近幾十年來中國流程工業雖然有了長足發展和進步，但總體生產制造效能與國際先進水平相比還有一定差距，資源、能源和環境約束下的創新水平亟待提升。

背景

一些發達國家和發展中國家目前在加快智能制造戰略規劃和布局，如美國SPM計劃、德國工業4.0、日本制造業戰略、歐盟未來工廠計劃、印度制造計劃、中國制造2025戰略，第四次工業革命已經來臨。

第四次工業革命的核心之一是構建信息物理融合系統（cyber-physical systems， CPS）。

CPS是計算、網絡和物理環境的多維復雜系統，通過3C（computer、communication、control）技術的有機融合與深度協作，實現大型工程系統的實時感知、動態控制和信息服務等功能。CPS的實現，可以使得計算、通信與物理系統有機融合，從而提升大型工程系統的可靠性、高效性、實時性和魯棒性，具有重要而廣泛的應用前景。

CPS系統包含環境感知、分布式計算、網絡通信和系統控制等問題，使物理系統具有計算、通信、控制、遠程協作和自治功能。它注重計算資源與物理資源的緊密結合和協調，主要用于一些智能系統上，如設備互聯、無人駕駛、物聯傳感、智能家居、智能機器人、智能導航等。

流程工業現存的問題

流程工業智能優化制造面臨三大國際性難點，國內外研究幾乎處于同一起跑線上，表現為：

1.由于原料屬性成分多變、難測，以及加工過程包含復雜的物理過程和化學反應，導致生產過程難以用精確的數學模型描述，數字化問題任重道遠；

2.與離散制造業不同，流程工業的制造流程一般都存在多個相互耦合關聯的過程，其整體運行的全局最優是一個混合、多目標、多尺度的動態沖突優化命題；

3.目前現有的信息化網絡體系架構無法提供生產與經營決策優化的自感知、自計算、自組織和自維護功能。

愿景

流程工業中的以高效化、綠色化和智能化為主題的智能優化制造，就是要在工程技術層面實現“四化”，即：數字化、智能化、網絡化和自動化；同時，在企業生產制造運行層面也要實現“四化”，即：敏捷化、高效化、綠色化和安全化。

在“互聯網+”時代，流程工業智能優化制造的愿景目標是：在已有的物理制造系統基礎上，充分融合人的知識，應用大數據、云計算、（移動）網絡通信和人機交互的知識型工作自動化以及虛擬制造等現代信息技術，從生產、管理以及營銷全過程優化出發，推進以高效化、綠色化和智能化為目標的流程工業智能優化制造，不僅要實現制造過程的裝備智能化，而且也要實現制造流程、操作方式、管理模式的自適應智能優化，使得企業經濟效益和社會效益最大化。

基礎理論與關鍵技術

目前亟須解決的流程工業智能優化制造的工程科學問題包括：生產與經營全過程信息智能感知與集成、知識驅動的生產過程計劃與管理決策、人機物協同的全流程協同控制與優化、全生命周期安全環境足跡監控與風險控制等。

針對這些科學問題，需要解決和突破：特殊參量原位檢測與全流程泛在感知、多源多尺度信息的統一表征與分布式處理、知識驅動的資源優化與自主決策、大數據驅動的企業生產智慧管理、生產過程多維度智能建模等方面的難點，以期實現生產全過程整體運行行為的優化。

流程工業智能優化制造的基礎理論與關鍵技術的框架圖

通過信息化和工業化深度融合實現流程工業智能優化制造仍存在著一些亟需解決的重大基礎理論與工程科技問題，如經營決策、資源與能源的結構配置、生產計劃調度與優化控制系統指令仍然依賴人工經驗，遠遠沒有實現生產全過程整體運行行為的優化，生產工藝研究和新產品的開發還停留于生產試驗和實驗小試，遠遠沒有實現虛擬制造。

同時流程工業智能優化制造需要進一步深度融合物理裝置、信息和社會，旨在進一步提升員工素質、保障安全環保和形成良好的社會效益。