浅析信息物理融合的自动化新手段

陈东源

摘 要：随着现代信息技术的发展，我们人类已经逐步慢慢地向智能时代迈进，我们的生活也将逐渐被各种智能化设备包围，而在智能设备的产生离不开自动化技术的支持。那么，自动化技术在智能时代都发挥着什么样的作用呢？今天我们就来浅析信息物理融合的自动化新手段。本文首先概述了自动化技术及其发展历程，接着分析了自动化技术的挑战和机遇，最后探讨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、信息物理融合的应用。

关键词：自动化;物理;信息;信息物理融合

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0251-02

0 引言

2018年，亚马逊创始人杰夫 贝索斯和波士顿动力机器狗一起散步的一张照片引起了众多关注机器学习、家庭自动化、机器人和太空探索的人的关注，同时，波士顿动力双足机器人也能像人一样在野外不可控的环境下跑步跳跃，还能完成后空翻、旋转等一连串的动作，更神奇的是动作完成了之后还能站稳，如同体操运动员，这着实是惊艳了世人。由此可知，我们人类已经逐步开始进入到了智能时代，我们的生活也将逐渐被各种智能化设备包围。智能家电、智能机器人等智能设备，都离不开自动化技术的使用，自动化技术未来也将会遇到更多的挑战和机遇。

1 自动化技术及其发展历程

1.1 自动化技术

在学术领域中，自动化技术和学科中专业的术语一样，它代表着一种专业技术，同时，在技术领域中，它是一门多学科综合型的技术，而在实际的技术应用领域中，它是一门主要被应用于机电一体化、物联网和工业机器人等方面的技术，同时与计算机、传感器和系统工程都息息相关。

它目前被使用最多的是应用于工业自动化方面，具体应用的场景例如门禁系统，其中比较容易让人注意到的是车辆门禁。以前车辆进入停车库，需要先办理一张停车卡，进入车库之前刷停车卡，同时保安还得一个个进行登记，出了车库之后再刷一次，保安再登记一次。开车人员一下车一刷卡再一上车，无形中浪费了许多时间，而且有时候卡用时过长，芯片磁条无法被读取，耽误的时间就无法预估。而车辆门禁系统的使用，则很好地解决了这个问题。无论是进入车库之前还是出车库时，无论有没有保安人员在一旁看守，所有的记录都在短时间内进行信息化处理。当一辆车想要进入车库停车之前，会有一道杆拦着，而当车停到栏杆之前，即使旁边没有保安，前面的系统也会自动显示车牌号和进入的时间节点，随后栏杆会自动打开，车辆可以直接进入，当车想要离开时，也能通过自动化技术将车离开的时间和费用快速地显示在电子屏上，而这就比以前的保安看守门禁要高效许多，这也就是自动化技术在目前生活中的应用场景之一。

1.2 自动化的发展历程

自动化技术在最开始的时候并不叫自动化技术，而是一种反馈控制机制。这一机制最早是应用在大风车的风帆上，当时这一机制是属于埃德蒙李的专利。随着蒸汽时代的到来，人类开始逐渐使用机器，机器中的运转速度比人类的人力带动运转要快许多，而为了让机器运转地即快又准又好又稳，这就离不开离心调速装置，正是在机器快速运转的时代下，离心调速装置逐渐被人类所熟悉，而应用于这一装置的技术就是世界上最早的自动化技术。

随着计算机技术、通信技术和其他学科技术的发展和相互之间的融合促进与发展，控制论这一理论被美国的数学家提出。随着时代的不断向前，反控制原理也被提出。当在这种相互促进同时又相互约束的背景下，人类逐步进入工业时代，工业技术不断进步、航空航天技术也开始发展，社会经济水平也逐步提高，促进了现代控制理论的诞生。现代控制理论的提出，加速了自动化技术进入到计算机设计新时代的步伐。

截止目前，自动化技术已经有了300多年的发展历史，在过去至今这个历程中，自动化技术的发展不断促进了人类时代的进步，而如今，人类时代的发展、其他技术的进步与发展也会促进自动化技术未来的发展。

2 自动化技术的挑战和机遇

2.1 挑战：作用的系统日益复杂

在未来，自动化技术也将会被用在污水处理、办公自动化、家庭智能化、信息自动化、工业自动化、人工智能等多个领域。随着未来多种技术的相互渗透于发展，对各个技术在不同领域的应用挑战也会加大，而这也将会是我们这个时代的一个挑战。

之所以说也会是一个挑战，是因为自动化技术能被应用的领域將会越来越多，由以前的固定状态下的应用会逐渐地加入到动态下的应用。自动化技术已经被应用在动态状态下最为明显的例子是波士顿动力双足机器，它既能跑步跳跃，又能完成后空翻、旋转等。

同时，应用的环境也会由封闭环境扩展到开放的环境中，例如智能工厂。目前，智能工厂是我国制造业走向智能制造升级过程中不可或缺的一部分。无论是现在，还是未来，所有的工厂若想要在互联网时代背景下继续生存，工厂的智能化是必备的。而自动化技术在传统的工厂环境中的使用相对而言是处于一个封闭的环境，而智能化工厂则需要高度网络化，而高度网络化的状态下，各种信息环境是需要高度的开放，因为在高度网络化的信息环境下，各种信息需要及时配合传达。所以，在智慧工厂这一应用场景下，自动化技术的应用将会由封闭环境扩展到开放的环境中。

此外，使用了自动化技术的使用会让人类部分群体从相互合作转变成相互博弈，例如工业机器人的应用。工业机器人在制造业的应用是自动化技术不断发展的产物，自动化技术的发展是为了促进社会的发展，为了让更多的人过上安全和幸福的生活，而也正是因为机器人的效率高于人工，使用成本低于人工，所以，越来越多的劳动力被迫下岗，这部分人群，既享受着自动化技术给人类带来的便利，又不得不同时也享受着自动化技术给他们带来的严峻挑战和压力。

随着自动化技术的广泛应有，物联网技术已经被广泛使用。很多信息能快速进行自动化链接，这让人类的信息能快速进行共享，而也正是因为这种信息能够被获取的快速，公司和个人对隐私的保护则愈演愈烈。自动化技术不断发展的时代下，各种各样的信息资源也将逐渐由全知转变为部分未知。例如腾讯的新办公区滨海大厦，利用了物联网技术等其他技术，非腾讯员工没有办法简单随意地进入这栋大楼。

总体而言，自动化技术作用的系统已经日益复杂，逐渐面临了各种各样的挑战。

2.2 机遇：信息技术发展突飞猛进

随着互联网行业的发展迅速，云计算技术、物联网技术、建模仿真和人工智能等技术都有了突飞猛进的发展，这些发展将会能够更好地应对自动化技术所面临的各种挑战。

云计算技术的发展能让计算机更好地适应任务的变化，它能够快速地为用户提供便利化的服务，能提供大规模服务，能进行数据处理，能传递虚拟化数据，能拓展服务的数量和规模，能提高在云服务里的可靠性，能按需提供所需的服务。

腾讯的滨海大厦的建立就是物联网技术应用的一个真实写照，在这座大厦中，室内温度可以根据对大厦外部表面温度和量度的传感而对室内温度和亮度进行调节，物联网技术已经能更好地感知我们周边的环境，满足我们的真实需求。

建模仿真技术已经在教育行业和其他行业逐步应用了，建模仿真是一种把现实中可能会发生的实际情况模拟到一个与现实相符的虚拟的场景中，在这个过程中，人们可以通过这个仿真的过程真实地实践一次，这种实践的成本会远低于在现实生活中的实战，建模仿真也可以模拟自动化技术的博弈过程，让人类能更快速和全面地了解自动化技术发展过程中可能会遇到的其他问题。

人工智能是一门汇集了很多种学科的技术，它能把多种学科融合在一起，应用于多个不同场景的应用型技术，人工智能技术的应用能模仿甚至超过人的智能。人工智能技术在智能化的系统实际应用中，不仅能够提升机器自主识别和辨别的能力以及学习能力，它还能够促进了计算机网络技术的发展，而在大数据背景下，人工智能不断地发展，它可以通过已知的事实数据，通过分析总结出行动规律，从而预测我们的未知事件。

云计算可以让计算适应任务的变化，物联网可以更好感知环境，建模仿真可以模拟博弈过程，人工智能可以通过已知预测未知，随着信息技术的发展，自动化技术在遇到挑战的同时，也有了很多的机遇。

3 信息物理融合的新手段

3.1 什么是信息物理融合

物理信息融合是一门技术，它综合了计算机技术、网络技术和各种物理技术，将这些不同的技术会应用到的多维度的复杂环境融合在一起，从而减轻大型工程项目的复杂程度，让大型的项目能够更好地实现系统化操作，例如能做到即时感知、提供信息化的服务和进行动态控制。

在进行建模仿真过程中，各种不同的数据会在虚拟的空间中产生一种映射，而这种映射能够反映出相对应的实际物体在现实生活中实际操作时可能会有的一些问题，例如一些实际设备的使用周期问题，传感器接收信号问题等。而数字孪生就是充分利用到了这一点，把多种学科的信息汇集于一体，考虑多个物理量，从多个维度考量，进行多概率的仿真，把多个重要同时又相互彼此依赖的状态系统应用于一个数字映射系统。

而目前平行系统则是物理信息融合和数字孪生技术的优势结合体，它集合了自然中现实运作系统，多个虚拟的人工系统，通过在这两个系统联合使用下的运作，互动，将得出的结果反哺于现实的社会实际问题中，从而为社会的发展提供更高效、直接的科学决策和指导。而这也将会是信息物理融合的一种新手段。

3.2 信息物理融合的作用

平行系统的基本应用思想是在虚拟空间反复迭代并找到规律，进而指导现实空间如何进行决策。AlphaGo可以在虚拟空间中进行自我博弈，进行在线学习和训练，它也可以在现实生活中与现实中的人进行一对一下棋，甚至一对多下棋。这是信息物理融合的作用表现之一。

这种信息物理融合，充分调动多个分叉领域的信息一起来帮助它做决策，这已经能够让自动化技术在现实生活中很好的应对动態状况中的挑战。

3.3 信息物理融合的应用

AlphaGo下棋过程中，它能快速地与其他数据进行融合，比如对手下棋的动作和规律等，在将这些融合在一起时，这是一个将外部变化的开放环境可捕捉的信息与已有的固定环境下的信息进行融合，从而更高效地指导接下来的动作。

最终AlphaGo下棋成功战胜，这给了人类一个警钟，人类有了更多的挑战，同时也有了更多可以学习和变化的领域，人类与智能技术短时间内相互博弈，但更重要的是长时间的互助合作。

4 结语

自动化技术的进步和发展，有了很多能够广泛使用的自动化工具，而这些工具也逐步被应用于多个方面，虽然在应用过程中将会面临许多挑战，同时也将伴随着各种难得的机遇。随着时代的发展，自动化技术将会在信息物理融合的发展中有着更好的发展。

参考文献

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