淺析信息物理融合的自動(dòng)化新手段

陳東源

摘 要：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，我們?nèi)祟?lèi)已經(jīng)逐步慢慢地向智能時(shí)代邁進(jìn)，我們的生活也將逐漸被各種智能化設(shè)備包圍，而在智能設(shè)備的產(chǎn)生離不開(kāi)自動(dòng)化技術(shù)的支持。那么，自動(dòng)化技術(shù)在智能時(shí)代都發(fā)揮著什么樣的作用呢？今天我們就來(lái)淺析信息物理融合的自動(dòng)化新手段。本文首先概述了自動(dòng)化技術(shù)及其發(fā)展歷程，接著分析了自動(dòng)化技術(shù)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，最后探討了信息物理融合的新手段，包括什么是信息物理的融合、信息物理融合的作用、信息物理融合的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;物理;信息;信息物理融合

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）04-0251-02

0 引言

2018年，亞馬遜創(chuàng)始人杰夫 貝索斯和波士頓動(dòng)力機(jī)器狗一起散步的一張照片引起了眾多關(guān)注機(jī)器學(xué)習(xí)、家庭自動(dòng)化、機(jī)器人和太空探索的人的關(guān)注，同時(shí)，波士頓動(dòng)力雙足機(jī)器人也能像人一樣在野外不可控的環(huán)境下跑步跳躍，還能完成后空翻、旋轉(zhuǎn)等一連串的動(dòng)作，更神奇的是動(dòng)作完成了之后還能站穩(wěn)，如同體操運(yùn)動(dòng)員，這著實(shí)是驚艷了世人。由此可知，我們?nèi)祟?lèi)已經(jīng)逐步開(kāi)始進(jìn)入到了智能時(shí)代，我們的生活也將逐漸被各種智能化設(shè)備包圍。智能家電、智能機(jī)器人等智能設(shè)備，都離不開(kāi)自動(dòng)化技術(shù)的使用，自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)也將會(huì)遇到更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

1 自動(dòng)化技術(shù)及其發(fā)展歷程

1.1 自動(dòng)化技術(shù)

在學(xué)術(shù)領(lǐng)域中，自動(dòng)化技術(shù)和學(xué)科中專(zhuān)業(yè)的術(shù)語(yǔ)一樣，它代表著一種專(zhuān)業(yè)技術(shù)，同時(shí)，在技術(shù)領(lǐng)域中，它是一門(mén)多學(xué)科綜合型的技術(shù)，而在實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，它是一門(mén)主要被應(yīng)用于機(jī)電一體化、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)機(jī)器人等方面的技術(shù)，同時(shí)與計(jì)算機(jī)、傳感器和系統(tǒng)工程都息息相關(guān)。

它目前被使用最多的是應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化方面，具體應(yīng)用的場(chǎng)景例如門(mén)禁系統(tǒng)，其中比較容易讓人注意到的是車(chē)輛門(mén)禁。以前車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)庫(kù)，需要先辦理一張停車(chē)卡，進(jìn)入車(chē)庫(kù)之前刷停車(chē)卡，同時(shí)保安還得一個(gè)個(gè)進(jìn)行登記，出了車(chē)庫(kù)之后再刷一次，保安再登記一次。開(kāi)車(chē)人員一下車(chē)一刷卡再一上車(chē)，無(wú)形中浪費(fèi)了許多時(shí)間，而且有時(shí)候卡用時(shí)過(guò)長(zhǎng)，芯片磁條無(wú)法被讀取，耽誤的時(shí)間就無(wú)法預(yù)估。而車(chē)輛門(mén)禁系統(tǒng)的使用，則很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。無(wú)論是進(jìn)入車(chē)庫(kù)之前還是出車(chē)庫(kù)時(shí)，無(wú)論有沒(méi)有保安人員在一旁看守，所有的記錄都在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行信息化處理。當(dāng)一輛車(chē)想要進(jìn)入車(chē)庫(kù)停車(chē)之前，會(huì)有一道桿攔著，而當(dāng)車(chē)停到欄桿之前，即使旁邊沒(méi)有保安，前面的系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)顯示車(chē)牌號(hào)和進(jìn)入的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，隨后欄桿會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，車(chē)輛可以直接進(jìn)入，當(dāng)車(chē)想要離開(kāi)時(shí)，也能通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)將車(chē)離開(kāi)的時(shí)間和費(fèi)用快速地顯示在電子屏上，而這就比以前的保安看守門(mén)禁要高效許多，這也就是自動(dòng)化技術(shù)在目前生活中的應(yīng)用場(chǎng)景之一。

1.2 自動(dòng)化的發(fā)展歷程

自動(dòng)化技術(shù)在最開(kāi)始的時(shí)候并不叫自動(dòng)化技術(shù)，而是一種反饋控制機(jī)制。這一機(jī)制最早是應(yīng)用在大風(fēng)車(chē)的風(fēng)帆上，當(dāng)時(shí)這一機(jī)制是屬于埃德蒙李的專(zhuān)利。隨著蒸汽時(shí)代的到來(lái)，人類(lèi)開(kāi)始逐漸使用機(jī)器，機(jī)器中的運(yùn)轉(zhuǎn)速度比人類(lèi)的人力帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)要快許多，而為了讓機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)地即快又準(zhǔn)又好又穩(wěn)，這就離不開(kāi)離心調(diào)速裝置，正是在機(jī)器快速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)代下，離心調(diào)速裝置逐漸被人類(lèi)所熟悉，而應(yīng)用于這一裝置的技術(shù)就是世界上最早的自動(dòng)化技術(shù)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和其他學(xué)科技術(shù)的發(fā)展和相互之間的融合促進(jìn)與發(fā)展，控制論這一理論被美國(guó)的數(shù)學(xué)家提出。隨著時(shí)代的不斷向前，反控制原理也被提出。當(dāng)在這種相互促進(jìn)同時(shí)又相互約束的背景下，人類(lèi)逐步進(jìn)入工業(yè)時(shí)代，工業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步、航空航天技術(shù)也開(kāi)始發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平也逐步提高，促進(jìn)了現(xiàn)代控制理論的誕生。現(xiàn)代控制理論的提出，加速了自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)新時(shí)代的步伐。

截止目前，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)有了300多年的發(fā)展歷史，在過(guò)去至今這個(gè)歷程中，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展不斷促進(jìn)了人類(lèi)時(shí)代的進(jìn)步，而如今，人類(lèi)時(shí)代的發(fā)展、其他技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展也會(huì)促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)的發(fā)展。

2 自動(dòng)化技術(shù)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

2.1 挑戰(zhàn)：作用的系統(tǒng)日益復(fù)雜

在未來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)也將會(huì)被用在污水處理、辦公自動(dòng)化、家庭智能化、信息自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。隨著未來(lái)多種技術(shù)的相互滲透于發(fā)展，對(duì)各個(gè)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用挑戰(zhàn)也會(huì)加大，而這也將會(huì)是我們這個(gè)時(shí)代的一個(gè)挑戰(zhàn)。

之所以說(shuō)也會(huì)是一個(gè)挑戰(zhàn)，是因?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)能被應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越多，由以前的固定狀態(tài)下的應(yīng)用會(huì)逐漸地加入到動(dòng)態(tài)下的應(yīng)用。自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下最為明顯的例子是波士頓動(dòng)力雙足機(jī)器，它既能跑步跳躍，又能完成后空翻、旋轉(zhuǎn)等。

同時(shí)，應(yīng)用的環(huán)境也會(huì)由封閉環(huán)境擴(kuò)展到開(kāi)放的環(huán)境中，例如智能工廠。目前，智能工廠是我國(guó)制造業(yè)走向智能制造升級(jí)過(guò)程中不可或缺的一部分。無(wú)論是現(xiàn)在，還是未來(lái)，所有的工廠若想要在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下繼續(xù)生存，工廠的智能化是必備的。而自動(dòng)化技術(shù)在傳統(tǒng)的工廠環(huán)境中的使用相對(duì)而言是處于一個(gè)封閉的環(huán)境，而智能化工廠則需要高度網(wǎng)絡(luò)化，而高度網(wǎng)絡(luò)化的狀態(tài)下，各種信息環(huán)境是需要高度的開(kāi)放，因?yàn)樵诟叨染W(wǎng)絡(luò)化的信息環(huán)境下，各種信息需要及時(shí)配合傳達(dá)。所以，在智慧工廠這一應(yīng)用場(chǎng)景下，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)由封閉環(huán)境擴(kuò)展到開(kāi)放的環(huán)境中。

此外，使用了自動(dòng)化技術(shù)的使用會(huì)讓人類(lèi)部分群體從相互合作轉(zhuǎn)變成相互博弈，例如工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)的應(yīng)用是自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展是為了促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展，為了讓更多的人過(guò)上安全和幸福的生活，而也正是因?yàn)闄C(jī)器人的效率高于人工，使用成本低于人工，所以，越來(lái)越多的勞動(dòng)力被迫下崗，這部分人群，既享受著自動(dòng)化技術(shù)給人類(lèi)帶來(lái)的便利，又不得不同時(shí)也享受著自動(dòng)化技術(shù)給他們帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和壓力。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)有，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用。很多信息能快速進(jìn)行自動(dòng)化鏈接，這讓人類(lèi)的信息能快速進(jìn)行共享，而也正是因?yàn)檫@種信息能夠被獲取的快速，公司和個(gè)人對(duì)隱私的保護(hù)則愈演愈烈。自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代下，各種各樣的信息資源也將逐漸由全知轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠治粗＠珧v訊的新辦公區(qū)濱海大廈，利用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等其他技術(shù)，非騰訊員工沒(méi)有辦法簡(jiǎn)單隨意地進(jìn)入這棟大樓。

總體而言，自動(dòng)化技術(shù)作用的系統(tǒng)已經(jīng)日益復(fù)雜，逐漸面臨了各種各樣的挑戰(zhàn)。

2.2 機(jī)遇：信息技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)

隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展迅速，云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、建模仿真和人工智能等技術(shù)都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這些發(fā)展將會(huì)能夠更好地應(yīng)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)所面臨的各種挑戰(zhàn)。

云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展能讓計(jì)算機(jī)更好地適應(yīng)任務(wù)的變化，它能夠快速地為用戶(hù)提供便利化的服務(wù)，能提供大規(guī)模服務(wù)，能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，能傳遞虛擬化數(shù)據(jù)，能拓展服務(wù)的數(shù)量和規(guī)模，能提高在云服務(wù)里的可靠性，能按需提供所需的服務(wù)。

騰訊的濱海大廈的建立就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)真實(shí)寫(xiě)照，在這座大廈中，室內(nèi)溫度可以根據(jù)對(duì)大廈外部表面溫度和量度的傳感而對(duì)室內(nèi)溫度和亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)能更好地感知我們周邊的環(huán)境，滿(mǎn)足我們的真實(shí)需求。

建模仿真技術(shù)已經(jīng)在教育行業(yè)和其他行業(yè)逐步應(yīng)用了，建模仿真是一種把現(xiàn)實(shí)中可能會(huì)發(fā)生的實(shí)際情況模擬到一個(gè)與現(xiàn)實(shí)相符的虛擬的場(chǎng)景中，在這個(gè)過(guò)程中，人們可以通過(guò)這個(gè)仿真的過(guò)程真實(shí)地實(shí)踐一次，這種實(shí)踐的成本會(huì)遠(yuǎn)低于在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)戰(zhàn)，建模仿真也可以模擬自動(dòng)化技術(shù)的博弈過(guò)程，讓人類(lèi)能更快速和全面地了解自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中可能會(huì)遇到的其他問(wèn)題。

人工智能是一門(mén)匯集了很多種學(xué)科的技術(shù)，它能把多種學(xué)科融合在一起，應(yīng)用于多個(gè)不同場(chǎng)景的應(yīng)用型技術(shù)，人工智能技術(shù)的應(yīng)用能模仿甚至超過(guò)人的智能。人工智能技術(shù)在智能化的系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，不僅能夠提升機(jī)器自主識(shí)別和辨別的能力以及學(xué)習(xí)能力，它還能夠促進(jìn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，而在大數(shù)據(jù)背景下，人工智能不斷地發(fā)展，它可以通過(guò)已知的事實(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析總結(jié)出行動(dòng)規(guī)律，從而預(yù)測(cè)我們的未知事件。

云計(jì)算可以讓計(jì)算適應(yīng)任務(wù)的變化，物聯(lián)網(wǎng)可以更好感知環(huán)境，建模仿真可以模擬博弈過(guò)程，人工智能可以通過(guò)已知預(yù)測(cè)未知，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在遇到挑戰(zhàn)的同時(shí)，也有了很多的機(jī)遇。

3 信息物理融合的新手段

3.1 什么是信息物理融合

物理信息融合是一門(mén)技術(shù)，它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和各種物理技術(shù)，將這些不同的技術(shù)會(huì)應(yīng)用到的多維度的復(fù)雜環(huán)境融合在一起，從而減輕大型工程項(xiàng)目的復(fù)雜程度，讓大型的項(xiàng)目能夠更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化操作，例如能做到即時(shí)感知、提供信息化的服務(wù)和進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。

在進(jìn)行建模仿真過(guò)程中，各種不同的數(shù)據(jù)會(huì)在虛擬的空間中產(chǎn)生一種映射，而這種映射能夠反映出相對(duì)應(yīng)的實(shí)際物體在現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際操作時(shí)可能會(huì)有的一些問(wèn)題，例如一些實(shí)際設(shè)備的使用周期問(wèn)題，傳感器接收信號(hào)問(wèn)題等。而數(shù)字孿生就是充分利用到了這一點(diǎn)，把多種學(xué)科的信息匯集于一體，考慮多個(gè)物理量，從多個(gè)維度考量，進(jìn)行多概率的仿真，把多個(gè)重要同時(shí)又相互彼此依賴(lài)的狀態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用于一個(gè)數(shù)字映射系統(tǒng)。

而目前平行系統(tǒng)則是物理信息融合和數(shù)字孿生技術(shù)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合體，它集合了自然中現(xiàn)實(shí)運(yùn)作系統(tǒng)，多個(gè)虛擬的人工系統(tǒng)，通過(guò)在這兩個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合使用下的運(yùn)作，互動(dòng)，將得出的結(jié)果反哺于現(xiàn)實(shí)的社會(huì)實(shí)際問(wèn)題中，從而為社會(huì)的發(fā)展提供更高效、直接的科學(xué)決策和指導(dǎo)。而這也將會(huì)是信息物理融合的一種新手段。

3.2 信息物理融合的作用

平行系統(tǒng)的基本應(yīng)用思想是在虛擬空間反復(fù)迭代并找到規(guī)律，進(jìn)而指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)空間如何進(jìn)行決策。AlphaGo可以在虛擬空間中進(jìn)行自我博弈，進(jìn)行在線學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，它也可以在現(xiàn)實(shí)生活中與現(xiàn)實(shí)中的人進(jìn)行一對(duì)一下棋，甚至一對(duì)多下棋。這是信息物理融合的作用表現(xiàn)之一。

這種信息物理融合，充分調(diào)動(dòng)多個(gè)分叉領(lǐng)域的信息一起來(lái)幫助它做決策，這已經(jīng)能夠讓自動(dòng)化技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中很好的應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)狀況中的挑戰(zhàn)。

3.3 信息物理融合的應(yīng)用

AlphaGo下棋過(guò)程中，它能快速地與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，比如對(duì)手下棋的動(dòng)作和規(guī)律等，在將這些融合在一起時(shí)，這是一個(gè)將外部變化的開(kāi)放環(huán)境可捕捉的信息與已有的固定環(huán)境下的信息進(jìn)行融合，從而更高效地指導(dǎo)接下來(lái)的動(dòng)作。

最終AlphaGo下棋成功戰(zhàn)勝，這給了人類(lèi)一個(gè)警鐘，人類(lèi)有了更多的挑戰(zhàn)，同時(shí)也有了更多可以學(xué)習(xí)和變化的領(lǐng)域，人類(lèi)與智能技術(shù)短時(shí)間內(nèi)相互博弈，但更重要的是長(zhǎng)時(shí)間的互助合作。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，有了很多能夠廣泛使用的自動(dòng)化工具，而這些工具也逐步被應(yīng)用于多個(gè)方面，雖然在應(yīng)用過(guò)程中將會(huì)面臨許多挑戰(zhàn)，同時(shí)也將伴隨著各種難得的機(jī)遇。隨著時(shí)代的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)在信息物理融合的發(fā)展中有著更好的發(fā)展。

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