處理過程異常工況識別和抑制研究”以城市污水處理過程為背景,針對如何降低異常工況發生率、保證城市污水處理過程安全平穩運行這一亟待解決的難題,圍繞城市污水處理過程異常工況的識別和抑制方法,文中梳理了其研究進展.介紹了城市污水處理運行的背景與異常工況的特點,概述了一些主流的污水處理異常工況識別和抑制方法.并總結分析指出了城市污水處理過程異常工況識別和抑制方法未來的研究方向.

在運動體的自動化科學與技術發展方面,孫健教授等撰寫的綜述文章“陸用運動體控制系統的發展現狀與趨勢”針對在高技術戰爭的背景下,陸用運動體控制系統呈現出數字化、智能化、網絡化、無人化的發展趨勢,指出面向未來作戰需求,陸用運動體控制系統必須更加高效、可靠、自主與智能.從陸用運動體控制系統的環境與態勢感知、火力指揮與控制、多平臺協同以及維修保障與健康管理等方面對當前主要研究成果和最新進展做了簡要綜述.并且在總結國內外的現有研究成果的基礎上,指出了目前存在的挑戰與未來的研究方向.

相對于制造系統,康復機器人是典型的運行體.康復機器人與智能輔助系統涉及醫學、信息、機械、電子、材料、力學等多個學科領域,其研究與開發也面臨諸多挑戰和困難.侯增廣研究員等撰寫的綜述文章“康復輔助機器人及其物理人機交互”介紹和討論了康復機器人和智能輔助系統的問題和研究進展,以期為未來康復機器人和智能輔助系統的研究與開發提供借鑒.

本專刊的順利完成,離不開作者、審稿人和《自動化學報》編輯們的大力支持與協助.在此,我們表示深深的感謝,并希望本專刊對自動化科學技術與系統領域的研究起到積極的促進作用.