我國流程工業(yè)現(xiàn)存的問題，及基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)介紹

近幾十年來中國流程工業(yè)雖然有了長足發(fā)展和進步，但總體生產(chǎn)制造效能與國際先進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(zhàn)略規(guī)劃和布局，如美國SPM計劃、德國工業(yè)4.0、日本制造業(yè)戰(zhàn)略、歐盟未來工廠計劃、印度制造計劃、中國制造2025戰(zhàn)略，第四次工業(yè)革命已經(jīng)來臨。

第四次工業(yè)革命的核心之一是構(gòu)建信息物理融合系統(tǒng)（cyber-physical systems， CPS）。

CPS是計算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C（computer、communication、control）技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)等功能。CPS的實現(xiàn)，可以使得計算、通信與物理系統(tǒng)有機融合，從而提升大型工程系統(tǒng)的可靠性、高效性、實時性和魯棒性，具有重要而廣泛的應(yīng)用前景。

CPS系統(tǒng)包含環(huán)境感知、分布式計算、網(wǎng)絡(luò)通信和系統(tǒng)控制等問題，使物理系統(tǒng)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(jié)合和協(xié)調(diào)，主要用于一些智能系統(tǒng)上，如設(shè)備互聯(lián)、無人駕駛、物聯(lián)傳感、智能家居、智能機器人、智能導(dǎo)航等。

流程工業(yè)現(xiàn)存的問題

據(jù)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，國內(nèi)外研究幾乎處于同一起跑線上，表現(xiàn)為：

1.由于原料屬性成分多變、難測，以及加工過程包含復(fù)雜的物理過程和化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致生產(chǎn)過程難以用精確的數(shù)學(xué)模型描述，數(shù)字化問題任重道遠；

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相互耦合關(guān)聯(lián)的過程，其整體運行的全局最優(yōu)是一個混合、多目標、多尺度的動態(tài)沖突優(yōu)化命題；

3.目前現(xiàn)有的信息化網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)無法提供生產(chǎn)與經(jīng)營決策優(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)層面實現(xiàn)“四化”，即：數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和自動化；同時，在企業(yè)生產(chǎn)制造運行層面也要實現(xiàn)“四化”，即：敏捷化、高效化、綠色化和安全化。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，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(tǒng)基礎(chǔ)上，充分融合人的知識，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、（移動）網(wǎng)絡(luò)通信和人機交互的知識型工作自動化以及虛擬制造等現(xiàn)代信息技術(shù)，從生產(chǎn)、管理以及營銷全過程優(yōu)化出發(fā)，推進以高效化、綠色化和智能化為目標的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，不僅要實現(xiàn)制造過程的裝備智能化，而且也要實現(xiàn)制造流程、操作方式、管理模式的自適應(yīng)智能優(yōu)化，使得企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益最大化。

基礎(chǔ)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)問題包括：生產(chǎn)與經(jīng)營全過程信息智能感知與集成、知識驅(qū)動的生產(chǎn)過程計劃與管理決策、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(jiān)控與風險控制等。

針對這些科學(xué)問題，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(tǒng)一表征與分布式處理、知識驅(qū)動的資源優(yōu)化與自主決策、大數(shù)據(jù)驅(qū)動的企業(yè)生產(chǎn)智慧管理、生產(chǎn)過程多維度智能建模等方面的難點，以期實現(xiàn)生產(chǎn)全過程整體運行行為的優(yōu)化。

通過信息化和工業(yè)化深度融合實現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造仍存在著一些亟需解決的重大基礎(chǔ)理論與工程科技問題，如經(jīng)營決策、資源與能源的結(jié)構(gòu)配置、生產(chǎn)計劃調(diào)度與優(yōu)化控制系統(tǒng)指令仍然依賴人工經(jīng)驗，遠遠沒有實現(xiàn)生產(chǎn)全過程整體運行行為的優(yōu)化，生產(chǎn)工藝研究和新產(chǎn)品的開發(fā)還停留于生產(chǎn)試驗和實驗小試，遠遠沒有實現(xiàn)虛擬制造。

同時流程工業(yè)智能優(yōu)化制造需要進一步深度融合物理裝置、信息和社會，旨在進一步提升員工素質(zhì)、保障安全環(huán)保和形成良好的社會效益。