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在2025年騰訊科技Hi Tech Day活動現場，中國工程院院士柴天佑以《基于新一代信息技術的工業智能系統》為主題發表演講。他從工業革命演進規律出發，深入解析了 “智變” 的核心邏輯與實踐路徑，為制造業智能化轉型提供了參考。
“人類要生存就要把自然界中不能吃、不能用的原料， 變成能吃、能用的產品，這就是‘物質流’的變化。而物質流的轉變需要‘能源流’提供動力，如何讓兩者精準匹配形成所需產品，則依賴‘信息流’——簡單講就是感知、決策、執行流。” 柴天佑院士說。 柴天佑院士開篇便點明工業發展的核心邏輯，他指出，三次工業革命的爆發，本質上都是“三流” 中關鍵環節變革后的連鎖反應：第一次工業革命，能源流變革形成了以蒸汽為動力的生產設備，信息流變革為基于反饋控制的調速系統,實現了以蒸汽為動力的生產設備自動化；第二次工業革命，能源流由蒸汽變革為電，形成了以電為動力的生產設備，信息流變革為由電子器件驅動的 PID 和邏輯控制系統，實現了以電氣為動力的生產裝備自動化；第三次工業革命，出現了數字計算機，使信息流發生了變革，出現了計算機管控系統和工業軟件，實現了生產過程自動化、生產管理信息化。目前， 出現了工業人工智能、工業互聯網、工業元宇宙等新一代信息技術，必將使生產過程中的感知、決策與控制組成的信息流發生變革，引起新一輪工業革命，推動工業自動化與信息化向工業智能化發展。 談及當下 “智變” 的核心動因，柴天佑院士強調，能源流與信息流發生了變革。“產生了以新能源為動力的產業，而大數據驅動的人工智能、工業互聯網以及元宇宙技術，使生產過程的感知、決策與控制系統實現自學習自優化。”他特別提到，元宇宙技術在工業領域的應用更具可行性，“工業生產過程的感知、決策與控制系統可以被數字化，這就使在數字空間進行感知、決策與控制系統的自學習自優化成為可能。” 對于智能化轉型的實現路徑，柴天佑院士提出，工業智能的核心目標使生產制造過程的感知、決策與控制中人的智能行為實現自動化和優化， 實現感知、決策、控制一體化。他指出，工業互聯網是工業智能化的基礎設施，工業人工智能是工業智能算法的基礎，工業元宇宙是實現虛擬場景下監控與在線自學習自優化真實場景下感知、決策與控制系統的基礎。 他進一步指出，工業智能將企業資源計劃系統、制造執行系統、裝備 (過程)控制系統組成的企業信息化三層結構變革為由人機合作的管理與決策智能化系統和智能自主控制系統組成的企業智能化兩層結構，實現工業具身智能。 演講中，柴天佑院士分享了團隊以生產國家戰略物資電熔鎂砂的典型重大耗能設備——電熔鎂爐為對象研發“端-邊-云”協同的電熔鎂爐智能系統案例。他介紹，團隊通過在200公里外的實驗室構建數字孿生和參數學習大模型，通過邊緣系統自學習自優化控制系統參數，實現遠程智能調控。該系統不僅實現了生產現場操作無人化，而且使單爐次新增效益4291元，電熔鎂砂單噸能耗降低8.82%，用實踐驗證了工業智能化的應用價值。 柴天佑院士強調，工業智能化需要創新機制，形成 “基礎研究—技術研發—工程應用—產品化”協同機制，將技術突破轉化為新質生產力。 以下柴天佑院士的演講實錄（主要部分） 尊敬的與會企業家，與會嘉賓，大家上午好。 首先，誠摯感謝騰訊的邀請。今天活動的主題是“智”之時”，我將圍繞“智 ”何以發生”以及“如何實現智””這兩個核心問題展開，并以工業領域為例，分享我在工業自動化、信息化與智能化方面多年研究與實踐中的一些思考。 工業生產過程是物質流、能源流和信息流交互作用的動態過程， 三流發生”革會引起工業革命。第一次工業革命中能源流首先發生”革。蒸汽機為動力的工業生產裝備代替了人力在生產過程中產生能源流。蒸汽機為動力的工業生產裝備應用于工業生產過程必須解決機器的調速問題。 1788年， 吉姆斯·瓦特 (James Watt) 成功地發明了離心調速器。離心調速器是一個比例反饋控制器，從此調速器成了蒸汽機不可分割的一部分。比例反饋控制技術代替了人工控制， 使生產過程的信息流發生了”革。蒸汽機與反饋控制技術的廣泛應用推動了第一次工業革命。 在第二次工業革命中，電力代替了蒸汽成為工業生產過程中產生能源流的動力，使能源流發生了”革。由于比例控制會產生動態誤差， 因此將積分作用引入比例反饋控制，發明了比例–積分–微分(PID) 控制技術。為了控制以電力為動力的工業生產設備啟停和啟停順序，發明了邏輯控制技術。PID和邏輯控制技術廣泛應用于生產過程，使信息流發生了”革， 實現了傳送帶的自動化。自動化的傳送帶在1870年首次應用于辛辛那提屠宰場，推動了基于勞動分工和以電力為動力的大規模生產。電力為動力的工業生產裝備和以 PID為代表的工業控制技術廣泛應用推動了第二次工業革命。 20世紀50年代末到20世紀60年代初, 數字計算機的出現和大規模工業生產的需求，計算機和通信技術與工業控制技術相結合，催生了一種專門的計算機控制系統——邏輯程序控制器 (Programmable Logic Controller, PLC)。 1969年，美國Modicon公司推出了084PLC。該控制系統可以將多個回路的傳感器和執行機構通過設備網與控制系統連接起來，可以方便地進行多個回路的控制，設備的順序控制和監控。 1975年，Honeywell 和 Yokogawa 公司研制了可以應用于大型工業過程的分布式控制系統 (Distributed Control System, DCS)。以組態軟件為基礎的控制軟件、過程監控軟件和 PLC/DCS 應用于生產過程使信息流發生了”革，使生產線的自動化程度更高，推動了第三次工業革命。 工業人工智能、工業互聯網、工業元宇宙等新一代信息技術的發展必將使生產過程中的感知、決策與控制組成的信息流發生”革, 引起新一輪工業革命,推動工業智能化發展。 復雜制造與生產全流程的決策、控制與運行管理的現狀如下，由企業管理者通過ERP系統獲得的企業資源信息，憑經驗和知識決策企業的包括產品質量、產量、能耗、物耗、成本在內的綜合生產指標的目標值范圍；生產管理者通過MES系統獲得的生產信息，憑經驗和知識決策復雜制造與生產全流程的生產指標的目標值范圍；運行管理與工藝工程師通過管控系統獲得的生產工況信息和感覺、視覺、聽覺、觸覺獲得的生產信息， 憑經驗和知識決策反映制造裝備或工業過程產品加工的質量、效率、消耗的運行指標目標值范圍； 操作者根據運行指標目標值范圍和生產實際情況憑經驗和知識決策控制系統指令；控制系統控制復雜制造與生產全流程的加工裝備 (過程)，使被控裝備 (過程) 的輸出跟蹤控制指令，從而將加工產品的質量、效率、消耗的運行指標和復雜制造與生產全流程的生產指標控制在目標值范圍內。 因此, 復雜制造與生產全流程的決策、控制與運行管理是人參與的信息物理系統。操作者與知識工作者根據信息系統獲得的生產信息和通過感覺、視覺、聽覺、觸覺獲得的多源異構生產信息， 利用大腦的學習認知和分析決策能力，依靠經驗和知識決策企業綜合生產指標、復雜制造與生產全流程的生產指標、運行指標和控制系統指令。復雜工況與關鍵工藝參數感知與識別、生產全流程運行決策與控制仍然依靠經驗和知識人工完成，生產過程運行決策與控制系統設計與系統參數整定依靠人的經驗與知識。由于人難以及時準確地感知動態”化的運行工況，難以及時準確地處理異構信息，人的決策行為制約發展。因此，資源計劃（ERP）、制造執行系統（MES）、過程控制系統（PCS）三層企業信息化結構無法實現制造企業全局優化和個性定制高效化。 工業智能化發展是以推動我國制造業高端化智能化綠色化（全局優化與個性定制高效化）為目標，將操作者的知識工作實現自動化，將控制系統和加工裝備(過程)變革為智能自主控制系統；將企業管理者和生產管理者的知識工作智能化；將ERP和MES變革為人機合作的管理與決策智能化系統； 將企業資源計劃系統、制造執行系統、裝備 (過程) 控制系統組成企業信息化三層結構變革為由人機合作的管理與決策智能化系統和智能自主控制系統組成的企業智能化兩層結構發展，制造過程感知、決策、控制一體化和自學習自優化驅動集中式ERP與MES向分散式數字孿生驅動的生產要素可視化監控、預測、回溯、決策與控制一體化和自學習自優化發展。 工業互聯網是工業智能化的基礎設施。工業人工智能是工業智能算法的基礎。雖然對工業人工智能的界定并不明確且隨時間的推移不斷變化，工業人工智能研究與應用的核心目標是：針對產品與工藝設計、經營管理與決策、制造流程運行管理與控制等工業生產活動中目前只能依靠人的感知、認知、分析與決策能力和經驗與知識來完成的影響經濟效益的知識工作，實現知識工作的自動化與智能化、實現感知、決策與控制一體化與集成優化，顯著提高社會經濟效益。工業元宇宙是實現虛擬場景下監控與在線自學習自優化真實場景下感知、決策與控制系統的基礎。 將工業互聯網、工業人工智能、工業元宇宙等新一代信息技術與工業自動化與信息化技術深度融合，研發“端-邊-云”協同的工業智能系統，結合生產國家戰略物資電熔鎂砂的典型重大耗能設備—電熔鎂爐，研發了“端-邊-云”協同的電熔鎂爐智能系統，取得顯著經濟社會效益，使電熔鎂砂單噸能耗降低 8.82%，優質產品產出率提高3.65%，單爐次新增效益4291元。 工業智能化需要創新機制，形成“基礎研究—技術研發—工程應用—產品化”協同機制，將技術突破轉化為新質生產力。
