陳杰 丁進良

自動化技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸、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,對傳統(tǒng)的自動化科學與技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn).本?？Y(jié)合中國科協(xié)自動化學科2050年發(fā)展路線圖項目成果,從生產(chǎn)制造過程和重要運動體的重大需求出發(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)、安全運行監(jiān)控與自優(yōu)化系統(tǒng)、虛擬制造系統(tǒng)、新興領(lǐng)域中的自動化科學與技術(shù),及其相關(guān)的重大應(yīng)用領(lǐng)域等開展深入研究與探討,以促進未來自動化技術(shù)與系統(tǒng)的深入研究與發(fā)展,并進一步發(fā)揮自動化科學與技術(shù)在國家重大發(fā)展戰(zhàn)略,如“中國制造”和“新一代人工智能”中不可取代的作用.

本?？陡逭撐慕?jīng)過同行評議錄用了7篇,內(nèi)容涉及自動化科學與技術(shù)發(fā)展方向、工業(yè)過程智能優(yōu)化決策系統(tǒng)和運行監(jiān)控與自優(yōu)化、鋁電解智能優(yōu)化制造、陸用運動體控制系統(tǒng)和康復(fù)輔助機器人等方面現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢.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“自動化科學與技術(shù)發(fā)展方向”結(jié)合中國自動化科學與技術(shù)的發(fā)展狀況和中國絕大多數(shù)大學設(shè)有自動化專業(yè)的現(xiàn)狀,借鑒自動化科學與技術(shù)發(fā)展歷程中的成功經(jīng)驗,結(jié)合國家社會經(jīng)濟發(fā)展和國家安全對自動化系統(tǒng)的未來需求,以生產(chǎn)制造系統(tǒng)、重要運載工具和人參與的信息物理系統(tǒng)為主要對象,以自動化系統(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,以研究實現(xiàn)愿景功能的建模、控制與優(yōu)化新算法和新的自動化系統(tǒng)的設(shè)計方法和實現(xiàn)技術(shù)以及結(jié)合重大應(yīng)用領(lǐng)域開展的應(yīng)用研究為主線,提出了自動化科學與技術(shù)的發(fā)展方向,并結(jié)合新興應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ψ詣踊茖W與技術(shù)的需求與挑戰(zhàn),提出了未來自動化科學與技術(shù)的發(fā)展方向.

流程工業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分,是我國國民經(jīng)濟和社會發(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)展帶來新的挑戰(zhàn)和機遇.只有與流程工業(yè)的特點與目標密切結(jié)合,充分利用大數(shù)據(jù),將人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、建模、控制與優(yōu)化等信息技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)過程的物理資源緊密融合與協(xié)同,實現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造,才可能實現(xiàn)流程工業(yè)的跨越式發(fā)展.丁進良教授等撰寫的綜述文章“復(fù)雜工業(yè)過程智能優(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)過程,從系統(tǒng)的角度,描述了復(fù)雜工業(yè)過程優(yōu)化決策系統(tǒng)的問題、回顧總結(jié)了復(fù)雜工業(yè)過程全流程優(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)展目標及愿景,并對智能優(yōu)化決策系統(tǒng)的下一步重點研究方向進行了展望.

現(xiàn)代工業(yè)過程向大規(guī)模、連續(xù)化、集成化方向發(fā)展,有必要對生產(chǎn)全流程運行的決策、協(xié)同控制、底層控制進行有效監(jiān)控.這也是當前國際控制領(lǐng)域的研究熱點.劉強副教授等撰寫的綜述文章“數(shù)據(jù)驅(qū)動的工業(yè)過程運行監(jiān)控與自優(yōu)化研究展望”分析了工業(yè)過程全流程運行監(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)故障診斷與容錯控制方法、以及數(shù)據(jù)驅(qū)動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)時代智能安全運行監(jiān)控與自優(yōu)化的發(fā)展機遇.最后論述了工業(yè)過程運行監(jiān)控與自優(yōu)化研究的新方向和最新進展.

桂衛(wèi)華院士等撰寫的綜述文章“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,同時提出了鋁電解制造系統(tǒng)的未來發(fā)展目標以及愿景功能,并給出了詳細的研究內(nèi)容.最后給出了技術(shù)發(fā)展規(guī)劃,提出按中短期規(guī)劃以及中長期規(guī)劃“兩步走”戰(zhàn)略,并對鋁電解智能優(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(fā)生率、保證城市污水處理過程安全平穩(wěn)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(jié)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(shù)發(fā)展方面,孫健教授等撰寫的綜述文章“陸用運動體控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢”針對在高技術(shù)戰(zhàn)爭的背景下,陸用運動體控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、無人化的發(fā)展趨勢,指出面向未來作戰(zhàn)需求,陸用運動體控制系統(tǒng)必須更加高效、可靠、自主與智能.從陸用運動體控制系統(tǒng)的環(huán)境與態(tài)勢感知、火力指揮與控制、多平臺協(xié)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(jié)國內(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)與未來的研究方向.

相對于制造系統(tǒng),康復(fù)機器人是典型的運行體.康復(fù)機器人與智能輔助系統(tǒng)涉及醫(yī)學、信息、機械、電子、材料、力學等多個學科領(lǐng)域,其研究與開發(fā)也面臨諸多挑戰(zhàn)和困難.侯增廣研究員等撰寫的綜述文章“康復(fù)輔助機器人及其物理人機交互”介紹和討論了康復(fù)機器人和智能輔助系統(tǒng)的問題和研究進展,以期為未來康復(fù)機器人和智能輔助系統(tǒng)的研究與開發(fā)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(xié)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(shù)與系統(tǒng)領(lǐng)域的研究起到積極的促進作用.