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对自动化学科现状和发展的讨论

2007-09-05 21:50 控制·综述, 自动控制 ⁄ 共 2413字 ⁄ 字号 暂无评论

控制理论、系统理论是自动化学科的理论核心,信息技术是其主要实现方法。因此讨论自动化学科先从控制开始。

一个必须承认的事实是控制对社会进步的贡献与影响,与计算机和通信相比正在变小。人们对控制的热情在下降。因此,有人说:“自动化走进了死胡同”。有人主张取消自动化学科或改换名称。

自动化学科面临严峻形势。

是不是自动化学科真的不重要了?不需要了?是不是已经走到了学科发展的尽头?

答案是否定的。有一个矛盾的现象可以部分地回答上面问题。一方面,控制的某些“理论成果”远远走在应用的前面而;另一方面,对大量复杂的急待解决的系统问题,控制又无能为力。

再进一步回顾控制学科的发展历史,大家会公认,控制学科从来是重大实际需求的拉动,然后用数学等理论工具求解,进而解决重大实际问题。例如:40-50年代的工业控制和武器装备的需求促成了古典控制理论的形成,产生了重大的影响。60-70年代的航天的需求,产生了现代控制理论,登月成功成为世界进步的一个重大标志,自动控制在当时正如日中天。在这些进步中,数学的确是科学技术皇冠上的钻石。吸引了越来越多的人们对控制数学的兴趣。但在相当长的一段时间内,对重大实际需求的拉动作用有或多或少的忽视。这是目前控制困境的一个原因。

80年代以来,对控制又有了两个新的挑战:第一系统的复杂性问题,单纯的数学工具显得不够;第二,人作为系统的一部分,其形式化更加困难,远远超出了狭义控制的范畴。

这期间人们提出和试图解决复杂系统问题,一种做法是以控制数学为主线研究复杂系统,理论成果很多,但仍然离实际相当远。另一方面,钱学森先生则提出了开放复杂巨系统的科学架构,为复杂性问题的研究迈出了重要的一步。

用广义的机器代替以至超越人的体能活动和智能活动的理论、方法和技术。是自动化学科的研究、教育的内容。

从技术层面看,广义的“机器”主要是信息技术,当然需要与先进的工艺和其它技术的融合。信息技术的各种最新成果是自动化学科的重要实现方法。

从科学层面看,则是控制理论、系统理论、复杂性科学。

而哲学层面是指方法论、包括复杂问题的方法论,是普遍适用的观察世界的方法。有这样丰富内涵的学科并不很多。

实际上,自动化学科当前面临着极好的发展机遇。

从学科的发展说,随着全球化的发展复杂系统问题的许多深入的问题远未解决。

从社会的需求看,党中央五中全会公报提出的“以信息化带动工业化”的论述将影响我国社会主义现代化建设十年、二十年甚至更长的时间。

五中全会公报指出:“继续完成工业化是我国现代化进程中的艰巨的历史性任务,大力推进国民经济和社会信息化,是覆盖现代化建设全局的战略举措。以信息化带动工业化,发挥后发优势,实现社会生产力的跨越式发展。”

自动化技术是信息技术和现代工业技术之间的桥梁,以信息化带动工业化,自动化技术任重道远。因此,在科技攻关,省市制造业信息化、863计划、自然科学基金以至973计划等都有或将有大量的课题。实在没有道理对自动化学科的发展持“悲观”看法。

的确也要转变观念,例如:

1)结合社会进步的热点开拓控制的新领域。从飞速发展的应用入手来推动学科的发展。

全球化带动了通信和计算机学科的发展,后者也反过来加快了全球化的进程。这是今天通信和计算机热的原因。但这只是全球化中的一个层面的问题。复杂系统理论的研究和应用,如复杂网络系统中的控制和系统问题,复杂工业过程中的实时控制问题,某类复杂系统如企业中的控制和系统问题等,都是全球化进程中需要深入解决的问题。

2)扩大“控制”的范围:

从对物的控制扩展到更复杂的与人有关的管理和控制,从控制理论扩展到控制理论与优化理论、方法。

3)采用信息技术的最新成就以完善“控制”

数字化、网络化、集成化、虚拟化、智能化等应该是自动化和控制的主要技术手段。

4)方法上,多学科的交叉和融合

数学模型与人工智能的结合是解决复杂工业过程的有效途径。数学与计算机科学的深层次的结合有望为控制理论带来新的突破。

从复杂系统角度研究当前工业现代化中的重大问题。我在“计算机集成制造系统”杂志曾发表过一篇文章“现代集成制造系统的理论基础:一类复杂性问题及其求解”(2001年第3期),提出了对于提高企业竞争力的这一复杂系统目标,经营管理理念、方法论(如:企业建模、开放体系结构等)、实现技术(如:基础信息化、信息集成、支持并行工程的信息技术、虚拟制造、网络化制造、电子商务等)和优化理论(如:生产线的调度优化理论、可重入流生产线的调度优化问题、推/拉结合的生产计划与调度、产品开发过程的优化、工作流建模与分析、供需链管理中的优化)这四个层面之间的联系和转化,提出了一类复杂系统的求解框架。能否找到一种更深入的理论工具来描述这类系?统这是未来一个可以研究的方向。

对于复杂生产制造过程的实时智能控制与优化问题,是另一类复杂系统。其中,具有多变量、强耦合、强非线性和不确定性等综合的复杂工业生产过程实时智能控制理论和方法;大规模、带复杂约束不确定型生产制造实时智能优化调度理论和方法;多模式、变约束、多目标的生产制造过程实时运行操作优化理论和方法;敏捷化生产制造系统过程重构的实时智能协同控制理论和方法;基于数学模型与非经典逻辑的实时智能控制与优化理论和算法。这类问题是另一个值得研究的方向。

适当调整培训目标、教材建设、科研布局和师资队伍建设。

自动化专业学生不仅有信息技术的较广的、有相当深度的功底,而且还要有解决复杂问题的思路和能力,有科学的方法论的知识——更加聪明。他们朝信息技术的深入应用发展,可以是CIO。朝解决复杂理论问题和能力方面发展,可以是科学家。朝科学的方法论和实际应用发展,可以是CEO或领导者。

因此,在本科阶段应增加信息技术(计算机与通信)的教学内容;增多有关复杂系统的各种知识。

自动化的教师,应该来源于多学科,如自动化、计算机、管理、机械、数学等等,在这样一个环境中实现学科的交叉与融合,达到创新的发展。

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