自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)未來(lái)發(fā)展專(zhuān)刊序言

陳杰 丁進(jìn)良

自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面發(fā)揮了重要作用.隨著大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G通信、CPS和人工智能等領(lǐng)域的發(fā)展,對(duì)傳統(tǒng)的自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn).本專(zhuān)刊結(jié)合中國(guó)科協(xié)自動(dòng)化學(xué)科2050年發(fā)展路線圖項(xiàng)目成果,從生產(chǎn)制造過(guò)程和重要運(yùn)動(dòng)體的重大需求出發(fā),圍繞智能自主控制系統(tǒng)、智能協(xié)同優(yōu)化控制系統(tǒng)、智能優(yōu)化決策系統(tǒng)、安全運(yùn)行監(jiān)控與自?xún)?yōu)化系統(tǒng)、虛擬制造系統(tǒng)、新興領(lǐng)域中的自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù),及其相關(guān)的重大應(yīng)用領(lǐng)域等開(kāi)展深入研究與探討,以促進(jìn)未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)與系統(tǒng)的深入研究與發(fā)展,并進(jìn)一步發(fā)揮自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)在國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略,如“中國(guó)制造”和“新一代人工智能”中不可取代的作用.

本專(zhuān)刊投稿論文經(jīng)過(guò)同行評(píng)議錄用了7篇,內(nèi)容涉及自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)發(fā)展方向、工業(yè)過(guò)程智能優(yōu)化決策系統(tǒng)和運(yùn)行監(jiān)控與自?xún)?yōu)化、鋁電解智能優(yōu)化制造、陸用運(yùn)動(dòng)體控制系統(tǒng)和康復(fù)輔助機(jī)器人等方面現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì).還有一些稿件未能完稿,將在后續(xù)發(fā)表.

首先,柴天佑院士的綜述文章“自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)發(fā)展方向”結(jié)合中國(guó)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和中國(guó)絕大多數(shù)大學(xué)設(shè)有自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的現(xiàn)狀,借鑒自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)發(fā)展歷程中的成功經(jīng)驗(yàn),結(jié)合國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的未來(lái)需求,以生產(chǎn)制造系統(tǒng)、重要運(yùn)載工具和人參與的信息物理系統(tǒng)為主要對(duì)象,以自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向—智能自主控制系統(tǒng)、智能優(yōu)化決策系統(tǒng)和智能優(yōu)化決策與控制一體化系統(tǒng)的愿景功能為目標(biāo),以研究實(shí)現(xiàn)愿景功能的建模、控制與優(yōu)化新算法和新的自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及結(jié)合重大應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)展的應(yīng)用研究為主線,提出了自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展方向,并結(jié)合新興應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)化科學(xué)與技術(shù)的需求與挑戰(zhàn),提出了未來(lái)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展方向.

流程工業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分,是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè).新一代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)為流程工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇.只有與流程工業(yè)的特點(diǎn)與目標(biāo)密切結(jié)合,充分利用大數(shù)據(jù),將人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、建模、控制與優(yōu)化等信息技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的物理資源緊密融合與協(xié)同,實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造,才可能實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)的跨越式發(fā)展.丁進(jìn)良教授等撰寫(xiě)的綜述文章“復(fù)雜工業(yè)過(guò)程智能優(yōu)化決策系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望”聚焦流程工業(yè)的復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程,從系統(tǒng)的角度,描述了復(fù)雜工業(yè)過(guò)程優(yōu)化決策系統(tǒng)的問(wèn)題、回顧總結(jié)了復(fù)雜工業(yè)過(guò)程全流程優(yōu)化決策系統(tǒng)的現(xiàn)狀,分析了智能優(yōu)化決策系統(tǒng)的必要性,提出了智能優(yōu)化決策系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)及愿景,并對(duì)智能優(yōu)化決策系統(tǒng)的下一步重點(diǎn)研究方向進(jìn)行了展望.

現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程向大規(guī)模、連續(xù)化、集成化方向發(fā)展,有必要對(duì)生產(chǎn)全流程運(yùn)行的決策、協(xié)同控制、底層控制進(jìn)行有效監(jiān)控.這也是當(dāng)前國(guó)際控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).劉強(qiáng)副教授等撰寫(xiě)的綜述文章“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)過(guò)程運(yùn)行監(jiān)控與自?xún)?yōu)化研究展望”分析了工業(yè)過(guò)程全流程運(yùn)行監(jiān)控的內(nèi)涵與行業(yè)現(xiàn)狀,闡述了基于模型的控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制方法、以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的異常工況診斷與自愈控制方法的研究現(xiàn)狀,并指明了信息物理系統(tǒng)(Cyber-physical systems,CPS)時(shí)代智能安全運(yùn)行監(jiān)控與自?xún)?yōu)化的發(fā)展機(jī)遇.最后論述了工業(yè)過(guò)程運(yùn)行監(jiān)控與自?xún)?yōu)化研究的新方向和最新進(jìn)展.

桂衛(wèi)華院士等撰寫(xiě)的綜述文章“鋁電解生產(chǎn)智能優(yōu)化制造研究綜述”以鋁電解行業(yè)為例,提出了構(gòu)建一種集分布式感知系統(tǒng)、智能協(xié)同優(yōu)化控制系統(tǒng)、智能優(yōu)化控制系統(tǒng)、智能安全運(yùn)行監(jiān)控和虛擬制造系統(tǒng)于一體的鋁電解智能優(yōu)化制造系統(tǒng)的方法,同時(shí)提出了鋁電解制造系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展目標(biāo)以及愿景功能,并給出了詳細(xì)的研究?jī)?nèi)容.最后給出了技術(shù)發(fā)展規(guī)劃,提出按中短期規(guī)劃以及中長(zhǎng)期規(guī)劃“兩步走”戰(zhàn)略,并對(duì)鋁電解智能優(yōu)化制造系統(tǒng)發(fā)展前景給出展望.

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

在運(yùn)動(dòng)體的自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)發(fā)展方面,孫健教授等撰寫(xiě)的綜述文章“陸用運(yùn)動(dòng)體控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)”針對(duì)在高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的背景下,陸用運(yùn)動(dòng)體控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)人化的發(fā)展趨勢(shì),指出面向未來(lái)作戰(zhàn)需求,陸用運(yùn)動(dòng)體控制系統(tǒng)必須更加高效、可靠、自主與智能.從陸用運(yùn)動(dòng)體控制系統(tǒng)的環(huán)境與態(tài)勢(shì)感知、火力指揮與控制、多平臺(tái)協(xié)同以及維修保障與健康管理等方面對(duì)當(dāng)前主要研究成果和最新進(jìn)展做了簡(jiǎn)要綜述.并且在總結(jié)國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,指出了目前存在的挑戰(zhàn)與未來(lái)的研究方向.

相對(duì)于制造系統(tǒng),康復(fù)機(jī)器人是典型的運(yùn)行體.康復(fù)機(jī)器人與智能輔助系統(tǒng)涉及醫(yī)學(xué)、信息、機(jī)械、電子、材料、力學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,其研究與開(kāi)發(fā)也面臨諸多挑戰(zhàn)和困難.侯增廣研究員等撰寫(xiě)的綜述文章“康復(fù)輔助機(jī)器人及其物理人機(jī)交互”介紹和討論了康復(fù)機(jī)器人和智能輔助系統(tǒng)的問(wèn)題和研究進(jìn)展,以期為未來(lái)康復(fù)機(jī)器人和智能輔助系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)提供借鑒.

本專(zhuān)刊的順利完成,離不開(kāi)作者、審稿人和《自動(dòng)化學(xué)報(bào)》編輯們的大力支持與協(xié)助.在此,我們表示深深的感謝,并希望本專(zhuān)刊對(duì)自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)與系統(tǒng)領(lǐng)域的研究起到積極的促進(jìn)作用.