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隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G等信息技術(shù)的飛速發(fā)展, 自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)極大地提高了生產(chǎn)效率, 有力支持了信息產(chǎn)業(yè)和全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展. AlphaGo系列人工智能圍棋、仿生機(jī)器人、混合智能、載人航天、智能制造、智慧醫(yī)療、智慧城市等新興技術(shù)的涌現(xiàn), 不斷沖擊著人們生產(chǎn)和生活的方式.

自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)是以物理系統(tǒng)、信息系統(tǒng)及有人參與的信息物理系統(tǒng)為研究對(duì)象, 以設(shè)計(jì)、構(gòu)建、分析和評(píng)價(jià)自動(dòng)或自主運(yùn)行系統(tǒng)為手段, 以輔助、替代和延伸人的體力或腦力勞動(dòng), 并借以提高人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力為目的的系統(tǒng)理論與技術(shù). 其主要研究范圍包括: 控制理論與技術(shù), 系統(tǒng)建模理論與仿真技術(shù), 導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制技術(shù), 檢測(cè)技術(shù)與裝置, 模式識(shí)別與智能系統(tǒng), 機(jī)器人與無(wú)人系統(tǒng)控制技術(shù), 生物系統(tǒng)分析與調(diào)控, 以及面向?qū)ο蠛腿蝿?wù)的自動(dòng)或自主運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)管理技術(shù)等[1-2].

自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 將對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全發(fā)揮至關(guān)重要的作用. 未來(lái)幾年, 根據(jù)我國(guó)自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀, 結(jié)合人工智能等新興技術(shù)和智能制造、國(guó)防軍工等國(guó)家需求, 自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展路徑大致可概括為: 1) 鼓勵(lì)和發(fā)展具有原創(chuàng)性的基礎(chǔ)理論和方法, 大力支持從無(wú)到有的研究問(wèn)題, 明顯提高自動(dòng)化理論與技術(shù)水平; 2) 在自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的一些應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域, 研究在國(guó)際上具有引領(lǐng)性作用的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法, 在部分領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先, 推動(dòng)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的改造升級(jí); 3)大力發(fā)展和支持與基礎(chǔ)工業(yè)、國(guó)防以及高端技術(shù)裝備密切相關(guān)的自動(dòng)化系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)等.

本文結(jié)合十三五期間自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展規(guī)劃[3], 概述了我國(guó)自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀, 指出了未來(lái)幾年優(yōu)先發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域和可能產(chǎn)生重要突破的研究方向及科學(xué)問(wèn)題, 提出了一些保障學(xué)科發(fā)展的措施和建議.

1.   自動(dòng)化學(xué)科發(fā)展態(tài)勢(shì)分析

1.1   自動(dòng)化學(xué)科的特點(diǎn)

自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)不僅研究系統(tǒng)的信息獲取與處理、分析與建模、優(yōu)化與控制, 更重要地還要綜合運(yùn)用控制科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)與通信等領(lǐng)域不斷發(fā)展著的理論與技術(shù), 研究面向復(fù)雜對(duì)象和任務(wù)的自動(dòng)或自主智能運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù), 以使系統(tǒng)的狀態(tài)、行為、性能及功能等滿足人們的預(yù)期目標(biāo). 同時(shí), 自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展與物理、生物、材料等多學(xué)科交叉融合, 互相促進(jìn)和支持, 具有系統(tǒng)性、智能性和交叉性的鮮明特征[4].

自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)從系統(tǒng)的角度來(lái)解決問(wèn)題, 對(duì)社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生重大影響. 例如, 集合計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器翻譯等技術(shù)于一體的機(jī)器人, 已在多種場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用; 我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng), 已為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航服務(wù)等.

自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)與醫(yī)療、化工、先進(jìn)制造等各個(gè)領(lǐng)域交叉融合, 推進(jìn)了自動(dòng)化學(xué)科的理論技術(shù)與各行業(yè)領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展. 例如, 信息物理系統(tǒng)是高水平智能制造、高水平社會(huì)服務(wù)和國(guó)防現(xiàn)代化的重要支撐技術(shù), 它通過(guò)融合感知、控制、智能更新等技術(shù)于一體, 實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象的大規(guī)模信息感知、計(jì)算和自動(dòng)控制, 應(yīng)用前景非常廣泛.

自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)與其他學(xué)科共同發(fā)展進(jìn)步, 并與材料、生物、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科交叉形成新領(lǐng)域, 派生出大量的新概念、新構(gòu)思、新技術(shù)和邊緣學(xué)科, 如量子導(dǎo)航、微納制造、生物信息學(xué)等. 多學(xué)科發(fā)展、交叉研究給自動(dòng)化學(xué)科帶來(lái)了新的活力和重大創(chuàng)新機(jī)遇.

現(xiàn)階段, 自動(dòng)化學(xué)科基礎(chǔ)研究蓬勃發(fā)展, 相關(guān)新興技術(shù)領(lǐng)域方興未艾, 對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)作用越來(lái)越重要, 自動(dòng)化程度已成為國(guó)防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及社會(huì)生活現(xiàn)代化的顯著標(biāo)志.

1.2   自動(dòng)化學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)家的大力引導(dǎo)和支持下, 經(jīng)過(guò)“十三五”期間的發(fā)展, 自動(dòng)化學(xué)科在理論和應(yīng)用方面取得了一批優(yōu)秀成果, 并逐漸形成了各領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的良性循環(huán), 促進(jìn)了控制理論與應(yīng)用、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、導(dǎo)航制導(dǎo)與控制、系統(tǒng)科學(xué)與工程、人工智能與自動(dòng)化交叉等領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展.

控制理論與應(yīng)用是自動(dòng)化學(xué)科能夠長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的核心基礎(chǔ)與源動(dòng)力. 近年來(lái), 控制理論與應(yīng)用研究的對(duì)象與控制算法方面, 呈現(xiàn)出從單一模型到包含耦合、級(jí)聯(lián)等關(guān)系的復(fù)雜模型, 從單目標(biāo)控制到多目標(biāo)優(yōu)化、調(diào)度和協(xié)調(diào), 從基于模型的研究向數(shù)據(jù)化、群體化與智能化方向發(fā)展. 在多智能體協(xié)作、自適應(yīng)控制、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)/事件驅(qū)動(dòng)控制、智能控制等一些新興研究方向上, 取得了許多重要研究進(jìn)展, 如高階線性多智能體系統(tǒng)一致性控制、網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化控制、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)態(tài)勢(shì)感知等[1, 5].

模式識(shí)別與智能系統(tǒng)的發(fā)展, 與認(rèn)知科學(xué)、信息科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展密切相關(guān), 并逐漸形成了理論創(chuàng)新與應(yīng)用高度集成的發(fā)展趨勢(shì). 近年來(lái), 半監(jiān)督學(xué)習(xí)、弱/無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)降維、多特征抽取等新技術(shù)不斷涌現(xiàn), 模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音和語(yǔ)言信息處理、腦機(jī)交互等領(lǐng)域研究與應(yīng)用取得了顯著的進(jìn)步[6]. 國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和高校在神經(jīng)生物信息處理、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)、流形學(xué)習(xí)、立體視覺(jué)匹配和三維重建等方面取得了一些優(yōu)秀研究成果, 國(guó)內(nèi)研發(fā)的人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、手寫漢字識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器翻譯等應(yīng)用技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平.

導(dǎo)航制導(dǎo)與控制是一個(gè)學(xué)科交叉性強(qiáng)、理論與工程實(shí)踐高度結(jié)合的研究領(lǐng)域, 對(duì)國(guó)家安全、國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義. 目前, 我國(guó)在慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、組合導(dǎo)航、航空航天飛行控制、空間探測(cè)等研究領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平, 如北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在軌衛(wèi)星已突破50顆, 天宮二號(hào)空間站順利在軌運(yùn)行, 神州系列載人飛船的成功發(fā)射與返回, 嫦娥四號(hào)月背探測(cè), 標(biāo)志著我國(guó)航空航天控制技術(shù)躋身世界強(qiáng)國(guó)之列. 然而, 在一些相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域, 如視覺(jué)/慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)、精確制導(dǎo)技術(shù)、新型武器裝備研制、導(dǎo)航與探測(cè)器件開(kāi)發(fā)、攔截技術(shù)等方面仍需進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)核心技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新能力.

系統(tǒng)科學(xué)與工程在大量系統(tǒng)科學(xué)理論研究和系統(tǒng)工程實(shí)踐積累的基礎(chǔ)上, 逐漸強(qiáng)調(diào)物理、信息與社會(huì)空間的融合, 注重系統(tǒng)間的相互協(xié)作; 強(qiáng)調(diào)個(gè)體行為與群體行為間的關(guān)系, 實(shí)現(xiàn)對(duì)群體行為的誘導(dǎo)與調(diào)控[7]; 更加強(qiáng)調(diào)人類社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)化, 研究不同形態(tài)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò), 如社會(huì)網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)和生物網(wǎng)絡(luò). 我國(guó)近年來(lái)針對(duì)實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng), 開(kāi)展了生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與架構(gòu)體系、物流與資源優(yōu)化決策、系統(tǒng)仿真技術(shù)及應(yīng)用等多方面的研究和實(shí)踐[8]. 隨著物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展, 未來(lái)系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程的研究, 將更為關(guān)注具有人機(jī)物協(xié)同特征的實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng), 為推進(jìn)我國(guó)諸多領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展提供方法指導(dǎo).

在人工智能與自動(dòng)化交叉領(lǐng)域, 以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的深度學(xué)習(xí), 以感知、交互、協(xié)作、競(jìng)爭(zhēng)為特征的群體智能等方向取得了重要進(jìn)展. 在相繼出現(xiàn)的智能駕駛、智慧醫(yī)療等熱點(diǎn)應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下, 以人為中心、人在環(huán)路的智能計(jì)算、類腦智能等研究把機(jī)器智能作為人類智能的有效延伸和拓展, 成為自動(dòng)化領(lǐng)域人工智能技術(shù)研究前沿[9]. 在面對(duì)大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)化和實(shí)時(shí)交互等復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問(wèn)題時(shí), 研究方法呈現(xiàn)出多領(lǐng)域聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的模式, 綜合集成多個(gè)領(lǐng)域的研究成果, 如運(yùn)動(dòng)控制、智能感知決策、導(dǎo)航和避障、視聽(tīng)覺(jué)信息處理、自然語(yǔ)言理解、機(jī)器學(xué)習(xí)算法、認(rèn)知信息處理、高性能計(jì)算、自主防御等, 使得機(jī)器與人能夠交互理解并能更好地服務(wù)于人[10-11].

1.3   學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和目標(biāo)

2015年, 國(guó)務(wù)院提出推進(jìn)智能制造, 實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略, 以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)對(duì)重大技術(shù)裝備的需求為目標(biāo), 強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力. 2017年,《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》 提出要把大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)知識(shí)學(xué)習(xí)、跨媒體協(xié)同處理、人機(jī)協(xié)同增強(qiáng)智能、群體集成智能、自主智能系統(tǒng)作為人工智能的發(fā)展重點(diǎn). 2020年, 中央部署推進(jìn)包括5G基礎(chǔ)及應(yīng)用、軌道交通、新能源、數(shù)據(jù)中心、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[12]. 三大規(guī)劃中均以自動(dòng)化為主要理論基礎(chǔ), 自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)已然成為支撐我國(guó)“新基建”大布局中最為核心和重要的技術(shù)之一.

信息技術(shù)的迅速發(fā)展, 推進(jìn)了國(guó)際社會(huì)各領(lǐng)域向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化加速躍升, 自動(dòng)化領(lǐng)域的科學(xué)研究必須迅速調(diào)整方向并加快發(fā)展, 助力提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力、維護(hù)國(guó)家安全. 促進(jìn)自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)和國(guó)家建設(shè)深度融合, 為構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、人機(jī)協(xié)同、跨域融合、共創(chuàng)分享的智能社會(huì)提供理論、方法和技術(shù), 是自動(dòng)化學(xué)科“十四五”乃至中長(zhǎng)期發(fā)展的重要目標(biāo).

2.   自動(dòng)化學(xué)科優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域

2.1   智能控制理論和方法

傳統(tǒng)控制理論大多關(guān)注單個(gè)對(duì)象的建模與控制, 而控制系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大, 系統(tǒng)各部分相互關(guān)聯(lián)和耦合. 傳統(tǒng)控制過(guò)程通常在一個(gè)時(shí)間上只控制一個(gè)進(jìn)程, 而現(xiàn)在可能存在大量的進(jìn)程相互作用需要調(diào)控. 各類控制系統(tǒng)在不斷變化的環(huán)境中運(yùn)行, 溫度、負(fù)荷、設(shè)備、材料特性等各種因素都在隨時(shí)間變化, 且這些變化常常難以精確掌握. 系統(tǒng)不確定性既源自于系統(tǒng)內(nèi)部, 也來(lái)自于系統(tǒng)外部, 而且大多數(shù)情形是多種不確定性耦合在一起. 涉及的系統(tǒng)類型也很多, 如隨機(jī)系統(tǒng)、不確定系統(tǒng)、參數(shù)系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、有限信息系統(tǒng)、多尺度系統(tǒng)、混雜系統(tǒng)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)等. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜、工作環(huán)境更加開(kāi)放和不確定, 控制任務(wù)對(duì)于實(shí)時(shí)性、控制精度和自主能力等方面有了更高的要求, 還需要面對(duì)各種資源的優(yōu)化利用, 亟需融合非線性控制、自適應(yīng)控制、智能控制、穩(wěn)定性理論、最優(yōu)化理論、人工智能及數(shù)據(jù)處理等方面的理論和方法, 建立智能控制的新理論和新方法[3, 13].

從控制對(duì)象、控制方法、資源優(yōu)化和控制效率等角度出發(fā), 圖1簡(jiǎn)要描述了當(dāng)前控制理論和方法中存在的主要問(wèn)題, 可行的解決方法和熱點(diǎn)研究方向. 包括:

圖 1  智能控制理論研究方向

1)自適應(yīng)控制理論和方法. 對(duì)于時(shí)變、不確定、環(huán)境開(kāi)放、非線性等條件下的被控系統(tǒng), 研究其模型—數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)控制理論和方法, 進(jìn)行系統(tǒng)閉環(huán)性能分析和設(shè)計(jì), 實(shí)現(xiàn)基于模型的智能自適應(yīng)控制.

2)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制理論和方法. 研究環(huán)境變化、結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化、控制目標(biāo)變化的復(fù)雜系統(tǒng)控制問(wèn)題, 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、更新和迭代學(xué)習(xí), 獲得具有適應(yīng)能力的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制器, 保證系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性、魯棒性和自適應(yīng)性, 建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制理論和方法.

3)基于學(xué)習(xí)的優(yōu)化理論和方法. 通過(guò)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)控制過(guò)程、控制任務(wù)、多媒體信息的訓(xùn)練、學(xué)習(xí)和反饋, 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)過(guò)程優(yōu)化、任務(wù)優(yōu)化和資源優(yōu)化, 建立復(fù)雜系統(tǒng)基于學(xué)習(xí)的優(yōu)化控制理論和方法.

4)事件驅(qū)動(dòng)控制理論和方法. 研究數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)、混雜系統(tǒng)等多種類型系統(tǒng)的事件驅(qū)動(dòng)控制理論和方法, 減小計(jì)算和通訊等資源成本, 提高控制效率.

智能控制理論和方法是一個(gè)飛速發(fā)展的研究方向, 盡管其理論體系還遠(yuǎn)沒(méi)有經(jīng)典控制那樣成熟和完善, 但已經(jīng)成為自動(dòng)化學(xué)科最重要的理論研究方向之一. 探索智能控制理論和特定背景的應(yīng)用研究, 夯實(shí)自動(dòng)化學(xué)科的理論基礎(chǔ), 對(duì)推動(dòng)我國(guó)自動(dòng)控制技術(shù)躋身世界前列, 具有重要意義.

2.2   高性能作業(yè)機(jī)器人

機(jī)器人是多種自動(dòng)化技術(shù)和智能技術(shù)的集成平臺(tái), 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)防安全等領(lǐng)域具有重要地位. 在國(guó)防安全方面, 機(jī)器人技術(shù)將推動(dòng)無(wú)人機(jī)、無(wú)人武器的發(fā)展, 提高無(wú)人偵察、無(wú)人值守、無(wú)人作戰(zhàn)打擊能力. 在近海、深海、極地和外太空等環(huán)境中, 機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)極端環(huán)境活動(dòng)和資源發(fā)現(xiàn)利用的有效工具. 在醫(yī)療健康方面, 機(jī)器人將在醫(yī)療診斷、康復(fù)輔助、助老助殘中發(fā)揮重要作用. 在制造業(yè)方面, 機(jī)器人正在成為新工業(yè)革命的切入點(diǎn)和重要增長(zhǎng)點(diǎn), 將影響全球制造業(yè)格局. 近年來(lái), 我國(guó)在智能機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步, 工信部、發(fā)改委、財(cái)政部聯(lián)合提出 《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016−2020)》, 科技部連續(xù)發(fā)布“智能機(jī)器人” 重點(diǎn)專項(xiàng), 持續(xù)推進(jìn)我國(guó)機(jī)器人技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展. 但與美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比, 我國(guó)在前沿基礎(chǔ)理論、核心零部件、國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和總體發(fā)展體系等方面存在短板和不足[14].

未來(lái)幾年, 在仿生、控制、智能等方面, 自動(dòng)化學(xué)科建議開(kāi)展面向特定任務(wù)的高性能作業(yè)機(jī)器人原創(chuàng)性理論及關(guān)鍵技術(shù)研究, 初步建立高性能智能作業(yè)機(jī)器人共性技術(shù)體系, 為后續(xù)產(chǎn)品化奠定基礎(chǔ). 圖2概述了高性能作業(yè)機(jī)器人主要發(fā)展方向和關(guān)鍵技術(shù). 具體研究方向包括:

圖 2  高性能作業(yè)機(jī)器人主要發(fā)展方向和關(guān)鍵技術(shù)

1) 仿生機(jī)器人. 生物運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究并設(shè)計(jì)仿生運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu); 靈巧作業(yè)機(jī)構(gòu)的建模與控制; 靈活輕巧、剛?cè)狁詈系姆律鷻C(jī)器人設(shè)計(jì)和控制; 靈活隱蔽的微型仿生機(jī)器人.

2) 特種機(jī)器人. 設(shè)計(jì)面向各種特定任務(wù)的高性能作業(yè)機(jī)器人; 設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)開(kāi)放、未知環(huán)境和多種任務(wù)的高性能機(jī)器人, 提高其通用性與魯棒性.

3) 智能決策技術(shù). 研究機(jī)器人面向復(fù)雜環(huán)境的感知與理解、行為優(yōu)化及技能學(xué)習(xí)方法, 提升機(jī)器人的智能化水平; 研究機(jī)器人智能決策與控制技術(shù), 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高效智能決策和穩(wěn)定自主運(yùn)動(dòng); 機(jī)器人安全行為準(zhǔn)則及安全保障機(jī)制, 確保機(jī)器人安全可靠的行為方式.

4) 人機(jī)共融技術(shù). 人與機(jī)器人的雙向信息傳遞、語(yǔ)義表達(dá)及實(shí)時(shí)認(rèn)知方法; 生機(jī)電相融合的交互方法; 人機(jī)協(xié)同高效決策與控制技術(shù); 人與機(jī)器人互操作技術(shù).

5) 以仿生機(jī)器人、人機(jī)共融機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人為具體對(duì)象, 在國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、軟件框架和硬件平臺(tái)等方面取得突破性成果.

2.3   信息物理系統(tǒng)

以物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等為代表的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展, 信息空間、社會(huì)空間和物理空間深度融合, 衍生出信息物理系統(tǒng). 信息物理系統(tǒng)中的計(jì)算通信單元與物理對(duì)象可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)高度耦合, 其所孕育的新技術(shù)、新應(yīng)用將從根本上改變?nèi)祟惿鐣?huì)的生產(chǎn)和生活方式. 就像互聯(lián)網(wǎng)重塑人與信息的關(guān)系一樣, 信息物理系統(tǒng)將重塑人與工程系統(tǒng)的關(guān)系[15]. 美國(guó)總統(tǒng)科技顧問(wèn)委員會(huì)曾將信息物理系統(tǒng)列為未來(lái)重點(diǎn)研究的八大信息技術(shù)之首, 德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)都在工業(yè)信息物理融合系統(tǒng)相關(guān)方向展開(kāi)戰(zhàn)略布局和技術(shù)研發(fā). 目前, 我國(guó)工業(yè)企業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化程度整體不高, 難以實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)綜合智能管控以滿足智能化生產(chǎn)、智慧工廠的需要. 物理系統(tǒng)與信息空間的高度融合, 給信息獲取、通信、計(jì)算和控制帶來(lái)諸多挑戰(zhàn), 給自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)帶來(lái)深刻變革[16].

研究信息物理系統(tǒng)中資源優(yōu)化調(diào)度、通信與控制協(xié)同優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)攻擊防御、實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)估等問(wèn)題, 融合建模、優(yōu)化與控制的理論和方法, 以構(gòu)建安全、高效的信息物理系統(tǒng)為目標(biāo). 圖3展示了未來(lái)幾年建議的信息物理系統(tǒng)主要研究方向, 具體包括:

圖 3  信息物理系統(tǒng)主要研究方向

1) 信息物理系統(tǒng)構(gòu)建及控制. 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模、實(shí)時(shí)、可靠的優(yōu)化調(diào)度技術(shù); 綜合信息物理系統(tǒng)時(shí)、空、頻、能等多維動(dòng)態(tài)特性和耦合性, 建立感知、傳輸、控制一體化系統(tǒng)模型和跨域協(xié)同優(yōu)化與控制方法; 通信資源、計(jì)算資源、控制能力等受限情況下高效的分布式優(yōu)化與控制策略; 基于邊緣計(jì)算和邊云協(xié)同的分布式智能控制方法.

2) 信息物理系統(tǒng)安全. 通信干擾、虛假數(shù)據(jù)注入、隱私竊聽(tīng)等攻擊的信息物理系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法、攻擊防御方法、彈性控制理論與方法; 信息物理系統(tǒng)隱私保護(hù)的設(shè)計(jì)與分析; 信息物理系統(tǒng)安全事件的時(shí)空關(guān)聯(lián)性快速分析與溯源; 信息安全與控制安全的協(xié)同設(shè)計(jì)與驗(yàn)證, 實(shí)現(xiàn)信息物理系統(tǒng)綜合安全.

3) 信息物理系統(tǒng)演化. 基于數(shù)字孿生技術(shù), 實(shí)現(xiàn)信息物理系統(tǒng)高保真的數(shù)字化表征、狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)測(cè)、運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估技術(shù); 研究孿生系統(tǒng)與實(shí)體信息物理系統(tǒng)的全方位深層次融合; 基于孿生系統(tǒng)及實(shí)體信息物理系統(tǒng)的多模態(tài)信息, 實(shí)現(xiàn)虛實(shí)系統(tǒng)持續(xù)交互式學(xué)習(xí)、自主更新和進(jìn)化.

發(fā)展信息物理系統(tǒng)構(gòu)建、信息獲取與處理、信息安全分析、系統(tǒng)監(jiān)控和評(píng)估等適用于大規(guī)模信息物理系統(tǒng)的前沿基礎(chǔ)理論, 并在工業(yè)系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等方面進(jìn)行應(yīng)用研究, 結(jié)合智能制造發(fā)展戰(zhàn)略, 推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合, 促進(jìn)工業(yè)信息物理系統(tǒng)理論和技術(shù)突破, 實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)聯(lián)通、精確識(shí)別、有效交互與智能調(diào)控, 滿足國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求.

2.4   導(dǎo)航與控制技術(shù)

近年來(lái), 在載人航天、對(duì)地觀測(cè)、大型飛機(jī)、導(dǎo)航與位置服務(wù)等國(guó)家重大需求的牽引下, 導(dǎo)航制導(dǎo)與控制技術(shù)發(fā)展十分迅速[17]. 深空探測(cè)是繼地球衛(wèi)星、載人航天之后, 我國(guó)空間技術(shù)領(lǐng)域的又一重要發(fā)展階段. 深空探測(cè)飛行器飛行距離更遠(yuǎn)、運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)、任務(wù)環(huán)境更復(fù)雜. 對(duì)于月球背面探測(cè)、火星轉(zhuǎn)移和捕獲探測(cè)等, 僅依賴地面測(cè)控網(wǎng)進(jìn)行導(dǎo)航與控制, 在精度、實(shí)時(shí)性和可靠性等諸多方面受到限制. 深海運(yùn)載平臺(tái)和深海潛器主要涉及深海環(huán)境下的大范圍導(dǎo)航與控制, 考慮深海環(huán)境的復(fù)雜性、可用導(dǎo)航資源少和運(yùn)載體長(zhǎng)時(shí)間工作等特點(diǎn), 慣性信息、海洋環(huán)境與海洋地球物理場(chǎng)信息以及聲學(xué)信息將成為其自主導(dǎo)航的主要信息源. 此外, 開(kāi)放環(huán)境下的車輛和人員定位導(dǎo)航主要依賴衛(wèi)星導(dǎo)航手段, 但在高樓遮擋路面、隧道、室內(nèi)停車場(chǎng)、商場(chǎng)、交通樞紐、展會(huì)等環(huán)境下, 由于信號(hào)受到遮擋或電磁干擾, 無(wú)法提供可靠的導(dǎo)航服務(wù). 實(shí)時(shí)獲取開(kāi)放環(huán)境下車輛、機(jī)器人和人員在移動(dòng)過(guò)程中的位置、方向、速度等信息, 并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)/輔助駕駛、人員的高效疏導(dǎo), 是體現(xiàn)城市信息化和治理水平的重要方面.

導(dǎo)航制導(dǎo)與控制技術(shù)關(guān)系到國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè), 屬于基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和前沿性的軍民兩用高新技術(shù). 圖4簡(jiǎn)要描述了我國(guó)導(dǎo)航制導(dǎo)與控制領(lǐng)域的重要進(jìn)展和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì). 具體的研究方向包括:

圖 4  導(dǎo)航制導(dǎo)與控制領(lǐng)域的重要進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)

1) 深空深海運(yùn)動(dòng)體和運(yùn)載平臺(tái)的自主導(dǎo)航與控制技術(shù). 深空深海運(yùn)載平臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間高精度自主導(dǎo)航與控制; 環(huán)境交互下的深空深海仿生器基礎(chǔ)控制理論和實(shí)現(xiàn)方法; 大范圍高動(dòng)態(tài)條件下飛行器導(dǎo)航制導(dǎo)和控制; 大型復(fù)雜撓性航天器穩(wěn)定及機(jī)動(dòng)控制; 行星和小行星等定點(diǎn)著落導(dǎo)航制導(dǎo)和控制.

2) 新型導(dǎo)航方法與技術(shù). 量子精密測(cè)量與量子導(dǎo)航原理與技術(shù); 超高靈敏原子慣性測(cè)量技術(shù); 基于量子效應(yīng)的原子陀螺儀慣性導(dǎo)航技術(shù); 仿生導(dǎo)航原理與技術(shù); 組合導(dǎo)航理論和方法; 有限信息下自主導(dǎo)航與控制方法.

3) 開(kāi)放環(huán)境下多源信息融合定位導(dǎo)航的基礎(chǔ)理論和方法. 云端—終端數(shù)據(jù)交互融合協(xié)同導(dǎo)航理論與方法; 基于多源異構(gòu)信息融合的導(dǎo)航理論與方法; 開(kāi)放環(huán)境下定位導(dǎo)航及控制技術(shù).

深空深海和開(kāi)放環(huán)境的導(dǎo)航制導(dǎo)與控制問(wèn)題研究, 將顯著提高我國(guó)高精度高可靠性導(dǎo)航與控制領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究水平, 解決不確定環(huán)境下導(dǎo)航與探測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)難點(diǎn), 為推進(jìn)我國(guó)航空航天、海洋戰(zhàn)略、城市治理的跨越式發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

2.5   重大裝備自動(dòng)化技術(shù)

重大裝備指技術(shù)難度大、關(guān)聯(lián)面廣、成套性強(qiáng)、對(duì)國(guó)計(jì)民生具有重大影響, 需要跨部門、跨行業(yè)、跨地區(qū)組織, 才能完成的重大成套技術(shù)裝備, 或是規(guī)模龐大且直接關(guān)系人的生命安全及國(guó)家安全的重要運(yùn)動(dòng)體裝備, 對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和綜合國(guó)力具有非常重要的戰(zhàn)略意義. 比如, 以航空發(fā)動(dòng)機(jī)、無(wú)人船舶等為代表的重大裝備, 在交通運(yùn)輸、航空航天、海洋探測(cè)等方面為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的提升和國(guó)防安全提供了重要保障.

智能化控制系統(tǒng)是重大裝備的技術(shù)保障和核心支撐部分, 具有不可替代的作用. 一些重大裝備工作在多參數(shù)、非線性、復(fù)雜和極端環(huán)境下, 對(duì)裝備的安全運(yùn)行和維護(hù)提出了很大的挑戰(zhàn)[18]. 同時(shí), 部分重大裝備核心技術(shù)受制于人, 依賴國(guó)外. 因此, 研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大裝備智能控制和智能維護(hù)技術(shù), 是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和維護(hù)國(guó)家安全的科技保障. 對(duì)于我國(guó)重大裝備智能控制和智能維護(hù)技術(shù)方面存在的一些問(wèn)題, 建議的具體研究方向包括:

1) 重大裝備高精度與安全運(yùn)行控制. 面向動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)和控制問(wèn)題的高速、高效、高精度控制器設(shè)計(jì); 面向靈活、高效和經(jīng)濟(jì)性的重大裝備集群一體化智能管理理論; 重大裝備的通信網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)、安全通信機(jī)制、電磁兼容等信息安全技術(shù); 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的重大裝備決策與控制技術(shù); 重大裝備控制任務(wù)、可靠性任務(wù)、信息安全任務(wù)協(xié)同設(shè)計(jì)的理論與方法.

2) 重大裝備故障診斷與智能維護(hù). 重大裝備智能維護(hù)和容錯(cuò)控制基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù); 重大裝備的性能耦合分析技術(shù); 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的重大裝備故障處理與預(yù)防技術(shù); 基于數(shù)據(jù)的重大裝備智能視情維護(hù)與自愈技術(shù); 重大裝備降級(jí)運(yùn)行與智能更新理論與技術(shù); 重大裝備壽命預(yù)測(cè)與健康評(píng)估技術(shù).

圖5概述了重大裝備智能控制與維護(hù)中主要的研究?jī)?nèi)容. 針對(duì)我國(guó)國(guó)防、制造業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域的國(guó)家重大裝備需求, 凝練與自動(dòng)化學(xué)科相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù), 提高自主創(chuàng)新能力, 實(shí)現(xiàn)重要裝備的自動(dòng)化技術(shù)自主可控.

圖 5  重大裝備智能控制與維護(hù)

2.6   自主智能系統(tǒng)

自主智能系統(tǒng)是自動(dòng)化和人工智能技術(shù)的最佳載體, 是各種先進(jìn)算法驗(yàn)證與應(yīng)用平臺(tái), 其基礎(chǔ)理論研究創(chuàng)新將成為未來(lái)自動(dòng)化和人工智能領(lǐng)域發(fā)展的核心動(dòng)力, 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)防安全等領(lǐng)域具有重要地位. 例如, 在民用領(lǐng)域, 自主智能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于智能交通中的多無(wú)人車協(xié)同路徑規(guī)劃, 提升智慧城市道路利用率, 緩解城市擁堵; 在工業(yè)應(yīng)用、商業(yè)管理及應(yīng)急救援等領(lǐng)域的需求量也呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì); 在國(guó)防領(lǐng)域, 多個(gè)作戰(zhàn)單元與其他作戰(zhàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)作戰(zhàn), 防空導(dǎo)彈系統(tǒng)同時(shí)攔截多個(gè)目標(biāo), 無(wú)人機(jī)、無(wú)人車及無(wú)人武器的發(fā)展將有效提高作戰(zhàn)能力. 目前, 我國(guó)在自主智能系統(tǒng)和群體智能系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用方面, 缺乏前瞻性理論支撐和關(guān)鍵技術(shù)突破. 因此, 必須重視自主智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究, 實(shí)現(xiàn)從機(jī)器人到自主智能系統(tǒng), 從個(gè)體智能到群體智能的跨越[19-20].

從自主無(wú)人系統(tǒng)、人機(jī)混合、集群協(xié)同、安全技術(shù)和技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)等方面出發(fā), 圖6展示了自主智能系統(tǒng)的總體發(fā)展思路. 具體研究?jī)?nèi)容如下:

圖 6  自主智能系統(tǒng)的總體發(fā)展思路

1) 自主無(wú)人系統(tǒng)理論與技術(shù). 多傳感器信息融合的無(wú)人系統(tǒng)智能感知與自主學(xué)習(xí); 無(wú)人系統(tǒng)學(xué)習(xí)演化與自主決策; 無(wú)人系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模、智能感知、自主運(yùn)動(dòng)與避障; 動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別與特定任務(wù)決策; 環(huán)境未知、信息不完全、通信受限下無(wú)人系統(tǒng)智能感知與決策理論和方法; 復(fù)雜場(chǎng)景無(wú)人平臺(tái)的主動(dòng)感知、快速?zèng)Q策和精確控制.

2) 人機(jī)混合自主智能系統(tǒng). 開(kāi)放環(huán)境下人機(jī)結(jié)合的態(tài)勢(shì)感知方法與技術(shù); 人機(jī)交互的特征提取與表示方法; 人機(jī)融合高效推理與交互操作; 人機(jī)混合智能增強(qiáng)、人在回路技術(shù).

3) 集群自主智能系統(tǒng). 可表達(dá)、可計(jì)算、可解釋的群體智能方法; 集群系統(tǒng)信息交互、多目標(biāo)優(yōu)化決策; 集群系統(tǒng)協(xié)同與自主結(jié)構(gòu)變換; 無(wú)人系統(tǒng)集群優(yōu)化和集群智能; 對(duì)抗、強(qiáng)干擾環(huán)境下的集群系統(tǒng)協(xié)同控制理論; 非完全信息條件下集群系統(tǒng)協(xié)同、博弈等動(dòng)態(tài)演繹方法.

4) 自主智能系統(tǒng)安全. 安全可信自主智能系統(tǒng)構(gòu)建理論和方法; 自主智能系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù); 自主智能系統(tǒng)集群的安全性和穩(wěn)定性; 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與智能防御; 決策計(jì)算全程可測(cè)可控, 達(dá)到攻擊者進(jìn)不去、非授權(quán)者重要信息拿不到、竊取保密信息看不懂、系統(tǒng)和信息改不了的安全效果.

5) 研制“無(wú)人集群跨域協(xié)同控制系統(tǒng)” 與“人機(jī)共融自主智能系統(tǒng)” 等技術(shù)驗(yàn)證和示范平臺(tái); 發(fā)展自主智能系統(tǒng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、自主芯片、標(biāo)準(zhǔn)軟硬件接口和操作系統(tǒng)等.

自主智能系統(tǒng)的研究將大力推進(jìn)科技與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 引領(lǐng)智能產(chǎn)業(yè)和智能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展. 我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步, 但在頂級(jí)人才、前沿基礎(chǔ)理論、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、軟硬件平臺(tái)和總體發(fā)展體系等方面仍然存在不足, 需要進(jìn)一步加大投入, 充分調(diào)動(dòng)國(guó)內(nèi)外的優(yōu)勢(shì)資源, 爭(zhēng)取獲得跨越式發(fā)展.

2.7   人工智能驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化

近年來(lái), 人工智能研究范圍不斷拓寬, 已涵蓋了模式識(shí)別、自然語(yǔ)言理解、認(rèn)知科學(xué)等多個(gè)重要分支, 研究?jī)?nèi)容已經(jīng)從信息處理、知識(shí)表示等發(fā)展到機(jī)器智能, 包括機(jī)器感知、機(jī)器思維、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器行為等, 并在不斷更新和擴(kuò)展[10]. 以深度學(xué)習(xí)為代表的感知和認(rèn)知, 以及以強(qiáng)化學(xué)習(xí)為代表的行為決策和控制是人工智能驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)的典型代表, 二者結(jié)合能夠構(gòu)成機(jī)器智能決策的閉環(huán). 國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)了一些有顯示性的成果[21-22], 如波士頓動(dòng)力公司與美國(guó)國(guó)防部合作, 開(kāi)發(fā)了多款仿生機(jī)器人, 能夠?qū)崿F(xiàn)快速平穩(wěn)移動(dòng)、跳躍甚至翻滾, 具有相當(dāng)好的靈活性和穩(wěn)定性. 人工智能的核心理論和基礎(chǔ)算法, 通過(guò)與應(yīng)用系統(tǒng)相結(jié)合, 可有效提取數(shù)據(jù)信息、自主學(xué)習(xí)決策和優(yōu)化, 提高控制效率, 進(jìn)而建立具有不同功能的智能系統(tǒng).

當(dāng)前通用人工智能方法尚未成熟, 深度學(xué)習(xí)等人工智能方法可解釋性不高, 這也是人工智能理論實(shí)際應(yīng)用困難的根本原因之一. 另外, 由于實(shí)際問(wèn)題差別很大, 如實(shí)際問(wèn)題連續(xù)性、不完全信息、感知信息不確定性、決策狀態(tài)約束性、多個(gè)體協(xié)調(diào)復(fù)雜性等, 使得人工智能理論和方法, 難以直接推廣到更廣泛的對(duì)象, 如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、流程工業(yè)中, 需要基于人工智能理論開(kāi)發(fā)相應(yīng)的智能算法. 圖7展示了人工智能和自動(dòng)化交叉領(lǐng)域的若干前沿研究方向, 其核心關(guān)鍵問(wèn)題是人工智能理論驅(qū)動(dòng)的智能感知、控制與決策方法, 以及算法設(shè)計(jì)、系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用. 需要在語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器視覺(jué)等智能感知領(lǐng)域開(kāi)展深入研究, 還應(yīng)在深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論、不完全信息博弈對(duì)抗、多智能體協(xié)調(diào)控制、魯棒決策與控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搜索與優(yōu)化、類腦計(jì)算等領(lǐng)域積極布局, 以期取得突破性的研究成果.

圖 7  人工智能和自動(dòng)化交叉領(lǐng)域若干前沿研究方向

總體來(lái)說(shuō), 我國(guó)在語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器翻譯等領(lǐng)域已取得顯著進(jìn)展, 但我國(guó)對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)核心算法的掌握程度仍然較低, 在人工智能核心算法創(chuàng)新、人工智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)等方面, 還需要與發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行技術(shù)合作, 縮小差距, 促進(jìn)人工智能理論和方法在自主運(yùn)動(dòng)體、智能電網(wǎng)、醫(yī)療、軍事等系統(tǒng)中的應(yīng)用, 擴(kuò)展人工智能技術(shù)的應(yīng)用邊界.

3.   學(xué)科發(fā)展的保障措施

未來(lái)幾年, 為促進(jìn)我國(guó)自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展, 吸引更多的科技工作者投身自動(dòng)化領(lǐng)域研究, 提升我國(guó)自動(dòng)化學(xué)科的地位和國(guó)際影響力, 建議從學(xué)科發(fā)展、基金資助、需求導(dǎo)向、人才培養(yǎng)、科研平臺(tái)等方面做出努力.

1) 為保持學(xué)科優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì), 同時(shí)加大對(duì)薄弱學(xué)科領(lǐng)域的資助力度, 鼓勵(lì)開(kāi)展交叉學(xué)科研究, 促進(jìn)自動(dòng)化學(xué)科各領(lǐng)域均衡協(xié)調(diào)發(fā)展. 自動(dòng)化學(xué)科在注重理論研究的同時(shí), 以重大國(guó)家需求為牽引, 凝煉共性科學(xué)問(wèn)題, 鼓勵(lì)自動(dòng)化系統(tǒng)的研發(fā)與成果轉(zhuǎn)化, 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化學(xué)科持續(xù)蓬勃發(fā)展.

2) 發(fā)揮自然科學(xué)基金人才培養(yǎng)作用, 激發(fā)科技人才的創(chuàng)新活力, 完善青年人才資助計(jì)劃. 適度調(diào)整項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)使用范圍與比例, 適當(dāng)增加青年基金、優(yōu)秀青年基金、杰出青年基金的資助率. 進(jìn)一步修訂學(xué)科申請(qǐng)代碼, 推進(jìn)以自動(dòng)化學(xué)科為主的交叉學(xué)科發(fā)展, 拓寬自動(dòng)化學(xué)科研究范疇, 提升學(xué)科影響力. 進(jìn)一步加強(qiáng)基金資助內(nèi)容審核, 避免對(duì)相似研究?jī)?nèi)容的重復(fù)資助, 提高資助效率.

3) 引導(dǎo)建立公共開(kāi)放的自動(dòng)化科研與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái). 由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái), 各研究工作彼此獨(dú)立難以快速集成和相互共享, 重復(fù)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)浪費(fèi)了大量人力物力. 建立標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)支撐平臺(tái), 如群體智能科研支撐平臺(tái)、人工智能開(kāi)源軟硬件平臺(tái)、人工智能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)等. 為實(shí)現(xiàn)理論創(chuàng)新、技術(shù)和系統(tǒng)集成提供條件, 促進(jìn)理論研究成果的共享和應(yīng)用.

4.   結(jié)論

遵循自動(dòng)化學(xué)科發(fā)展所具有的需求牽引和學(xué)科交叉的特點(diǎn), 未來(lái)自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)研究將更加注重解決復(fù)雜系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、多傳感器信息融合、生物信息系統(tǒng)、社會(huì)治理系統(tǒng)等重大問(wèn)題. 注重系統(tǒng)各個(gè)部件協(xié)同感知并進(jìn)行協(xié)調(diào)控制, 在理清個(gè)體行為與群體行為間關(guān)系的基礎(chǔ)上, 實(shí)現(xiàn)對(duì)群體協(xié)作、競(jìng)爭(zhēng)、進(jìn)化、演化行為的調(diào)控. 加強(qiáng)研究如具有人機(jī)物協(xié)同特征的工業(yè)系統(tǒng)、作戰(zhàn)系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、生物系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng). 自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)將與其它相關(guān)理論技術(shù)密切結(jié)合, 解決新興技術(shù)快速發(fā)展帶來(lái)的自動(dòng)化領(lǐng)域前沿科學(xué)問(wèn)題.

5.   說(shuō)明

本文所著觀點(diǎn)及內(nèi)容參考國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)十四五及中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃. 所著觀點(diǎn)為筆者觀點(diǎn), 僅供參考.