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张光新:自动化,无处不在

发布时间:2015-04-28来源:浙大新闻办作者:陆兴华浏览次数:108580


    今天,我首先介绍一下自动化或者控制的含义是什么。通俗一点讲,自动化或者控制就是针对特定的问题或任务设计一个“系统”,让这个系统按照人们的意愿予以实施,代替人来达到某种目的的过程。人们生活中有很多自动化的设备,如自动调节温度的空调,自动加热烹饪的电饭煲,也包括自动调节亮度的手机屏幕等等。与工业自动化或工业控制相关的例子更是举不胜举,比如各类流水生产线的自动控制,石油、化工、食品、制药生产过程的自动控制,各类机器人智能体的控制等等。
    
    其实每一个人的成长过程也是一个调节、塑造的过程。我们每个人都有自己的理想和人生目标,还要有朝着理想目标去努力奋斗的源动力,并要让你的努力配得上你伟大的理想,更重要的是还需要根据自身的情况和环境条件不断地去“反馈”修正自身的行为和努力方向。当然,一个人能够很好地成长,一定需要有正确的人生观、价值观,需要遵守国家法律和社会规范,如果用控制的术语来讲就是“约束”。可见,一个人的成长过程归根结底就是一种“控制”过程。
    
    我们再来看一些社会问题。例如,人口问题、环境问题、经济问题、能源问题等等,要解决这些社会问题,关键在于对相关的社会力量和资源在相应的社会约束下进行综合平衡,其本质也是一种控制过程。我们从这三方面的例子可以看出来,不管是工业的、社会的,包括一个人的成长过程,把它从本质上来看都可以归结为控制问题。
    
    我们自动控制的作用是什么呢?就以工业自动化为例,我觉得可以归纳为四个方面。第一个方面是保障作用。自动化技术的基本作用就是保障工业生产所需的基本条件和要求,尽可能减少实际的状态与目标需求之间的偏差,降低外界干扰对生产质量、效率等产生的负面影响。第二个方面是促进作用。自动化技术正是促进工业对象向大规模化、高可靠性、高适应性、高安全性和高效化方向发展的必要基础。第三个方面是驱动作用。大家知道,两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合,目标是以工业化促进信息化、以信息化带动工业化,走可持续发展的新型工业化道路。那信息化如何带动工业化呢?其核心问题在于运用“信息化”对工业过程实现更好的“控制”与“优化”,“自动化”就是实现这种转变的重要推手。第四个方面是引领作用。大家应该经常能听到德国的工业4.0、美国的再工业化战略,以及我国提出的互联网+、知识自动化、中国制造2025等等名词或概念,在所有这些重大的战略工程里面,其核心内容就是面向未来工业发展,提高智能或智慧水平,本质上仍然还是一个自动化的问题。
    
    通俗地讲,自动化或者控制就是把人脑的认知、学习、评价、决策和指挥行为进行条理化、精细化、专业化和系统化的实现,目标是实现对象行为的稳定、鲁棒(强适应性)和最优。不难想象,各行各业里面都蕴含着自动化问题,因此自动控制系统常被誉之为“大脑和神经中枢”。相比而言,自动化专业更通识、口径更宽,更有系统的全局观点以及更强的多学科交叉性。可见,自动化技术是一门非常实用的学问,它与工学、农学、理学、社科、医学等都有紧密的关联性。
    
    自动化,无处不在!
    
    自动化专业 办学历史悠久,底蕴积淀深厚
    
    
浙江大学控制科学与工程学系(简称,控制系)的前身始建于1956年,是我国最早的自动化专业之一。初期,主要针对化工领域开展教学研究工作,故称为化工自动化专业,隶属于浙江大学化学工程学系。到了上世纪80年代末期到90年代这段时间,自动化学科发展非常快,我们的应用背景已经远远超越了化工领域。于是在1997年,从化工系独立出来成立了控制系。2009年,成为院级系。
    
    浙江大学控制现有教职工120多人,拥有自动化本科专业和控制科学与工程国家一级重点学科,现建有工业控制技术、智能系统与控制、自动化仪表三个研究所,拥有工业控制技术国家重点实验室、工业自动化国家工程研究中心、工业控制系统安全技术国家工程实验室等三个国家级研究平台和浙江省工业自动化工程服务中心、教育部B类实验室二个省部级平台。
    
    学科发展 紧扣科学前沿,服务国家战略
    

    归纳起来,浙江大学控制学科主要有四方面的特点。
    
    第一,立足基础研究。控制学科一直致力于控制理论、网络系统、大数据、智能工厂、智能制造、智能电网、信息物理系统等领域提炼科学思想,凝炼有价值的控制科学问题,获得了一系列具有国际影响力,且与国家重大需求相适应的原创性成果。相关成果在Automatica、IEEE汇刊、ACM汇刊、SIAM等国际权威期刊上发表,近年来共有20余篇论文入选ESI前1%高被引论文,并在国内外获得了多个重要的学术奖项。
    
    第二,以服务国家战略需求与国民经济为己任。作为一个典型的工程学科,控制学科的学科价值不仅体现于原创性基础理论、知识的发现,还体现在解决国家战略需求和服务国民经济发展的能力和水平上。近年来,浙江大学控制学科立足基础研究、紧扣学科前沿,更重要的是强调基础研究与工程技术创新及应用的有机结合和协同发展,取得了非常出色的成就。为此,在最近一次的评估中,工业自动化国家工程研究中心和工业控制技术国家重点实验室双双被评为优秀,前者被授予“重大成就奖”,后者被评估专家认为“对推动我国自动化技术的发展具有不可替代的作用”。此外,控制学科借助强大的学科基础和优势,还在智能制造、智能工厂、机器人、大数据、知识自动化等一些战略新兴领域或方向上不断开拓发展。
    
    第三,引领产学研协同创新发展。国内自动化领域有几个很有影响力的公司,例如浙江中控、浙大优稳,他们都跟浙大控制学科有着非常深的渊源,是我们学科产业化的重要基地,在我国装备自动化方面取得了非常巨大的成就,改变了我国自动化装备严重依赖进口的局面。目前我国具有完全自主知识产权的、具有高可靠性、高适应性、高安全性的各型高端控制装备已经完全和国外同类产品相抗衡。
    
    第四,技术与标准的结合。技术与标准的结合是控制学科的又一大特色。近年来,浙大控制学科领衔制定了我国在自动化领域的第一个现场总线的国际标准,该标准被纳入到德国和欧盟的相关标准之中。这种从理论、技术、装备再到标准的协同创新发展模式,也为我国工业自动化的安全、健康发展提供了最根本的保障。
    
    人才培养 知识能力并行,德行素养齐塑
    
    
人才培养,一直是我系倍受重视的工作。近年来,控制系的人才培养规模相对稳定,每年招收约130名本科生、约120名硕士研究生和约40名博士研究生。围绕“知行合一、学养兼修”的培养理念,我们主要从知识、能力和素养三个方面促进学生的发展。
    
    首先,自动化专业结合学科发展,建立了一套“宽专结合”的知识体系。通过学习数理知识、电工电子等基础理论与技术,学习自控原理、传感与检测、控制工程、智能控制与系统、计算机及网络通信、计算机控制、信息化、机器人、系统工程等自动化专业相关的基本理论、知识和技术,培养学生的系统观念,奠定自动控制系统的分析与设计、研究与开发、集成与运行、管理与决策等方面的基础知识和能力,使学生具备在过程控制、电气控制、运动控制、离散控制、工业信息化、智能制造、知识自动化等领域进行科学研究、知识创新、技术转化与工程管理等方面的综合能力。
    
    作为一个典型的工科专业,强调培养知行合一的实践创新能力是另一个非常核心的任务和目标。为此,我们建立了五个维度的能力培养体系。
    
    第一是基础实验环节。该环节的主要是开展验证性实验,促进对自动化专业知识的理解,并以此为基础开展探究性、创新性实验。
    
    第二是课内外结合。控制系鼓励每位学生在校期间参与SRTP(大学生科研训练计划)、省创、国创及学系自主设立的以目标为导向的各种科研训练项目,其目的在于强调知识与应用的结合,培养学生开展科学研究的意识、能力和习惯。
    
    第三是学科内外结合,这是控制系的一个专业特色。控制系鼓励学生积极参加各种全国性、国际性的学科竞赛,通常学科竞赛涉及多学科交叉的命题,通过学科竞赛,可以很好地提升交叉型的综合素质。以机器人竞赛为例,它涉及控制、机械、电子、能源等诸多学科。近年来,在控制系金牌指导教师熊蓉教授的带领下,浙大学子屡屡在顶级的机器人国际比赛中问鼎冠军。
    
    第四是校内外结合。这个主要是到企业实习,让大家在掌握课程知识的基础上,直观感受企业的技术需求和水平。
    
    第五是国内外结合。国内外结合主要指对外交流,其主要目的是开拓学生的视野。目前控制系对外交流主要有两种形式:一是设立支持基金鼓励学生走到国外去;二是让国外的学生走到浙大控制系来,跟我们的学生一起交流。例如,控制系与瑞典的隆德大学有着多年的合作关系,每年会有20多个瑞典的本科生、30多个硕士生来到杭州,与我们的学生一起组建“混合班”,由双方教授共同为他们开课,收效甚好。
    
    第三个方面是打造“学养兼修”的控制文化,提升学生综合素养。现在的年轻人各方面能力、基础和自信心都非常好,但是普遍的问题是以自我为中心,责任、担当不足。目前,除了校设奖学金外,控制系设立了包括春晖奖(助)学金、中控奖学金、仁爱奖(助)学金、E+H奖学金、菲尼克斯奖学金、四方电气奖学金等系设奖学金,从奖助体系上突出对学生综合素养的要求。我们希望通过我们的努力,结合社会责任、身心健康、人文修养、审美情趣、适应能力、职业发展等方面的教育,引领学生成长。
    
    控天下智慧 制完美人生
    

    这几年,控制系优秀学子不断涌现,六年里面有5位本科生获得竺可桢奖学金(这是浙江大学的学生最高荣誉),有2位本科生获得浙江大学十佳大学生,本科生的综合深造率高达70-85%。控制学子在各类全国性、国际性学科竞赛中屡屡摘金夺银。例如以浙大本科生为主体开发的足球机器人于2013年在MIT的RoboCup国际足球机器人比赛中,点球制胜打败了传统强队美国卡耐基梅隆大学的参赛队伍,获得桂冠;2014年,我们新一批的本科生用实力再次2:0成功卫冕。
    
    浙江大学自动化专业是一个历史悠久、积淀深厚的工科专业。培养优秀人才、服务国家战略、引领科技发展是我们的使命。理论与应用相辅相承、方法与技术齐头并进、软件与硬件有机结合,培养“知行合一,学养兼修”的高水平自动化专业人才,特别是让每一位学生都鲜活地成长起来则是我们不懈努力的目标。
    
    (根据张光新教授在“我听教授说专业”讲座录音整理。录音整理:陆兴华)