|
近幾十年來(lái)中國流程工業(yè)雖然有了長(cháng)足發(fā)展和進(jìn)步，但總體生產(chǎn)制造效能與國際先進(jìn)水平相比還有一定差距，資源、能源和環(huán)境約束下的創(chuàng )新水平亟待提升。 背景 一些發(fā)達國家和發(fā)展中國家目前在加快智能制造戰略規劃和布局，如美國SPM計劃、德國工業(yè)4.0、日本制造業(yè)戰略、歐盟未來(lái)工廠(chǎng)計劃、印度制造計劃、中國制造2025戰略，第四次工業(yè)革命已經(jīng)來(lái)臨。 第四次工業(yè)革命的核心之一是構建信息物理融合系統（cyber-physical systems, CPS）。 CPS是計算、網(wǎng)絡(luò )和物理環(huán)境的多維復雜系統，通過(guò)3C（computer、communication、control）技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，實(shí)現大型工程系統的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)等功能。CPS的實(shí)現，可以使得計算、通信與物理系統有機融合，從而提升大型工程系統的可靠性、高效性、實(shí)時(shí)性和魯棒性，具有重要而廣泛的應用前景。 CPS系統包含環(huán)境感知、分布式計算、網(wǎng)絡(luò )通信和系統控制等問(wèn)題，使物理系統具有計算、通信、控制、遠程協(xié)作和自治功能。它注重計算資源與物理資源的緊密結合和協(xié)調，主要用于一些智能系統上，如設備互聯(lián)、無(wú)人駕駛、物聯(lián)傳感、智能家居、智能機器人、智能導航等。 流程工業(yè)現存的問(wèn)題 據羿戓制造所了解，流程工業(yè)智能優(yōu)化制造面臨三大國際性難點(diǎn)，國內外研究幾乎處于同一起跑線(xiàn)上，表現為： 1.由于原料屬性成分多變、難測，以及加工過(guò)程包含復雜的物理過(guò)程和化學(xué)反應，導致生產(chǎn)過(guò)程難以用精確的數學(xué)模型描述，數字化問(wèn)題任重道遠； 2.與離散制造業(yè)不同，流程工業(yè)的制造流程一般都存在多個(gè)相互耦合關(guān)聯(lián)的過(guò)程，其整體運行的全局最優(yōu)是一個(gè)混合、多目標、多尺度的動(dòng)態(tài)沖突優(yōu)化命題； 3.目前現有的信息化網(wǎng)絡(luò )體系架構無(wú)法提供生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)決策優(yōu)化的自感知、自計算、自組織和自維護功能。 愿景 流程工業(yè)中的以高效化、綠色化和智能化為主題的智能優(yōu)化制造，就是要在工程技術(shù)層面實(shí)現“四化”，即：數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化和自動(dòng)化；同時(shí)，在企業(yè)生產(chǎn)制造運行層面也要實(shí)現“四化”，即：敏捷化、高效化、綠色化和安全化。 在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的愿景目標是：在已有的物理制造系統基礎上，充分融合人的知識，應用大數據、云計算、（移動(dòng)）網(wǎng)絡(luò )通信和人機交互的知識型工作自動(dòng)化以及虛擬制造等現代信息技術(shù)，從生產(chǎn)、管理以及營(yíng)銷(xiāo)全過(guò)程優(yōu)化出發(fā)，推進(jìn)以高效化、綠色化和智能化為目標的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，不僅要實(shí)現制造過(guò)程的裝備智能化，而且也要實(shí)現制造流程、操作方式、管理模式的自適應智能優(yōu)化，使得企業(yè)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益最大化。 基礎理論與關(guān)鍵技術(shù) 目前亟須解決的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的工程科學(xué)問(wèn)題包括：生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)全過(guò)程信息智能感知與集成、知識驅動(dòng)的生產(chǎn)過(guò)程計劃與管理決策、人機物協(xié)同的全流程協(xié)同控制與優(yōu)化、全生命周期安全環(huán)境足跡監控與風(fēng)險控制等。 針對這些科學(xué)問(wèn)題，需要解決和突破：特殊參量原位檢測與全流程泛在感知、多源多尺度信息的統一表征與分布式處理、知識驅動(dòng)的資源優(yōu)化與自主決策、大數據驅動(dòng)的企業(yè)生產(chǎn)智慧管理、生產(chǎn)過(guò)程多維度智能建模等方面的難點(diǎn)，以期實(shí)現生產(chǎn)全過(guò)程整體運行行為的優(yōu)化。 流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的基礎理論與關(guān)鍵技術(shù)的框架圖 通過(guò)信息化和工業(yè)化深度融合實(shí)現流程工業(yè)智能優(yōu)化制造仍存在著(zhù)一些亟需解決的重大基礎理論與工程科技問(wèn)題，如經(jīng)營(yíng)決策、資源與能源的結構配置、生產(chǎn)計劃調度與優(yōu)化控制系統指令仍然依賴(lài)人工經(jīng)驗，遠遠沒(méi)有實(shí)現生產(chǎn)全過(guò)程整體運行行為的優(yōu)化，生產(chǎn)工藝研究和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)還停留于生產(chǎn)試驗和實(shí)驗小試，遠遠沒(méi)有實(shí)現虛擬制造。 同時(shí)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造需要進(jìn)一步深度融合物理裝置、信息和社會(huì )，旨在進(jìn)一步提升員工素質(zhì)、保障安全環(huán)保和形成良好的社會(huì )效益。 
|
