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中国制造的超强大脑——讲述中国工程院院士柴天佑的故事_ڿ

编纂: 李家祥 更新日期: 2023-09-08



柴天佑-中国工程院院士

柴天佑,IEEE Fellow,IFAC Fellow。1985 年于东北工学院获工学博士学位,并留校任教。1988 年被晋升为教授,1990 年成为博士生导师。东北大学自动化研究中心主任。国家重点基础研究发展计划(973 计划) 项目首席科学家。曾任国际自动控制联合会(IFAC)技术局成员及 IFAC 制造与仪表技术协调委员会主席(1996—1999)。2003 年被选为中国工程院院士。

长期以来从事智能解耦控制、自适应控制、过程工业综合自动化等领域的应用基础和工程技术的研究,先后主持与完成国家 973 重点基础研究计划、国家自然科学重点基金、863 高技术计划、国家攻关计划、国家高技术产业化专项以及企业重大自动化工程等 30 多项科研项目,取得多项系统性创新成果。提出了多变量自适应解耦控制理论与方法,与智能控制、计算机集散控制技术相结合,主持研制出智能解耦控制技术及系统;提出了以综合生产指标为目标的全流程混合智能优化控制方法, 主持研制了混合智能优化控制技术及综合自动化系统,并成功应用于钢铁、选矿、有色、电力等行业,取得了显著的社会经济效益。获国家科技进步奖二等奖 3 项,省部级特等奖、一等奖 10 项;2007 年获 IEEE 系统控制协会颁布的控制研究杰出工业成就奖,2002 年获何梁何利基金科学与技术进步奖,2003 年获辽宁省科技功勋奖。颁发论文被 SCI 收录

80 余篇,EI 收录 200 余篇,ISTP 收录 80 余篇。出版专著 2 部。应邀在IFAC、IEEE 的国际会议上作大会特邀报告 20 余次。创建了东北大学自动化研究中心,并使之成为国家工程技术研究中心。培养建设了一支年轻的研究队伍,共有 10 余名博士后出站,70 余名博士生获得博士学位,200 余名硕士生获得硕士学位。获得全国五一劳动奖章及全国先进工作者。

做一个“最勤奋的人”

从东北大学北门步入校园,沿着知行路直行约500米,道路西侧一座具有浓郁俄式风格的建筑映入眼帘。洁白的大理石门廊, 暗灰的五层主体建筑, 彼此映衬, 相得益彰,庄重典雅,高端大气。中国智造的超强大脑——流程工业综合自动化国家重点实验室,就坐落在这座楼馆之内。

创建和领导这个国家重点实验室的, 就是中国工程院院士柴天佑教授。在 30 多年时间里,他将一个名不见经传的小小研究室,“变”为一个在国表里自动控制理论和应用领域颇具影响力的国家重点实验室。

柴天佑在办公室(一)

岁月无言,柴天佑的经历默默地向人们证明了一个“有志者事竟成”的古训。

柴天佑从小就对知识有着浓厚的兴趣,当一个科学家是他儿时的梦。小学和初中,他是伴随着鲜花和荣誉长大的。1963 年,他以优异的成绩考入了辽宁省实验中学,这在当时,相当于拿到了进入高等学府的“入门证”。可是, 就在他修完高中学业,准备踌躇满志地去实现他的科学梦的时候,他却被历史的旋涡卷进一个区属小厂当了工人。

在工厂,简单的劳动并没有消磨掉他求知的巴望。他一面学习基础知识, 一面热衷于厂里的技术革新。一位与柴天佑一起工作过的老工人说:“柴天佑这小伙子在我们厂子里车、钳、铆、电、焊都干过,他干活肯吃苦,肯动脑子,干啥像啥,是厂里的技改能手。”由于技术上内行,他历任车间技术副主任、车间主任、技术副厂长、厂长,并被评为“沈阳市技改积极分子”“沈阳市先进科技工作者”。

1977 年,高考制度恢复。已近而立之年的柴天佑按捺不住内心的喜悦和激动,不顾许多人的劝阻,毅然放弃了厂长职务和进一步升迁的机遇,一举即中,考入了东北电力学院。

像鱼儿投入了海洋,工厂的实践,大学梦的破而重圆,使柴天佑对知识的认识更加深刻,对学术的追求也日益痴迷。他克服了年龄大等不利因素,以惊人的毅力和速度,完成了学习上的飞跃;他仅用两年半时间就修完了大学四年的课程,并于 1980 年考入东北工学院自控系,师从我国著名控制专家郎世俊教授攻读硕士学位,两年之后,他又以优异的成绩提前一年毕业,在郎教授门下攻读博士学位,选择了“多变量自适应控制”作为本身的研究标的目的。多变量自适应控制是世界上公认的研究难题之一,1986 年美国自动控制“高峰会议” 确定了 7 个挑战性课题,其中之首就是“多变量自适应控制”,这是一项艰巨的任务,这是一次艰难的攀登,为了突破这一科学难题,柴天佑不仅在必修课方面取得了优异的成绩,并且选修和自学了多门相关课程,并参阅了国表里数百篇有关文献。对多种控制方法进行了理论论证,做了大量计算机仿真实验, 从中寻找规律。有时,为了一个数据,为了研究一种新算法,他几十次甚至上百次地计算、试验。他几乎放弃了所有的节假日,从那时起,人们就公认他是一位最勤奋的人。

一分耕耘,一分收获。经过几年不懈的努力,柴天佑提出了多变量自适应控制的新算法,建立了算法的统一格式,给出了算法的不变性和收敛性分析。其博士学位论文“多变量自校正控制器的研究”受到答辩委员会的高度评价, 被认为是一篇极优秀的博士论文。

1985 年,灯火辉煌的辽宁体育馆,在庆祝东北工学院建院 35 周年的万人大会上,当柴天佑无比激动地从校长手中接过博士学位证书时,全场掌声雷动。

“让实践来检验理论研究成果”

毕业后,柴天佑留校任教。怀着为科学事业献身的崇高精神,他脚踏实地,埋头苦干,一步一个脚印,不竭向更高的目标攀登。三尺讲坛上,他施教育人;实验室中,他潜心科研。

培养一流的人才,要有一流的科研环境,而打造科研环境必需要有大量的资金投入等。靠国家拨款,要在短时间内赶上和超过国外大学的水平是不成能的,只有创造条件,探索一种适合中国特点的科研机制,走出一条自我发展的道路,才能适应市场经济的要求,掌握竞争的主动权。

经过深思熟虑,柴天佑决心带领研究室的科研人员创建自动化研究中心, 在学校与社会之间架设一道桥梁,将基础研究成果与应用研究实际结合起来, 走高技术研究道路,为国家的现代化建设作出直接的贡献。同时,将所获得的经济效益再用于科研环境的提升,使研究中心的发展形成良性循环。

1992 年 5 月,当柴天佑把东北工学院自动化研究中心的牌匾挂在高大的建筑学馆前的时候,无疑是写就了一篇新的更加雄浑的创业宣言,它向人们宣告:这个藏在大楼深院无人识的小小研究室,就要成为国家经济建设赛场上的重要一员了。

中心成立不久, 东北最大的火力发电厂—— 清河发电厂的“1~4 号 10 万千瓦发电机组弱电控制系统”技术改造项目向社会招标。消息传来,柴天佑感到机会来了。

在由 15 名专家组成的招标答辩会上,柴天佑创造性地提出利用集散控制方法,采用光缆通信并结合智能控制技术,以解决过去采用弱电进行控制容易出现故障、造成停电的技术难题,并进行了有理有据的论证,终于依靠自身的实力,战胜了各路竞争对手,一举中标。1993 年 5 月 14 日,清河发电厂 1~4号机组计算机集散控制系统一次并网发电成功,正式投入使用。有关权威人士评价说:“这项工程又填补了我国采用计算机集散控制技术控制大型火力发电机组的一项空白。”2005 年,柴天佑院士结合竖炉、磨机等企业常用耗能设备的特点,围绕运行反馈控制结构,在国际上首次提出了运行反馈控制、控制器驱动模型和虚拟未建模动态的新概念,并组织丁进良、吴永建、岳恒等骨干力量开始进行深入研究。2007 年,柴天佑院士凭借在控制领域取得的突破性成果,在新加坡召开的 IEEE Multi-conference on Systems and Control 国际会议上获得首届国际控制研究杰出工业成就奖,并应邀作一小时大会报告。

柴天佑

理论成果只有应用于生产实践才能转化为生产力。柴天佑院士将科研人员分成不同的小组,分头开始针对电熔镁炉、磨机、竖炉、回转窑等耗能设备展开研究。2005 年,研究中心科研人员进驻大石桥辽宁群益集团营联镁质耐火材料有限公司,开始了在电熔镁生产线上的实验研究。2006 年在试验炉上取得成功后,节能效果明显。尝到甜头的电熔镁企业老板又在 5 台炉子上安装了运行反馈控制系统,五台炉子很快投产,节能增效的效果更加明显。

柴天佑团队在零失误的情况下,完成了电熔镁炉专用智能运行反馈控制技术的研究与实践工作,发明了针对电熔镁炉单独运行的特点的嵌入式控制系统,研制了电熔镁炉智能运行反馈控制软件,为企业打造出一个超强大脑,实现了生产线的全流程控制,在自动控制领域树起了东北大学的品牌。

柴天佑在办公室(二)

奏响智能制造国际强音

2011 年 12 月 5 日,流程工业综合自动化国家重点实验室正式揭牌,昭示着一个新航程的开启。实验室安身面向国家流程工业发展的重大需求,解决实现流程工业绿色化与综合自动化的关键科学与技术问题,形成具有自主知识产权的核心技术成果,为我国流程工业实现绿色化与综合自动化,为由制造大国向制造强国迈进提供科学技术支撑。

站在新的起点,实验室针对流程工业绿色化与自动化的重大需求和控制技术的前沿问题,开始向更高的目标阔步前行。

郑州铝厂 70 万吨拜耳法氧化铝生产线研究的综合自动化系统、排山楼金矿综合自动化系统、山西铝厂熟料窑控制系统、长春污水处理厂综合自动化系统、20 万千瓦国产机组钢球磨中储式制粉系统、元宝山发电厂进口 30 万千瓦发电机组、抚顺钢厂的炼钢—精炼—连铸—连轧四位一体合金钢棒材新流程生产线、越南氧化铝生产过程自动化系统、巴布亚新几内亚的开发施工项目…… 实验室在柴天佑院士的带领下不竭挑战新项目,取得新成果,在冶金、电力、环保等行业建立了一批用高新技术改造传统产业的成功范例。

多年来,东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室在柴天佑的带领下,面向国家流程工业高效化与绿色化的重大需求,开展基础研究与前沿高技术研究,在大型全流程生产线成功建立节能降耗效果显著的综合自动化示范系统,为工业化和信息化深度融合树立了典型示范。

实验室依托教育部国际合作联合实验室、辽宁省“一带一路”联合实验室、国家留学基金委创新人才国际合作培养项目和 2 个学科创新引智基地

(111 计划)开展广泛而深入的国际交流与合作。引智基地的 Frank Lewis 教授获 2019 年国际科技合作奖。

近年来,实验室与国际合作单位联合承担科技部战略性国际科技创新合作重点专项等项目 30 余项。实验室成员应邀在 IFAC 和 IEEE 等系列国际会议作大会特邀报告近百次;国际合作成果荣获国际科技合作奖和中国政府友谊奖。

2019 年起,实验室还创办了“工业人工智能国际会议(IAI)”,旨在鞭策深入国际交流和领域发展。

实验室研究成果获得国际权威专家的高度评价。国际控制领域最高学术组织 IEEE 控制系统协会三任主席 F. Bullo 教授、M. E. Valcher 教授和 R. Tempo 教授来访后均在业界顶级期刊 IEEE Control Systems Magazine 上撰文赞扬实验室:“实验室声誉很高,是一个真正并世无双且令人敬佩的研究中心。”“柴教授取得的成就在国际自动化领域不成比拟。”

(文:张蕾)

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