英才學(xué)院2015自動化學(xué)術(shù)年會講座

1、2015全國自動化教育學(xué)術(shù)年會2015年7月23日7月26日 中國 西安應(yīng)對新經(jīng)濟(jì)發(fā)展挑戰(zhàn) 提升自動化教育品質(zhì)教育部高等學(xué)校自動化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會中國自動化學(xué)會教育工作委員會中國系統(tǒng)仿真學(xué)會教育工作委員會中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會自動化學(xué)科教學(xué)委員會主辦單位承辦單位西安交通大學(xué)西北工業(yè)大學(xué)西安理工大學(xué)陜西省自動化學(xué)會工業(yè)4.0中國制造2025CPS知識自動化會議關(guān)鍵詞上海交大 李少遠(yuǎn) 中國智能制造與自動化專業(yè)人才培養(yǎng)西安交大 管曉宏 自動化學(xué)科方向與人才培養(yǎng)體系創(chuàng)新的思考東南大學(xué) 戴先中 知識工作自動化發(fā)展及其對自動化專業(yè)教學(xué)的影響清華大學(xué) 鄧俊輝 MOOC的通透化西安交大 韓九強(qiáng) 工業(yè)4.0時

2、代自動化專業(yè)課程、教材、實(shí)驗(yàn)體系研究特邀嘉賓報(bào)告上海交大 李少遠(yuǎn)中國智能制造與自動化專業(yè)人才培養(yǎng)國家研發(fā)計(jì)劃先進(jìn)制造領(lǐng)域制造基礎(chǔ)技術(shù)與關(guān)鍵部件智能機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造3D打印與激光制造信息領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市寬帶通信與新型網(wǎng)絡(luò)光電子器件及集成上海交大 李少遠(yuǎn)中國智能制造與自動化專業(yè)人才培養(yǎng)1.智能制造的發(fā)展需求與自動化理論的發(fā)展過程2.智能制造對人才培養(yǎng)的啟發(fā)現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上通過智能化的感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程，制造過程和制造裝備智能化是信息技術(shù)和智能技術(shù)與裝備制造過程技術(shù)的深度融合與集成智能制造傳統(tǒng)制造與智能制造1. 整個

3、生產(chǎn)過程中貫穿智能活動2. 智能活動與智能機(jī)器有機(jī)融合 (軟硬結(jié)合)，不單單是智能 設(shè)備的應(yīng)用3. 各個環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來4. 以全流程的優(yōu)化為整體目標(biāo)， 從而能發(fā)揮最大生產(chǎn)力 單純提高精度或速度為指標(biāo) 智能化、全流程優(yōu)化度較低 高能耗高排放，劣勢明顯 節(jié)能減排任務(wù)艱巨傳統(tǒng)制造智能制造智能化 以數(shù)字化、柔性化及系統(tǒng)集成技術(shù)為核心 大數(shù)據(jù)處理技術(shù)支撐 通過工業(yè)化批量生產(chǎn)方式同樣滿足個性化需求制造業(yè)的發(fā)展趨勢綠色化 廢棄物回收利用技術(shù) 可再生循環(huán)技術(shù) 節(jié)能減排到2018年重點(diǎn)行業(yè)大中型企業(yè)工業(yè)化信息化融合處于提升階段的達(dá)到80%以上。自動化理論方法與技術(shù)演變 自動化理論方法與時俱進(jìn)物理自動化信

4、息自動化智能制造傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器 基礎(chǔ)自動化實(shí)現(xiàn)了物理自動化飛球調(diào)速器變頻泵恒壓控水系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)物理自動化控制理論與方法成功的應(yīng)用于各領(lǐng)域系統(tǒng)控制模型控制優(yōu)化工業(yè)現(xiàn)場中央控制室電纜線電纜線System: Point-Point物理自動化From H. Kirrmanns PPT (ABB)DCS、智能儀表、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) 分層遞階控制DCS現(xiàn)場總線技術(shù)智能設(shè)備網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息自動化信息自動化Partly From Qins PPT信息自動化FCPCTCLCFCPCTCLC全局穩(wěn)態(tài)優(yōu)化 裝置1: 局部優(yōu)化 （穩(wěn)態(tài)優(yōu)化或?qū)崟r動態(tài)優(yōu)化）高/低 選擇邏輯PIDLead/LagPID

5、SUMSUM裝置1：集散控制系統(tǒng) PID模型預(yù)測控制Model Predictive Control(MPC)裝置2： 集散控制系統(tǒng) PID 裝置2: 局部優(yōu)化 （穩(wěn)態(tài)優(yōu)化或?qū)崟r動態(tài)優(yōu)化）ERP現(xiàn)代控制理論預(yù)測控制自適應(yīng)控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)物理自動化信息自動化Cyber-Physical Systems遠(yuǎn)程探測海底探測多UAV聯(lián)合搜救從機(jī)械手主機(jī)械手有線/無線網(wǎng)絡(luò)視覺反饋控制界面雙向信息傳輸位置/速度/力/視覺/觸覺等信息網(wǎng)絡(luò)化遙操作機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)際對象信息采集/傳輸/控制相互耦合瓶頸問題整體最優(yōu)與局部資源限制控制與信息處理的聯(lián)合設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究內(nèi)容感知傳輸控制一體化設(shè)計(jì)嵌入式=計(jì)算+控制通信網(wǎng)絡(luò)

6、CPS 通過計(jì)算、通信和控制（3C）的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí) 現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)對比物聯(lián)網(wǎng) CPS強(qiáng)調(diào)對物的實(shí)時控制與服務(wù)對比軟件系統(tǒng) CPS強(qiáng)調(diào)信息處理與物理過程的協(xié)同對比嵌入式 CPS將計(jì)算和通信能力嵌入到傳統(tǒng)的物理系統(tǒng)之中Cyber-Physical Systems智能制造的內(nèi)涵價值鏈的橫向集成網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的縱向集成端對端工程數(shù)字化集成基于信息互聯(lián)互通和大數(shù)據(jù)的知識學(xué)習(xí)與預(yù)測，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期（設(shè)計(jì)開發(fā)、產(chǎn)品規(guī)劃、生產(chǎn)制造、銷售服務(wù)）的優(yōu)化跨企業(yè)的協(xié)同與優(yōu)化需求變化：訂單、原材料、用戶、環(huán)境（網(wǎng)絡(luò)安全）數(shù)字化建模與仿真?zhèn)€性化需求群智生產(chǎn)模式企業(yè)內(nèi)部集成需求變

7、化下的系統(tǒng)優(yōu)化與重構(gòu)對人才培養(yǎng)帶來的啟發(fā)培養(yǎng)控制領(lǐng)域尖端人才注重電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信等專業(yè)的基礎(chǔ)教學(xué)，夯實(shí)學(xué)生基本功；加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)課程教學(xué)，可通過講座、論壇等形式普及網(wǎng)絡(luò)前沿技術(shù)；在下一代新的網(wǎng)絡(luò)傳輸模式下，探索分布式控制系統(tǒng)的控制方法。扎實(shí)基礎(chǔ)注重專業(yè)基礎(chǔ)增設(shè)相關(guān)課程培養(yǎng)尖端人才對人才培養(yǎng)帶來的啟發(fā)加強(qiáng)電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信等專業(yè)課程增加開設(shè)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展相關(guān)講座、課程培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能、適應(yīng)時代發(fā)展的人才信息化和工業(yè)化的深度融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)云計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全問題更為突出信息安全對人才培養(yǎng)帶來的啟發(fā)智能制造：總 結(jié) 分布式控制結(jié)構(gòu) 智能制造的信息安全 網(wǎng)絡(luò)化控

8、制環(huán)境人才培養(yǎng)方案的調(diào)整方向自動化學(xué)科方向與人才培養(yǎng)體系創(chuàng)新的思考西安交大 管曉宏學(xué)科方向?qū)W科團(tuán)隊(duì)人才培養(yǎng)體系什么是學(xué)科建設(shè)信息化、網(wǎng)絡(luò)化制造（信息-制造）智能交通（信息交通 ）生物信息學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)（信息 生物）微傳感器與無線傳感網(wǎng)絡(luò)（信息 機(jī)械、物理、化學(xué)、生物等）量子信息學(xué)（信息 物理）信息物理能源系統(tǒng)、能源信息學(xué)、環(huán)境信息學(xué)（信息 能源、環(huán)境）學(xué)科交叉產(chǎn)生新的學(xué)科增長點(diǎn)10年前吃“BEEF”（Bio，Energy，Environment，F(xiàn)inance）？自動化學(xué)科的發(fā)展方向今天“吃什么”？互聯(lián)網(wǎng)，商務(wù)網(wǎng)，社會網(wǎng)，傳感器網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，務(wù)聯(lián)網(wǎng)，智能電網(wǎng)，智能交通，智能終端，智能家居，智能工

9、廠，智能城市信息物理融合系統(tǒng)的內(nèi)涵和作用制造系統(tǒng)與制造企業(yè)建立在網(wǎng)絡(luò)化，智能信息感知，控制優(yōu)化，管理之下-智能工廠-智能化的產(chǎn)品和服務(wù)介紹了一些關(guān)于電網(wǎng)，風(fēng)電和能源的一些問題，還有網(wǎng)絡(luò)安全問題。制造系統(tǒng)與制造企業(yè)的未來自動化本科專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課程體系主要圍繞微分方程、差分方程描述的動態(tài)系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計(jì)展開。動態(tài)系統(tǒng)描述：傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程等系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、動態(tài)過程性能、反饋等動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括參數(shù)選擇、極點(diǎn)配置等。主要基于機(jī)理建?；驒C(jī)理結(jié)構(gòu)加基于數(shù)據(jù)的參數(shù)選擇如系統(tǒng)參數(shù)辨識等。50、60年代自動化專業(yè)形成之后基本沿襲此課程體系或框架，內(nèi)容不斷更新。人才培養(yǎng)體系創(chuàng)新的思考對系統(tǒng)和問題的研究不應(yīng)

10、只限于微分方程、差分方程描述的動態(tài)系統(tǒng)，不能只看到傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的需求，不應(yīng)該與同行業(yè)的企業(yè)競爭科研課題。人機(jī)交互、人因是系統(tǒng)的一部分?jǐn)?shù)據(jù)與信息處理的基礎(chǔ)和能力培養(yǎng)需要加強(qiáng)計(jì)算與優(yōu)化的基礎(chǔ)和能力培養(yǎng)需要加強(qiáng)不確定性定量描述和計(jì)算的基礎(chǔ)和能力培養(yǎng)需要加強(qiáng)課程體系或人才培養(yǎng)體系的改革方向國際學(xué)術(shù)界控制工程相關(guān)學(xué)科方向的調(diào)整于10多年前開始，目前仍在進(jìn)行中。美國自然科學(xué)基金已不再支持傳統(tǒng)控制理論方向，美國工程院的領(lǐng)域2014年開始不包括“控制”關(guān)鍵詞。自動化學(xué)科專業(yè)向何處發(fā)展？自動化學(xué)科專業(yè)面臨的問題基礎(chǔ)工具、能力訓(xùn)練+理論研究的基礎(chǔ)學(xué)科如數(shù)學(xué)活躍在前沿、需求驅(qū)動、能夠解決重大實(shí)際問題的工程學(xué)科涵蓋歐

11、美的EE、IE、AE、CS、LS等學(xué)科的一部分，是學(xué)科交叉的產(chǎn)物“系統(tǒng)”和系統(tǒng)的建模、分析、控制、優(yōu)化是核心，相關(guān)學(xué)科很少將系統(tǒng)整體作為研究對象，尋求定量特性和性能總是在不斷學(xué)習(xí)其他學(xué)科的背景和基礎(chǔ)知識，尋找描述系統(tǒng)的機(jī)理要能夠解決其它學(xué)科難以解決的系統(tǒng)問題，特別是涉及多個學(xué)科的系統(tǒng)問題。自動化是連接信息工業(yè)與傳統(tǒng)工業(yè)的接口，是“信息化帶動工業(yè)化”的重要手段。自動化學(xué)科專業(yè)的優(yōu)勢在哪里？信息物理系統(tǒng)是自動化學(xué)科專業(yè)機(jī)遇和挑戰(zhàn)，新的學(xué)科增長點(diǎn)。自動化學(xué)科專業(yè)的課程體系或人才培養(yǎng)體系需要更新，以適應(yīng)新的學(xué)科方向。自動化學(xué)科專業(yè)需要同能源、電力、氣象、水利以及網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)科學(xué)、計(jì)算、通信等多學(xué)科學(xué)者的

12、交叉和通力合作，深度學(xué)習(xí)非本學(xué)科領(lǐng)域的知識。結(jié)論知識工作自動化發(fā)展及其對自動化專業(yè)教學(xué)的影響 東南大學(xué) 戴先中1.移動互聯(lián)網(wǎng)2.知識自動化3.物聯(lián)網(wǎng)4.云5.先進(jìn)機(jī)器人6.自動汽車7.下一代基因組學(xué)8.儲能技術(shù)9.3D打印10.先進(jìn)油氣勘探及開采11.先進(jìn)材料12.可再生能源2013年，麥肯錫全球研究所公布了正改變世界的突破性技術(shù)知識自動化如何定義 知識自動化與物理自動化的區(qū)別是什么？ 知識自動化的基本框架是怎樣的？ 知識自動化會與物理自動化相結(jié)合嗎？ 目前處于什么階段，發(fā)展“路線圖”在哪？思考幾個問題如何定義知識自動化還沒有定論簡單理解：如同焊接、搬運(yùn)自動化是用機(jī)器設(shè)備替代焊接、搬運(yùn)工人自動

13、完成焊接、搬運(yùn)工作一樣，知識工作自動化同樣能用機(jī)器設(shè)備（軟件）來部分或全部替代知識工作人員，自動地完成知識性工作，如語言翻譯（包括聽懂或讀懂一種語言，并自動翻譯成另一種語言）個人理解：用機(jī)器自動執(zhí)行、完成高度依賴人的知識（智力）才能執(zhí)行、完成的任務(wù)。知識自動化如何定義物理自動化： 給定與北控量是物理量知識工作自動化 給定與被控量是形式化的目標(biāo)知識自動化與物理自動化的區(qū)別麥肯錫報(bào)告預(yù)測，到2025年，知識工作自動化達(dá)到5至6萬億美元年經(jīng)濟(jì)價值，相當(dāng)于“替代”1.1至1.4億個全職雇員。使用機(jī)器自動地完成知識性工作，奮斗了一個世紀(jì)，主要路徑、方法是人工智能研究。目前知識自動化發(fā)展的主要推動力來自計(jì)

14、算機(jī)界，應(yīng)用于“虛擬世界”。目前處于什么階段，發(fā)展“路線圖”在哪？使用機(jī)器自動地完成知識性工作是我們?nèi)祟悾ㄓ绕涫强萍冀纾裘乱郧蟛榇藠^斗了近一個世紀(jì)（主要研究人工智能）根據(jù)麥肯錫報(bào)告，目前全球有2.3億知識工作者，占全部雇員的9%（但雇傭成本卻占27%）。知識工作自動化如能達(dá)到5至6萬億美元經(jīng)濟(jì)價值，相當(dāng)于“替代”了1.1至1.4億個全職雇員。無論從學(xué)術(shù)還是經(jīng)濟(jì)價值，知識工作自動化將是自動化發(fā)展的下一個重要臺階（至少是重要方向）知識（工作）自動化-發(fā)展前景“工業(yè)化+信息化+知識化”高級階段=CPS知識自動化與CPS的關(guān)系手機(jī)、計(jì)算機(jī)，已經(jīng)嵌入了許多知識工作自動化，例如：各種語言互譯，包括語音自動轉(zhuǎn)化為文字。麥肯錫報(bào)告中的5至6萬億美元經(jīng)濟(jì)價值（替代1.1到1.4萬個全球雇員）知識自動化已進(jìn)入我們的生活大規(guī)模在線公開課MOOCs改變了授課與學(xué)習(xí)方式將視頻課程分成“微課程”系列中間穿插問題（通關(guān)）問題（類似游戲）由機(jī)器自動評分（auto-grade）實(shí)現(xiàn)了對學(xué)習(xí)者的即時反饋（Instant feedback）知識自動化已進(jìn)入高等教育