從自動化到智能化

2026-04-15 19:06:27

　　郭朝暉

　　探討自動化、數字化與智能化的區別與聯係，要從上世紀40年代談起。隨著人類曆史上第一台電子計算機誕生，也產生了信息論、控製論等彪炳史冊的偉大理論。

　　自動化：

　　本質是感知、決策和執行的統一

　　自動化的理論基礎是控製論。控製論誕生時，控製論之父維納思考了這樣一個問題：機器和人（動物）到底有什麼區別？維納認為，機器一般隻能按既定的步驟和邏輯運行，而人（動物）則能夠通過信息感知到外部變化，並根據這些信息進行決策、采取行動。同樣，自動化係統一般由傳感器、控製器和控製對象構成，分別用於獲得信息、決策和執行。因而，“感知、決策和執行的統一”可以看作是自動化的本質。

　　控kong製zhi論lun的de產chan生sheng有you個ge重zhong要yao的de技ji術shu背bei景jing，即ji弱ruo電dian技ji術shu的de產chan生sheng和he應ying用yong。強qiang電dian一yi般ban是shi用yong來lai提ti供gong能neng量liang的de，弱ruo電dian則ze與yu信xin息xi技ji術shu有you關guan。傳chuan感gan器qi測ce得de的de弱ruo電dian信xin號hao用yong來lai表biao示shi信xin息xi，控kong製zhi器qi用yong弱ruo電dian進jin行xing計ji算suan和he決jue策ce，同tong時shi，弱ruo電dian又you可ke以yi通tong過guo控kong製zhi強qiang電dian係xi統tong帶dai動dong控kong製zhi器qi的de運yun行xing。這zhe樣yang，利li用yong“電”這一技術手段，打通信息和物理世界，把信息世界的感知、決策和物理世界的執行統一起來，可以解決一般性的控製問題。

　　傳感器獲得的信號一般是模擬信號，即連續變化的信號。控製理論產生之初，控製器主要由電阻、電感、電容等電子元件搭建而成，可以直接處理模擬信號。與模擬量相對應的是數字量，一般是指用0、1二進製表示的數據，計算機存儲和處理的數據、互聯網傳輸的數據便屬於此類。通過數模、模數轉化，數字化信息和模擬信息可以相互轉化。

　　傳(chuan)統(tong)自(zi)動(dong)化(hua)技(ji)術(shu)取(qu)得(de)了(le)巨(ju)大(da)的(de)成(cheng)功(gong)，但(dan)也(ye)有(you)其(qi)局(ju)限(xian)性(xing)。比(bi)如(ru)，經(jing)典(dian)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)往(wang)往(wang)隻(zhi)是(shi)針(zhen)對(dui)那(na)些(xie)能(neng)用(yong)線(xian)性(xing)常(chang)微(wei)分(fen)方(fang)程(cheng)組(zu)描(miao)述(shu)的(de)物(wu)理(li)對(dui)象(xiang)，而(er)許(xu)多(duo)物(wu)理(li)係(xi)統(tong)不(bu)能(neng)用(yong)這(zhe)類(lei)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)描(miao)述(shu)。另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)局(ju)限(xian)是(shi)，自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)往(wang)往(wang)隻(zhi)能(neng)針(zhen)對(dui)結(jie)構(gou)和(he)運(yun)行(xing)邏(luo)輯(ji)不(bu)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)的(de)控(kong)製(zhi)對(dui)象(xiang)，如(ru)單(dan)台(tai)設(she)備(bei)、閥門這樣的小係統，這類其係統的結構和運行邏輯穩定是一種常態；而針對工廠這樣的大係統，卻難免出現某些設備故障、生產異常。對於上述問題，數字化方法具有巨大的威力。

　　數字化：

　　推進關鍵在於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。利用計算機，人們有能力描述任何數學公式、物理對象以及生產和業務過程，工廠裏的人、機、料等所有要素，都可以在數字化空間中加以描述。過去，受存儲、處理能力的限製，這種能力無法充分釋放。隨著摩爾定律的延續，互聯網、雲計算、大da數shu據ju等deng技ji術shu的de產chan生sheng，人ren們men有you能neng力li在zai數shu字zi化hua的de虛xu擬ni世shi界jie中zhong完wan整zheng描miao述shu製zhi造zao企qi業ye的de各ge種zhong業ye務wu活huo動dong，並bing通tong過guo這zhe個ge虛xu擬ni世shi界jie管guan理li和he控kong製zhi物wu理li世shi界jie。

　　其次，計算機和網絡係統可以幫助人類進行決策。無法實現自動控製時，一般需要人類專家（如調度人員、管理人員）進行處理。這時，這些係統能夠幫助管理者獲得信息、分析問題並傳送指令，讓人類能夠更好地決策。從控製論的角度看，人類專家本質上是充當了一個“控製器”的角色。

　　製造企業的計算機係統往往是分級的。鋼鐵企業最常見的做法是分成4級——L1~L4。其中，針對閥門、設備級係統進行控製的L1、L2係統一般被稱為自動化係統；針對車間和工廠的L3、L4係統一般被稱為“信息化係統”或者“管理計算機”。容(rong)易(yi)發(fa)現(xian)，層(ceng)級(ji)低(di)的(de)係(xi)統(tong)往(wang)往(wang)反(fan)應(ying)速(su)度(du)快(kuai)但(dan)管(guan)控(kong)範(fan)圍(wei)小(xiao)，層(ceng)級(ji)高(gao)的(de)係(xi)統(tong)反(fan)應(ying)速(su)度(du)慢(man)但(dan)管(guan)控(kong)範(fan)圍(wei)大(da)。同(tong)時(shi)，低(di)層(ceng)級(ji)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)比(bi)例(li)高(gao)，高(gao)層(ceng)級(ji)計(ji)算(suan)機(ji)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)比(bi)例(li)低(di)。這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)表(biao)明(ming)，對(dui)計(ji)算(suan)機(ji)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo)，反(fan)應(ying)速(su)度(du)快(kuai)、自動化程度高與管理範圍大是矛盾的。

　　這種矛盾，對鋼廠的管控是不利的。在鋼廠裏，能源、環保、質量、生產組織往往都會涉及多個部門和工序，屬於大係統的問題。一個環節出現問題，往往需要大家協調解決。殷瑞鈺院士經常說：“鋼鐵企業是典型的耗散係統。”如果問題處理得不及時，就可能導致能耗的增加、質量和生產效率的下降。然而，生產現場關鍵信息的出現是秒級、毫秒級的，而跨工序、跨部門的協調可能會耽誤幾個小時乃至幾天。比如，連鑄過程瞬間發生的問題，可能在幾天後引發冷軋產品的質量缺陷。

　　在傳統的計算機係統架構下，這類矛盾難以全麵地解決，因為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序、跨部門的大係統協同問題。這樣的問題，需要在智能化時代，用數字化方法加以解決。

　　智能化：

　　管理與控製的深度融合

　　GE（通用電氣公司）工業互聯網白皮書指出，工業互聯網有3個要素：智能的機器、gaojisuanfahegongzuozhongderen。qizhong，zhinengjiqijiushinenggoujieshoushuzihuazhilingbingfasongxiangguanzhuangtaideshebeihuozhechuanganqi，shishujudeyuantou。keyishexiang，zaigangchangzheyangdedaqiyezhong，chuanganqideshujuchengqianshangwan，renleishichulibuguolaide。weici，gaojisuanfakeyixiangrendemishuyiyang，congfuzadeshishishujuzhong，zhaochunaxiexuyaorenleiguanzhuhechulidewenti，zaijiaogei“工作中的人”來處理。這樣，需要人類處理的問題是經過挑選的，實時性並不是特別強，故而人類有能力處理這些問題。

　　事shi實shi上shang，如ru果guo工gong廠chang發fa生sheng的de問wen題ti是shi常chang見jian的de，還hai可ke以yi把ba人ren類lei專zhuan家jia處chu理li問wen題ti的de邏luo輯ji和he方fang法fa變bian成cheng計ji算suan機ji代dai碼ma，讓rang機ji器qi按an照zhao人ren類lei的de想xiang法fa進jin行xing決jue策ce，即ji所suo謂wei的de“人智變機智”。這樣就可以進一步減少人類處理問題的負荷、提高決策的自動化水平——這其實就是智能化了。

　　對此，人們經常存在的疑問是：zhezhongzuofadejiazhihezai？zhezhongzuofadezhongyaoyiyi，zaiyutigaoqiyedeguanlishuiping。womenzhidao，zhiyaoshirenleicanyudegongzuo，wangwangdouhuicunzaiguanliwenti。zaiwoguo，suowei“技術水平低”，實shi質zhi上shang往wang往wang是shi管guan理li或huo者zhe人ren員yuan操cao作zuo的de問wen題ti。在zai某mou些xie鋼gang鐵tie企qi業ye，管guan理li問wen題ti所suo導dao致zhi的de成cheng本ben損sun失shi遠yuan遠yuan超chao過guo企qi業ye的de利li潤run。涉she及ji到dao個ge人ren和he部bu門men利li益yi時shi，管guan理li會hui變bian得de非fei常chang困kun難nan，因yin為wei管guan理li問wen題ti經jing常chang被bei有you意yi地di隱yin藏zang起qi來lai；涉及到多個部門的協同和共享時，傳統的管理方法往往又難以迅速解決問題。

　　然而，利用上述數字化、網絡化的手段，很多人類的決策工作可以交給機器去做，或者在機器的幫助和“監督”下去做。從這種意義上講，傳感器的信息不僅可以用來描述設備狀態、工藝情況，還可以用來反映人的工作狀態，它們就像管理者在生產過程中的“眼睛”，能為管理者賦能；對dui現xian場chang的de操cao作zuo者zhe來lai說shuo，還hai可ke以yi通tong過guo數shu字zi化hua的de手shou段duan直zhi接jie認ren識shi到dao操cao作zuo對dui經jing營ying管guan理li的de影ying響xiang。比bi如ru，煤mei氣qi供gong應ying不bu足zu時shi，次ci要yao工gong序xu的de生sheng產chan可ke能neng不bu利li於yu企qi業ye的de整zheng體ti利li益yi。這zhe些xie辦ban法fa都dou有you助zhu於yu實shi現xian企qi業ye整zheng體ti利li益yi的de最zui大da化hua。

　　寶鋼原首任技術副廠長何麟生先生說，鞍鋼憲法要求“管理者參加勞動、工人參加管理”。zaiguoqudejishutiaojianxia，zheyidianhennanzuodao。raner，dangqianjiezhushuzihuashouduan，guanlizhenengkandejianxianchang，gongrenyenenglijieguanlizhe，shangshuyaoqiujiuhenrongyishixianle。

　　從某種意義上講，智能化是管理和控製的融合、自動化係統和信息係統的融合。從控製論的角度看，傳統的自動化、信息化和智能化，都是“感知、決策和執行”的統一。但是，自動化往往針對實時性強的小係統，決策是自動的；信息化往往針對實時性弱的大係統，決策者是人；而智能化往往是針對實時性強的大係統，決策是人機的融合。換個角度講，也就是許多原來由人負責的管理和決策問題實現了自動化、半自動化。

　　事實上，類似的想法很早就出現了。寶鋼建廠之初推動的“數據不落地”就包含了類似的思想，計算機集成製造係統（CIMS）的思想也與之類似。但是，當時的技術條件讓這些想法很難落地。摩爾定律的延續，才造就了今天的機會。

　　此外，在推進智能化的過程中，往往還涉及到組織流程的重構、商shang業ye模mo式shi的de創chuang新xin，甚shen至zhi還hai需xu要yao對dui物wu理li設she備bei和he生sheng產chan流liu程cheng進jin行xing係xi統tong性xing的de優you化hua。從cong這zhe種zhong意yi義yi上shang講jiang，自zi動dong化hua往wang往wang是shi相xiang對dui單dan純chun的de技ji術shu問wen題ti，而er智zhi能neng化hua的de關guan鍵jian卻que可ke能neng是shi管guan理li問wen題ti甚shen至zhi戰zhan略lve決jue策ce問wen題ti。

　　《中國冶金報》（2020年07月29日 04版四版）

來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯：宋玉錚

下一篇：河鋼唐鋼不鏽鋼公司自主研發的智能點檢係統...

版權說明

【1】凡本網注明"來源：中國冶金報—中國鋼鐵新聞網"的所有作品，版權均屬於中國鋼鐵新聞網。媒體轉載、摘編本網所刊作品時，需經書麵授權。轉載時需注明來源於《中國冶金報—中國鋼鐵新聞網》及作者姓名。違反上述聲明者，本網將追究其相關法律責任。
【2】凡本網注明"來源：XXX（非中國鋼鐵新聞網）"的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在於傳遞更多信息，並不代表本網讚同其觀點，不構成投資建議。
【3】如果您對新聞發表評論，請遵守國家相關法律、法規，尊重網上道德，並承擔一切因您的行為而直接或間接引起的法律責任。
【4】如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯係的。電話：010—010-64411649