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立足复杂系统智能科研一线 开展智能化理论技术研究及应用实践——中国科学院自动化研究所熊刚研究员

2020-09-21

 

交通、生产等各类复杂系统同时涉及工程复杂性和社会复杂性两个方面。目前,绝大多数交通和生产重大事故主要是由人为或社会因素造成的,因此亟需研究同时考虑工程要素和社会要素的复杂系统智能建模和控制方法。
中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室研究员和博士生导师、中国科学院云计算中心副主任、北京市智能化技术与系统工程技术研究中心常务副主任熊刚博士,主要从事智能控制与管理、云计算和大数据、物联网、智能制造和智能交通等领域的复杂系统智能理论技术研究和应用实践工作。他坚持理论技术研究和工程应用两方面并重,将复杂系统智能控制研究推向新的发展阶段。
 
1 奋战在复杂系统智能科研一线,硕果累累
熊刚坚持工作在复杂系统智能科技创新、产业应用、人才培养一线20多年。1994年,在国际上率先研究“流程工业综合自动化CIPS”理论技术,并为上海高桥炼油厂研制出基于数学和专家系统方法的“酮苯脱钠”优化控制系统,溶剂回收率大于99.9%,能耗降低5%;带领团队参与国电集团物资管理系统的设计研发,并成功应用到100多家发电厂,实现了“零库存”;带领团队设计研发的石化生产平行系统,10年累计为中国石化茂名分公司和齐鲁分公司新增利润20多亿元;承担并完成国家自然科学基金重点项目“复杂系统平行控制基础理论及典型应用”(图1)等多项国家和地方科技项目,在“平行系统”(类似于并早于“数字孪生”)方向取得了骄人的科研成绩;带领团队自主设计研发了“城市交通平行系统PtMS”,包括高清摄像机、交通信号控制器、交通管控平台、道路交通PtMS、公共交通PtMS和无人驾驶等,先后成功应用到苏州、广州和青岛等10多个城市,提高道路通行能力25%、车速10%以上,成为国家“推进‘互联网+’便捷交通”的核心内容;带领团队设计研发的孵化器大数据服务及预警平台,为广东数百个孵化器和6万多家在孵企业提供服务。共建多个企业联合实验室,助力企业上市,服务企业10多家,每年新增产值数亿元;培养博士研究生、硕士研究生和实习生30余人,培养的学生成功创立独角兽企业——北京钢铁侠科技有限公司;在欧美工作期间,带领团队为芬兰诺基亚手机和美国雪佛龙炼油全球业务设计并研发出生产管控集成智能解决方案,实现了订单额从1到数亿级的定制生产,减少了生产和库存中的各种浪费。
 
2 积极推动复杂系统智能化理论技术的产学研合作
熊刚及所在团队积极推进复杂系统智能化理论技术成果在智能制造和智能交通等行业应用。其中,乙烯生产平行系统在茂名乙烯、齐鲁石化胜利炼油厂和乙烯厂得到成功应用;集团物资管理系统在中国国电集团公司得到成功应用;电子制造平行系统在东莞凯恩得到应用;道路交通平行系统在苏州、济南、滨州、青岛等地先后得到成功应用;公共交通和BRT平行系统、高速路视频监控平台在广州等地得到成功应用;轨道交通视频监控和平行系统在苏州得到应用。同时,他积极参与建设自动化所东莞研究院,用自主创新科技成果服务地方经济和企业发展。
2.1 智能制造
熊刚自从到中国科学院自动化研究所工作,就担任茂名石化项目“乙烯生产平行管控系统”副组长和总设计师,组建并带领20余人的系统研发组,率先采用平行系统闭环控制方法与茂名乙烯长周期先进管理经验,以管理制度为主线,将人力资源管理和生产运作管理紧密结合,实现智能+集成的控制与管理,提出的技术路线保证了平行系统的顺利开发和成功应用。系统稳定运行至今10余年,提高了员工积极性和操作技能、提升了车间管理水平,每年为企业新增利润1.2亿元左右。该创新成果将平行系统、信息技术成功应用于生产管理,整体技术水平较高,具有广泛的推广价值,并获得中国石油和化工自动化行业科学技术奖一等奖,随后在齐鲁石化多个车间和工厂成功推广应用(图2)。
2.2 智能交通
在担任国家973计划项目“大城市交通拥堵瓶颈的基础科学问题研究”副组长和平行交通管理系统总设计师期间,熊刚带领团队自主设计研发了“城市交通平行系统PtMS”,该系统包括高清摄像机、交通信号控制器、交通管控平台、道路交通PtMS、公共交通PtMS和无人驾驶等,先后成功应用到苏州、广州和青岛等10多个城市,提高道路通行能力25%、车速10%以上,成为国家“推进‘互联网+’便捷交通”的核心内容。
熊刚作为项目组长和总设计师承担了广州市公共交通平行管理系统的研发工作,该系统在亚运会前夕上线运行至今,与智能公交监控调度系统无缝接驳,实现对广州市600多条线路8 000多台公交车以及400多台中小巴平均每天13万条发班班次的实时监控。公交车平均车速从17.96公里/小时提高到20.10公里/小时。获用户单位如下评价:“应用表明,基于ACP(人工系统、计算实验、平行执行)的平行交通控制与管理方法……,实现了城市交通控制管理思想方法的重大突破”(图3)。
2.3 科技服务地方经济
2.3.1 参与建设自动化所东莞研究院
中国科学院云计算中心下属自动化所东莞研究院,由东莞市政府和中国科学院自动化研究所共建,熊刚参与建设至今(图4)。自动化所东莞研究院重点围绕东莞市、珠三角地区乃至全国在云计算领域的科技需求,结合自动化所已有的科技创新成果,充分利用各种资源,开展产学研合作,促进产业前沿技术创新、系统集成创新、工程化研发和科技成果转移转化。依据在复杂系统管控方面独创的ACP方法和具有国际领跑技术优势的平行系统,在交通管控、企业管控等方面已取得了多个成功应用。熊刚承担或参与国家、广东和东莞的各类科技项目10余项,研制新产品6个。负责研发的“面向孵化器行业的大数据服务及信息预警平台”为广东省数百个孵化器和6万多家在孵企业提供信息服务。
2.3.2 积极服务地方企业,创建多家企业联合实验室
熊刚团队和深圳市佳信捷电子有限公司共建“物联云智能监控联合实验室”,每年增加产值5 000万元,直接助力佳信捷在新三板上市。团队和东莞市凯恩电子科技有限公司共建“智能温控产品与平行管控系统联合实验室”,针对电气防火、企业流程优化、生产自动化应用为凯恩科技提供系统解决方案。双方合作成果获得“邮储银行”杯广东省创业创富大赛总决赛金奖。此外,与深圳市奥创科技有限公司共建“车信云数据联合实验室”,与深圳市嘉泰科电子科技有限公司共建“物联云智能电子应用联合实验室”。熊刚团队通过与企业共建联合实验室服务企业10多家(图5),每年新增产值数亿元。
同时,熊刚团队与芬兰阿尔托大学Timo教授团队保持长期稳定的合作,共同承担多项芬兰和中国资助的国际科技合作项目,在技术创新、产业育成和人才培养等方面开展国际合作。