探讨自動化與智能化：管理與控制的深度融合

　　自動化的理論基礎是控制論。控制論誕生(shēng)時，控制論之父維納思考了這樣一(yī)個問題：機器和人(動物(wù))到底有什麽區别?維納認爲，機器一(yī)般隻能按既定的步驟和邏輯運行，而人(動物(wù))則能夠通過信息感知(zhī)到外(wài)部變化，并根據這些信息進行決策、采取行動。同樣，自動化系統一(yī)般由傳感器、控制器和控制對象構成，分(fēn)别用于獲得信息、決策和執行。因而，“感知(zhī)、決策和執行的統一(yī)”可以看作是自動化的本質。

　　控制論的産生(shēng)有個重要的技術背景，即弱電(diàn)技術的産生(shēng)和應用。強電(diàn)一(yī)般是用來提供能量的，弱電(diàn)則與信息技術有關。傳感器測得的弱電(diàn)信号用來表示信息，控制器用弱電(diàn)進行計算和決策，同時，弱電(diàn)又(yòu)可以通過控制強電(diàn)系統帶動控制器的運行。這樣，利用“電(diàn)”這一(yī)技術手段，打通信息和物(wù)理世界，把信息世界的感知(zhī)、決策和物(wù)理世界的執行統一(yī)起來，可以解決一(yī)般性的控制問題。

　　傳感器獲得的信号一(yī)般是模拟信号，即連續變化的信号。控制理論産生(shēng)之初，控制器主要由電(diàn)阻、電(diàn)感、電(diàn)容等電(diàn)子元件搭建而成，可以直接處理模拟信号。與模拟量相對應的是數字量，一(yī)般是指用0、1二進制表示的數據，計算機存儲和處理的數據、互聯網傳輸的數據便屬于此類。通過數模、模數轉化，數字化信息和模拟信息可以相互轉化。

　　傳統自動化技術取得了巨大(dà)的成功，但也有其局限性。比如，經典控制理論往往隻是針對那些能用線性常微分(fēn)方程組描述的物(wù)理對象，而許多物(wù)理系統不能用這類數學模型描述。另外(wài)一(yī)個局限是，自動控制往往隻能針對結構和運行邏輯不發生(shēng)變化的控制對象，如單台設備、閥門這樣的小(xiǎo)系統，這類其系統的結構和運行邏輯穩定是一(yī)種常态;而針對工(gōng)廠這樣的大(dà)系統，卻難免出現某些設備故障、生(shēng)産異常。對于上述問題，數字化方法具有巨大(dà)的威力。

　　數字化：

　　推進關鍵在于計算機和互聯網的深入應用

　　推進數字化，其實就是要推進計算機和互聯網的廣泛、深入應用。

　　首先，數字化建模能力強大(dà)。利用計算機，人們有能力描述任何數學公式、物(wù)理對象以及生(shēng)産和業務過程，工(gōng)廠裏的人、機、料等所有要素，都可以在數字化空間中(zhōng)加以描述。過去(qù)，受存儲、處理能力的限制，這種能力無法充分(fēn)釋放(fàng)。随着摩爾定律的延續，互聯網、雲計算、大(dà)數據等技術的産生(shēng)，人們有能力在數字化的虛拟世界中(zhōng)完整描述制造企業的各種業務活動，并通過這個虛拟世界管理和控制物(wù)理世界。

　　其次，計算機和網絡系統可以幫助人類進行決策。無法實現自動控制時，一(yī)般需要人類專家(如調度人員(yuán)、管理人員(yuán))進行處理。這時，這些系統能夠幫助管理者獲得信息、分(fēn)析問題并傳送指令，讓人類能夠更好地決策。從控制論的角度看，人類專家本質上是充當了一(yī)個“控制器”的角色。

　　制造企業的計算機系統往往是分(fēn)級的。鋼鐵企業常見的做法是分(fēn)成4級——L1~L4。其中(zhōng)，針對閥門、設備級系統進行控制的L1、L2系統一(yī)般被稱爲自動化系統;針對車(chē)間和工(gōng)廠的L3、L4系統一(yī)般被稱爲“信息化系統”或者“管理計算機”。容易發現，層級低的系統往往反應速度快但管控範圍小(xiǎo)，層級高的系統反應速度慢(màn)但管控範圍大(dà)。同時，低層級的計算機自動控制的比例高，高層級計算機自動控制的比例低。這種現象表明，對計算機系統來說，反應速度快、自動化程度高與管理範圍大(dà)是矛盾的。

　　這種矛盾，對鋼廠的管控是不利的。在鋼廠裏，能源、環保、質量、生(shēng)産組織往往都會涉及多個部門和工(gōng)序，屬于大(dà)系統的問題。一(yī)個環節出現問題，往往需要大(dà)家協調解決。殷瑞钰院士經常說：“鋼鐵企業是典型的耗散系統。”如果問題處理得不及時，就可能導緻能耗的增加、質量和生(shēng)産效率的下(xià)降。然而，生(shēng)産現場關鍵信息的出現是秒級、毫秒級的，而跨工(gōng)序、跨部門的協調可能會耽誤幾個小(xiǎo)時乃至幾天。比如，連鑄過程瞬間發生(shēng)的問題，可能在幾天後引發冷軋産品的質量缺陷。

　　在傳統的計算機系統架構下(xià)，這類矛盾難以全面地解決，因爲人類專家無法處理成千上萬台設備和傳感器發出的秒級、毫秒級的信息，而機器不擅長靈活處理跨工(gōng)序、跨部門的大(dà)系統協同問題。這樣的問題，需要在智能化時代，用數字化方法加以解決。

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