涂序彥 教授

    作者簡介

    涂序彥，男，教授，江西南昌人，現任中國人工智能學會榮譽理事長、指導委員會主席，北京人工智能學會名譽理事長、指導委員會主席。北京科技大學信息工程學院特聘教授、博士生導師，計算機與系統科學研究所所長。歷任中國人工智能學會理事長，中國自動化學會常務理事，中國軟件行業協會常務理事。全球華人智能控制與智能自動化大會主席、世界專家系統大會（遠東區）主席。曾任中國科學院自動化研究所、清華大學、北京理工大學、北京郵電大學、北京工商大學、北京電力大學、華中科技大學、南昌大學、西安理工大學等高等院校的客座教授，清華大學智能技術與系統國家實驗室學術委員，江西省、河北省科委顧問，南昌市政府科技教育顧問等。             
                
    面向21世紀的新時代，“自動化科學技術的發展方向與開發策略如何”是同行們共同關心的問題。

    “自動化科學技術”當前和今后的發展方向有：智能自動化、集成自動化、協調自動化、網絡自動化，相應的，“自動化科學技術”的開發策略為：智能化、集成化、協調化、網絡化。

    本文研究討論：“自動化科學技術” 及其應用系統的“四化”發展方向與開發策略，如有不妥之處，敬請批評指正。

    1.“智能自動化”與“智能化”

    1.1“智能自動化”的概念涵義

    “智能自動化”意味著：“智能科學技術”與“自動化科學技術”相結合，研究開發各種“智能自動化”系統，實現“智能自動化”。其概念可用式（1）表示：

    IST + AST → IA （1）

    在式（1）中，
    IA（Intelligent Automation or Intelligence’s Automation）——“智能自動化”，智能“自動化” 或 “智能”自動化
IST（Intelligence Science & Technology）——“智能科學技術”

    “智能科學技術”（Intelligence Science & Technology）簡稱IST，研究開發各種“智能”特性功能、理論方法、實現技術，如：人工智能（Artificial Intelligence ），人的智能（Human Intelligence ），人機集成智能（Man-Machine Integrated Intelligence ），群體協同智能（Cooperative Intelligence ）等。

    AST（Automatic Science & Technology）——“自動化科學技術”

    “自動化科學技術”（Automation Science & Technology）簡稱AST，研究開發各種自動化系統的理論方法、實現技術，如：自動控制（Automatic Control）、自動調節（Automatic Adjusting）、自動檢測（Automatic Detecting）、自動操作（Automatic Operation）的理論方法、實現技術，以及各種應用系統等。

    “智能自動化”的概念有二方面的涵義：

    （1）智能“自動化”

    智能“自動化”，指智能的“自動化”，其英譯為：（Intelligent Automation ），其涵義為：“應用人工智能方法，具有擬人智能特性，智能水平更高的自動化”。

    如：智能控制（Intelligent Control）、智能管理（Intelligent Management）、智能通信（Intelligent Communication）、智能儀表（Intelligent Instrument）、智能接口（Intelligent Interface）、智能網絡（Intelligent Network）等。

    智能“自動化”意味著：將人工智能的理論、方法和技術，應用于各種自動化系統，提高系統的人工智能水平，實現智能化的自動化。例如，人工智能應用于自動控制系統，人工智能與控制理論相結合，可以設計和實現智能控制系統。
智能“自動化”是自動化學科技術的發展方向，也是自動化系統，設備和產品的開發策略。意味著：具有“智能”的自動化科學技術、自動化理論方法、自動化實現技術、自動化應用系統，如：智能控制、智能檢測、智能操作的方法和技術，智能控制器、智能檢測儀表、智能自動化系統等。

    （2）“智能”自動化

    “智能”自動化，指 “智能”的自動化，其英譯為：（ Intelligence’s Automation），其含義為：“人的智能活動、腦力勞動的自動化”。

    如：推理自動化（Reasoning Automation）、設計自動化（Design Automation）、編程自動化（Programming Automation）、指揮自動化（Command Automation）、辦公自動化（Office Automation）、作曲自動化（Music-setting Automation）、決策自動化（Decision-making Automation）等。

    “智能”自動化是自動化學科技術發展的高級階段，是自動化科學技術應用的新領域。

    “智能”自動化意味著：將自動化科學技術應用于各種人的智能活動過程，提高腦力勞動的自動化水平，實現智能活動、腦力勞動的自動化。如：“推理”智能自動化、“計算”智能自動化“設計”智能自動化、“作曲”智能自動化、“繪畫”智能自動化等。例如，自動化科學技術應用于推理活動，提高推理過程的自動化水平，實現推理自動化。

    上述“智能自動化”概念的兩種含義：智能“自動化”與“智能”自動化，存在著內在的相互關聯。如，推理自動化或自動推理是人工智能的學科分支和研究領域，而實現基于知識的智能控制，又要應用知識自動推理。

    1.2“智能自動化”的發展方向

    根據上述“智能自動化”的概念涵義，“智能自動化”的發展方向，如圖1所示。

                   
                               圖1 “智能自動化”的發展方向

    “智能自動化”的發展方向分為：智能“自動化”、“智能”自動化，如：智能控制、智能管理、智能通信、智能儀表、智能網絡等，設計自動化、編程自動化、推理自動化、指揮自動化、作曲自動化等。隨著“智能自動化”學科的發展，“智能自動化”的科技體系將不斷擴展和細化。

    1.3“智能化”的概念涵義

    “智能化”( Intellecturalization)的概念有二方面的涵義：

    （1）“人工智能”應用

    “智能化”的概念涵義之一是：“人工智能”的理論方法和實現技術應用于自動化領域，研究開發各種“智能自動化”系統。如：智能控制、智能檢測、智能管理、智能通信、智能操作系統等，以及各種“智能自動化”元件、部件、儀表、裝置、設備，各種“智能自動化”技術工具等。

    （2）擬人“智能特性”

    “智能化”的概念涵義之二是：研究開發各種“智能自動化”系統，具有仿生、擬人“智能特性”。如：自適應、自學習、自組織、自識別、自感知、自推理、自理解、自聯想、自穩定、自調整、自校正、自診斷、自維修、自進化、自繁殖等。

    1.4“智能化”的開發策略

    根據上述“智能化”的概念涵義，“智能化”的開發策略，如圖2所示。

                   

                                 圖2 “智能化”的開發策略

    在圖2中，“智能化”的開發策略如下。

    （1） “廣義人工智能”應用

    “人工智能”已從傳統的“狹義人工智能”，發展為現代的“廣義人工智能”，并正在“廣義智能學”、“智能科學技術”如：啟發程序、專家系統、知識工程、神經網絡、模式識別、計算智能、網絡智能、機器智能等，生物智能、仿生智能、人的智能、擬人智能、人機集成智能、群體協同智能等。因此，可以研究開發仿生、擬人的，具有多層次、多方面、多模式“廣義智能特性”的，各種智能“自動化”系統，實現智能“自動化”。

    （2）擬人“廣義智能特性”

    擬人“廣義智能特性”包括：多層次、多方面、多模式的智能特性，如：自感知、自識別、自理解、自聯想、自推理、自計算、自學習、自調整、自校正、自穩定、自適應、自組織、自協調、自診斷、自維修、自進化、自復制、自繁衍等。因此，可以研究開發相應的“智能”自動化系統，實現：感知、識別、理解、聯想、推理、計算、學習、調整、校正、穩定、適應、組織、協調、診斷、維修、進化、復制、繁衍等“廣義智能活動”的“智能”自動化。

    2.“集成自動化”與“集成化”

    2.1“集成自動化”的概念涵義

    “集成自動化”意味著：“集成科學技術”與“自動化科學技術”相結合，研究開發各種“集成自動化”系統，實現“集成自動化”。其概念可用式（2）表示：

    IgST + AST → IgA （2）
    在式（2）中：
    IgA（Integrated Automation ）——“集成自動化”
    IgST（Integration Science & Technology）——“集成科學技術”

    “集成科學技術”包括：系統集成（Systems Integration）、功能集成（Functions Integration）、技術集成（Technique Integration），如：軟件集成（Software Integration），硬件集成（Hardware Integration），模型集成（Models Integration）、方法集成（Methods Integration）、媒體集成（Medias Integration）等。

    AST（Automation Science & Technology）——“自動化科學技術”

    “自動化科學技術”（Automation Science & Technology）簡稱AST，如：自動控制（Automatic Control）、自動調節（Automatic Adjusting）、自動檢測（Automatic Detecting）、自動操作（Automatic Operation）的理論方法、實現技術，以及各種應用系統等。

    “集成自動化”（Integrated Automation）的概念有三方面的涵義：

    （1）系統“集成自動化”

    系統“集成自動化”意味著：多種“自動化系統”的集成化，如：決策支持系統、管理信息系統、辦公自動化系統等多種系統集成，組成“管理控制一體化”的“集成自動化”系統，實現系統“集成自動化”。

    （2）功能“集成自動化”

    功能“集成自動化”意味著：多種“自動化功能”的集成化，如：自動檢測、自動控制、自動操作的功能集成，組成具有多種“自動化”功能“集成化”的“自動化系統”，實現功能“集成自動化”。

    （3）技術“集成自動化”

    技術“集成自動化”意味著：多種“自動化技術”的集成化，如：數學模型、知識模型、圖論模型等多種模型的集成，建立集成化的廣義模型，構成基于集成廣義模型的技術“集成化”的“自動化系統”，實現技術“集成自動化”。

    “集成自動化”（Integrated Automation）意味著：在自動化技術集成的基礎上，進行功能集成，實現自動化系統的集成。

    當然，“集成”并不是簡單的“湊合”，實際上，“集成”是一種創新。因為，“集成化” 意味著：多學科領域的理論、方法和技術的相互滲透、相互交流、相互促進、相互結合，從而構成或產生新理論、新方法、新技術、新系統。

    2.2“集成自動化”的發展方向

    根據上述“集成自動化”的概念涵義，“集成自動化”的發展方向，如圖3所示。

                   

                               圖3 “集成自動化”的發展方向

    “集成自動化”的發展方向包括：技術“集成自動化”、功能“集成自動化”、系統“集成自動化”，如：模型方法、軟件硬件、信息媒體等技術集成，控制調節、管理調度、檢測識別、診斷維修等功能集成，測控系統、管控系統、信息系統等系統集成。隨著“集成自動化”學科的發展，“集成自動化”的科技體系將不斷擴展和細化。

    2.3“集成化”的概念涵義

    “集成化”（Integration）的概念來自集成電路，有三方面的涵義：

    （1）系統“集成化”

    系統“集成化”的概念意味著：系統體系結構的集成，如：高層管理、決策支持系統的體系結構，中層管理、管理信息系統的體系結構，基層管理、辦公自動化系統的體系結構的“集成化”。

    （2）功能“集成化”

    功能“集成化”的概念意味著：系統特性功能的集成，如：高層管理、決策支持的特性功能，中層管理、信息管理的特性功能，基層管理、辦公事務處理的特性功能的“集成化”。

    （3）技術“集成化”

    技術“集成化”的概念意味著：系統實現技術的集成，如：高層管理模型、決策支持方法的實現技術，中層管理模型、信息管理方法的實現技術，基層管理模型、辦公事務處理方法的實現技術的“集成化”。

    2.4“集成化”的開發策略

    根據上述“集成化”的概念涵義， “集成化”的開發策略如圖4所示。

                       

                        圖4 “集成化”的開發策略

    在圖4中，“集成化”的開發策略可歸納為：“通過技術集成，進行功能集成，實現系統集成”。

    （1）技術集成

    “技術集成”包括：模型集成、方法集成、媒體集成、軟件集成，硬件集成、信息集成等。例如：數學模型與知識模型的集成，優化算法與知識推理結合的廣義優化方法，多媒體人機智能接口，多庫協同軟件，機電一體化技術，多傳感器信息融合等。

    （2）功能集成

    “功能集成”包括：控制功能、調節功能、管理功能、調度功能、檢測功能、識別功能、診斷功能、維修功能┄等自動化功能的集成。例如：控制管理一體化(CMIS-Control & Management Integrated Solution )，測控綜合自動化，信息管理、決策支持、事務處理功能集成等。

    （3）系統集成

    “系統集成”意味著：在技術集成、功能集成基礎上，將測量、控制、調度、管理等，自動化小系統集成為自動化大系統。例如：測量、控制、調度、管理集成的，大型企業的計算機集成生產系統CIMS-Computer Integrated Manufacture System， 由管理信息系統MIS、辦公自動化系統OAS、決策支持系統DSS集成的，計算機管理信息系統集成等。

    3.“協調自動化”與“協調化”

    3.1“協調自動化”的概念涵義

    “協調自動化”意味著：“協調科學技術”與“自動化科學技術”相結合，研究開發各種“協調自動化”系統，實現“協調自動化”。其概念可用式（3）表示。

    CST + AST → CA （3）
    在式（3）中，
    CA（Coordinated Automation）——“協調自動化”
    CST（Coordination Science & Technology）——“協調科學技術”

    “協調科學技術”（Coordination Science & Technology ）簡稱CST，如：多變量“協調控制”（Coordinating Control）理論、大系統“協調控制”理論、人機協調（Man-Machine Coordination ）理論、協調學（Coordinatics）、社會協調學（Social-Coordinatics）、經濟協調學（Economy Coordinatics）、生態協調學（Ecology Coordinatics）等。

    AST--（Automation Science & Technology）——“自動化科學技術”

    “自動化科學技術”（Automation Science & Technology）簡稱AST，如：自動控制（Automatic Control）、自動調節（Automatic Adjusting）、自動檢測（Automatic Detecting）、自動操作（Automatic Operation）的理論方法、實現技術，以及各種應用系統等。

    “協調自動化”（Coordinated Automation）的概念有三方面的涵義：

    （1）“機機協調”自動化

    “機機協調”自動化意味著：“自動化系統”中的各種機器的相互協調，如：自動控制裝置、自動檢測儀表、自動執行機構等，各種機器的硬件、軟件之間，相互協調、實現“機機協調”自動化。

    （2）“人機協調”自動化

    “人機協調”自動化意味著：“操作人員”與“自動化系統”之間的相互協調，如：操作人員、管理人員、維修人員等，與控制裝置、檢測儀表、執行機構等，人機之間、相互協調，實現“人機協調”自動化。

    （3）“人人協調”自動化

    “機機協調”自動化意味著：在“機機協調”自動化、“人機協調”自動化的基礎上，進一步實現“人人協調”自動化。如：操作人員、管理人員、維修人員之間、相互協調、逐步實現“人人協調”自動化。

    3.2“協調自動化”的發展方向

    根據上述“協調自動化”的概念涵義，“協調自動化”的發展方向，如圖5所示。

                   

                             圖5 “協調自動化”的發展方向

    “協調自動化”的發展方向包括：機-機“協調自動化”、人-機“協調自動化”、人-人“協調自動化”，如：控制裝置、檢測儀表、執行機構等的機-機“協調自動化”，人機界面、人機通信、人機分工、人機合作等的人-機“協調自動化”，管理人員、操作人員、維修人員等的人-人“協調自動化”，隨著“協調自動化”學科的發展，“協調自動化”的科技體系將不斷擴展和細化。

    3.3“協調化”的概念涵義

    “協調化”（Coordination）的概念有三方面的涵義：

    （1）“機機協調”

    “機機協調”意味著：各種機器之間相互協調，如：控制裝置、檢測儀表、執行機構等，各種機器的硬件、軟件之間相互協調，實現機-機“協調化”。

    （2）“人機協調”

    “人機協調”意味著：“操作人員”與“機器設備”之間的相互協調，如：操作人員、管理人員、維修人員等，與控制裝置、檢測儀表、執行機構等，人機之間、相互協調，實現人-機“協調化”。

    （3）“人人協調”

    “人人協調”自動化意味著：在“機機協調”、“人機協調”的基礎上，進一步實現“人人協調”。如：操作人員、管理人員、維修人員之間相互協調，逐步實現人-人“協調化”。

    3.4“協調自動化”的開發策略

    為了實現“協調自動化”，建議采取基于“協調學”的開發策略，如圖6所示。

                       

                       圖6 “協調自動化”的開發策略

    在圖6中，

    （1）“機機協調”開發策略

    為了實現“機-機協調”，建議采取：網絡互聯、協議通信、統籌兼顧、動態平衡、全局優化的開發策略。

    （2）“人機協調”開發策略

    為了實現“人-機協調”，建議采取：雙向通信、友好交互、自然信息、智能界面、合理分工、人機協作的開發策略。

    （3）“人人協調”開發策略

    為了實現“人-人協調”，建議采取：友好協商、分工協作、平等互惠、取長補短、相互學習、和諧共處、協同發展的開發策略。

    4.“網絡自動化”與“網絡化”

    4.1“網絡自動化”的概念涵義

    “網絡自動化”意味著：“網絡科學技術”與“自動化科學技術”相結合，研究開發各種“網絡自動化”系統，實現“網絡自動化”。其概念可用式（4）表示：

    NST + AST → NA （4）
    在式（4）中：
    NA（Networking Automation）——“網絡自動化”，可分為：
    基于網絡的“網絡基自動化”（Network-based Automation），
    用于網絡的“網絡的自動化”（Network-applied Automation）
    NST（Network Science & Technology）——“網絡科學技術”

    “網絡科學技術”（Network Science & Technology）簡稱NST，如：網絡理論（Network Theory）、圖論（Graph Theory ）、互聯網（Internet、Extranet、Intranet）、物聯網（Internet of Things ）、計算機網絡、通信網絡、電視網絡、電話網絡，Web技術、計算機技術、通信技術、電視技術等。

    AST（Automatic Science & Technology）——“自動化科學技術”
    “自動化科學技術”（Automation Science & Technology）簡稱AST，如：自動控制（Automatic Control）、自動調節（Automatic Adjusting）、自動檢測（Automatic Detecting）、自動操作（Automatic Operation）的理論方法、實現技術，以及各種應用系統等。

    “網絡自動化”的概念有二方面的涵義：

    （1）“網絡基自動化”

    “網絡基自動化”（Network-based Automation）意味著：基于網絡技術、網絡環境，研究開發各種自動化系統，實現“網絡自動化”。如：基于“現場總線”（Field Bus）的現場基礎自動化系統、基于“計算機網絡”的企業多級自動化系統、基于“通信網絡”的遙控遙測自動化系統等，實現“網絡自動化”。

    （2）“網絡的自動化”

    “網絡的自動化”（Network-applied Automation）意味著：用于網絡系統、網絡環境的自動化科學技術，如：用于“互聯網”（Internet）、通信網、電視網、電話網等的，自動控制、自動檢測、自動診斷、自動搜索、自動報警、自動維修等理論方法與實現技術，實現“網絡自動化”。

    4.2“網絡自動化”的發展方向

    根據上述“網絡自動化”的概念涵義，“網絡自動化”的發展方向，如圖7所示。

              

                             圖7 “網絡自動化”的發展方向

    “網絡自動化”的發展方向分為：網絡基“自動化”、網絡的“自動化”，如：遙測自動化、遙感自動化、遙調自動化、遙控自動化等，基于網絡的 “網絡基自動化”，自動檢測網絡、自動調節網絡、自動操作網絡、自動控制網絡等，用于網絡的 “網絡的自動化”隨著“網絡自動化”學科的發展，“網絡自動化”的科技體系將不斷擴展和細化。

    4.3“網絡化”的概念涵義

    “網絡化”（Networking）的概念有二方面的涵義：

    （1）“基于網絡”

    “基于網絡”（Network-based）意味著：基于網絡科技、網絡平臺，如：網絡理論、圖論，互聯網、物聯網，計算機網絡、通信網絡、電視網絡、電話網絡，Web技術，計算機技術、通信技術、電視技術等。

    （2）“用于網絡”

    “用于網絡”（Network-applied）意味著：用于網絡系統、網絡環境，如：互聯網、物聯網，計算機網絡、通信網絡、電視網絡、電話網絡等。

    4.4“網絡自動化”的開發策略

    為了實現“網絡自動化”，可采取相應的二種開發策略，如圖8所示：

    上述“網絡化”的概念和內涵如圖4所示。

               

                               圖8 “網絡自動化”的開發策略

    在圖8中，

    （1）“基于網絡科學技術”的開發策略

    “基于網絡科學技術”的開發策略意味著：基于網絡科學技術，如：網絡理論、圖論，互聯網、物聯網，計算機網絡、通信網絡、電視網絡、電話網絡，Web技術，計算機技術、通信技術、電視技術等，研究開發各種基于網絡平臺的、遙測自動化、遙感自動化、遙調自動化、遙控自動化等自動化系統。

    （2）“基于自動化科學技術”的開發策略

    “基于自動化科學技術”的開發策略意味著：基于自動化科學技術，如：自動控制、自動調節、自動檢測、自動操作等理論方法和實現技術，研究開發各種用于網絡的自動控制網絡、自動調節網絡、自動檢測網絡、自動操作網絡等自動化網絡。

    5.“四化”發展方向與開發策略

    綜上所述，自動化科學技術及其應用系統的發展方向與開發策略，可歸納為“四化”，
                    

                  圖9 自動化科技及系統的發展方向與開發策略

    如圖9所示，自動化科學技術及應用系統的發展方向為：“四化”—“智能自動化、集成自動化、協調自動化、網絡自動化”；自動化科學技術及應用系統的發展策略為：“四化”—“智能化、集成化、協調化、網絡化”。

    當人們認識了自動化科學技術及應用系統的發展方向，并自覺地運用，也就掌握了自動化科學技術及應用系統的開發策略。

    6 結 論

    根據以上論述，筆者認為：

    （1）自動化科學技術及應用系統的發展方向可歸納為：
    “四化”—“智能自動化、集成自動化、協調自動化、網絡自動化”。

    （2）自動化科學技術及應用系統的開發策略可歸納為：
    “四化”—“智能化、集成化、協調化、網絡化”。

    參考文獻:

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