写入国际自控联白皮书！东北大学柴天佑院士团队为国际自动化发展提供“中国方案”
5月30日是全国科技工作者日。2020年，在统筹推进常态化疫情防控和经济社会发展的关键阶段，由中国科协、科技部主办的第四个“全国科技工作者日”以“科技为民，奋斗有我”为主题，以服务科技工作者为主线，聚焦科技服务经济、服务社会、服务开放合作，推出一系列特色亮点活动。
东北大学开展“育人、立德、奉献”科技工作者日主题活动，从5月30日起策划推出优秀科技工作者系列报道。
工业制造是国民经济的重要支柱，是实现发展升级的国之重器。中国制造业如何由大变强，流程工业的智能转型发展至关重要。
2017年
流程工业综合自动化国家重点实验室在信息领域32个国家重点实验室评估中排名第一。
2018年
由实验室独立完成的“生产全流程多目标优化决策与控制一体化理论及应用”获教育部自然科学一等奖。
2019年
项目带头人柴天佑院士带领唐立新、刘腾飞、杨光红、王良勇四位课题组成员，在进一步完善项目内容的基础上进军国家奖，最终“生产全流程多目标动态优化决策与控制一体化理论及应用”项目荣获2019年度国家自然科学二等奖，且课题组成员均来自同一实验室，这是一项东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室独家专属的科学大奖。
流程工业综合自动化国家重点实验室
潜心“系统” 挑战科学难题
我国是冶金、石化、建材等原材料工业和电力等能源工业的制造大国，具有世界一流的加工装备和信息化系统，但由于原矿和原料品位低、成分波动大，导致技术人员难以准确、及时地决策和操作企业的综合生产指标、加工装备的运行指标和过程控制系统的设定值，加之某些工业过程存在未知干扰、动态变化和反应机理不清等状况，一般都难以建立数学模型进行分析，传统控制技术更无法保证过程控制系统具有良好的动态特性，这就造成了生产过程中存在产品质量不稳定、能耗与物耗高等现实问题，根本无法满足高效化和绿色化的工业制造目标。
“当前仍缺乏工业生产全流程的运行优化方法。”美国工程院院士、卡耐基梅隆大学L.T.Biegler 教授对此提出论断，这是一个全球共性问题。Nature文章中也曾指出，“制造过程决策与控制过程集成是智能制造中的挑战性难题。”
面对这一科学难题，东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室从实际问题中提炼出工业过程决策与控制一体化的研究方向，将目光锁定多层次、多尺度、多冲突目标动态优化决策与控制一体化及其在工业应用中的核心基础问题。经过十多年的深入研究，取得了三项关键性突破：
1 | 率先提出了以综合生产指标优化为目标、由运行指标优化决策、工业过程运行优化控制与高动态性能控制三层结构组成的决策与控制一体化系统架构； |
2 | 率先提出了多层次、多尺度、多冲突目标的生产全流程智能优化决策算法； |
3 | 率先提出具有综合复杂性的工业过程高动态性能控制系统设计方法。这三大发现点为解决工业生产全流程的运行优化奠定了理论基础。 |
巴布亚新几内亚瑞木镍钴冶炼生产线全流程自动化系统
越南林同氧化铝生产线全流程自动化系统
越南仁基氧化铝生产线全流程自动化系统
酒钢新建选矿生产线全流程自动化系统
……
实验室研究成果先后应用于氧化铝、电熔镁砂、镍钴、赤铁矿选矿等生产全流程，显著提高了产品质量与生产效率，降低了能耗与物耗，为流程工业智能制造提供了重要的科技支撑。
专心论文
研究成果连登国际顶尖期刊
沿着东北大学建筑学馆东侧的台阶拾级而上，是流程工业综合自动化国家重点实验室，这始终精准运算着流程工业的时代理想。理论发现看似偶然，实际上离不开实验室长期的研究积累。
“实验室晚上9点时工作人员的数量之多令人吃惊，在研究经费和科技获奖方面取得的成绩令人赞叹，柴天佑取得的成就在国际自动化领域不可比拟。”2015 年，IEEE控制系统协会前主席Maria Elena Valcher教授对实验室进行访问时如此评价。
Maria Elena Valcher教授与柴天佑院士
2018年，现任主席Francesco Bullo教授再次来访时作出了同样评价：“流程工业综合自动化国家重点实验室是一个真正独一无二且令人敬佩的研究中心，聚焦复杂工业过程自动化与绿色化方向上的控制科学与技术转化。”
Francesco Bullo教授参观实验室
国家自然科学奖是在一个领域长期积累、原始创新的结果，光鲜亮丽的背后是实验室每一个人十多年艰辛而不懈的付出。有时一个实验重复几十遍，有时一篇论文修改上百遍，无数次开到接近凌晨的研讨会，这一切让实验室每一个人都认识到任何成绩的取得都没有捷径可走，都需要付出加倍的汗水和努力，都需要高度的专注和漫长的淬火。
一路拼搏赢得一路凯歌！经多年积淀，实验室将科学前沿探索研究中取得的系统性原创成果总结凝练，撰写为高水平科研论文，在国际舞台大放异彩。实验室率先在国际自动化领域权威期刊上发表多篇学术论文：
在国际控制领域重要成果综述的IFAC会刊Annual Review in Control上发表了运行优化反馈控制领域文章；
在国际控制领域顶级期刊Automatica以长文发表动态优化研究成果；
在IEEE Transactions on Automation Science and Engineering上发表生产全流程优化控制领域文章；
在IEEE Transactions on Evolutionary Computation上发表综合生产指标优化决策领域文章；
在IEEE Transactions on Automation Science and Engineering上发表全流程生产指标优化决策领域文章；
在IEEE Transactions on Neural Networks上发表全流程生产指标预报领域文章……
实验室还以项目为依托在IEEE汇刊和IFAC会刊发表论文百余篇，其中，4篇论文在重要国际期刊与重要国际会议获奖，4篇论文在国内自动化领域顶级期刊获奖。
柴天佑先后在美英加日等国举办的IEEE和IFAC系列国际会议上作大会特邀报告17次。这一项目成果的研究方向更被写入国际自控联(IFAC)引领未来自动化发展方向白皮书《Systems & Control for the Future of Humanity》，作为未来国际自动化发展方向之一。实验室的原始理论创新在国际控制领域树起了“中国智造”的一面旗帜。
攀登科学高峰，永无止境。近年来，随着移动互联网、云计算和人工智能技术的发展，工业过程决策与控制可利用的信息也越来越多，如何进一步发展生产全流程优化决策与控制一体化理论和方法，满足智能制造的新需求，成为研究团队正在攀登的山峰。
“需要将建模、控制、优化与人工智能技术相结合，充分利用复杂生产制造流程的物理资源，开展在频繁干扰等动态环境下复杂生产全流程智能优化决策与智能自主控制一体化理论与方法的研究，为发明具有自主知识产权的复杂生产全流程运行优化控制核心技术打下坚实的理论基础。”柴天佑将带领团队将继续探秘工业人工智能的未抵之境。
文字 | 段亚巍
编辑 | 赵芷莹
责编 | 段亚巍 孙一婷
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