一、“中国制造2025”蓝图的路径
近期,美国数字化制造与设计创新研究机构宣布了新一批招标项目,这些项目让人们看到,发达国家已经开始了真正意义上智能制造的尝试。
要实现从自动化向智能化转变,关键是让机器具有思考能力,或者说让机器摆脱人的辅助能够完成生产任务。机器的智慧从何而来?
计算机的运算速度已远超人类,但在模糊判断、交流、决策和创造上的表现与人脑的差距还非常大,要通过提高运算速度获得这些能力是困难的,研究人员发现了另一条赋予机器“智慧”的方法,即云计算和大数据的运用。GE提出的工业互联网的核心就是大数据循环。
从发达国家智能制造的发展趋势看,它是一个复杂的体系,包含设备智能化、系统智能化和决策智能化三个层次。当前,即便是美国、德国、日本等最先进的国家,也只是初步实现了设备的智能化,系统智能化和决策智能化的实现还有很长的路要走。
智能制造将彻底颠覆传统的流水线大规模生产组织方式,这是全球制造业和制造企业必须面对的发展趋势。虽然智能制造时代还在较远的未来才能到来,但无论是发达国家还是发展中国家都应当调整制造业发展方式和方向,迎接智能制造的挑战。今年,中国提出了“中国制造2025”蓝图,智能制造成为未来的主攻方向,其中,以机器人为主导的智能制造模式,也许是实现中国制造业转型的重要路径。
二、智能机器和智能电网的双轮驱动
智能机器+智能电网的双轮驱动比单纯的智能机器要更加稳健,将来会跑得更高、更远。例如,美国的智能电网系统计划是要利用大数据分析,根据当前风速、光照情况、电力需求,实时调节水电站和火力电厂产能,从而使得整个电力系统更加高效和节能。
随着更高电压等级交流输电线路的建设,我国电网互联的程度不断增强,目前已成为世界上最大的交流同步电网,其安全经济运行面临着诸多前所未有的挑战。大规模新型可再生能源发电基地的接入,电动汽车等新型客户与负荷性微电网大量涌现,以及电源性微电网和分布式电源等组成的新电网的调度运行,是我国智能电网安全可靠运行中面临的主要问题。
与欧美智能电网建设偏重配电网不同,我国智能电网建设中的问题更集中反映在电网调度运行上。如果将整个电力大系统控制得如同一台智能机器人,这是一个异常宏伟的目标。
具有多指标自趋优运行能力的电网是电网智能的最高形式,可称为智能广域机器人。过去的研究一直强调智能电网的“自愈”能力,自愈是实现电网安全可靠运行的主要功能这一说法,对配电网是适宜的,但对电源性微电网和分布式电源等组成的新电网的运行调度问题,则还显得不够。
电网在运行中必须具备多指标自趋优运行的能力。衡量电网某时刻是否处于趋优状态,就是看电网在该时刻其运行状态是否满足设定的电网运行评估指标体系;且电网通过自身的自动调控,可实现从不令人满意的状态到令人满意状态的一个转化过程。
如果一个电网具有这项能力,则无论电网中出现何种异常情况,都可借助完善的调度自动化设施,自动对自身进行综合调控。
“智能广域机器人”的理论基础是电力混成控制论,其主导思想是:将一切不满足要求和不满意的状态都分类地定义为事件,通过控制使得系统回归至无事件运行状态,则系统的各项指标(电能质量、稳定性和经济性)一定是足够满意的。这就是说,该方法可以在实践上解决大电网的多重目标趋优控制问题。电力混成控制论使得将整个电力大系统控制得如同一台智能机器人成为了可能。