从知识化中“制造”新生
——记东南大学制造系统控制与优化研究所所长严洪森教授
文/杜玲娟
在CIMS(计算机集成制造系统/现代集成制造系统)及FMS(柔性制造系统)建模、生产计划、调度、控制、仿真、并行工程、敏捷制造等领域，东南大学自动化学院制造系统控制与优化研究所所长严洪森教授有着独到的见解，并取得了一批有影响的成果。2000年，他又率先在国际上提出了“知识化制造”新理念和一种全新的复杂知识表示方法——知识网，引发了国际学术界的高度关注。
驱动“知识化”的新生
严洪森教授这样介绍他的“知识化制造”理念：“知识化制造系统（KMS）是一个高智能制造系统，它以自适应、自学习、自进化、自重构、自培训和自维护为主要特征，以T(时间)、Q(质量)、C(成本)、S(服务)、E(环境)为主要目标。就像具有高智能的人一样，它也能够通过学习获取新知识，适应新环境，不断自我完善和进化。当系统环境一旦发生重大变化的时候，它还能自组织和重构，以适应变化后的新环境，及时反映事物发展的量变质变规律，即从量变(进化)到质变(重构)，然后又从新的量变再到新的质变，如此反复不断向前发展。同时，它又具有自培训和自维护能力，可以大大减少系统推广应用的技术服务人员，提高推广速度、扩大应用范围。这里说的自培训和自维护是指用户可借助于KMS本身带的培训功能自己掌握操作和维护技能。”
自2000年提出这一概念以来，严洪森教授在复杂知识处理理论与知识化制造方面，做了一系列开创性的研究工作，以期在复杂知识表示和知识化制造理论体系的建立方面取得重大突破。
2004年，他主持完成了国家自然科学基金结题项目“知识化制造系统的自重构研究”，研究成果被评为优秀。2008年，他主持完成的另一项国家自然科学基金结题项目“基于知识网的知识化制造系统自重构优化研究”也同样在自动化学科获得
优评。在这些研究的基础上，他依托其正在主持的国家自然科学基金重点项目“知识化制造系统优化方法研究与应用”，率领团队深入研究知识化制造系统（KMS）优化方法及其应用，对制造系统的知识表示方法及其实现技术、KMS自适应优化方法及其实现技术、KMS自进化优化方法及其实现技术、KMS自重构优化方法及其实现技术和KMS优化方法与技术的应用进行了深度剖析，从而建立和完善了复杂知识表示和知识化制造理论体系，其成果受到国际同行的肯定和赞誉，位于国际领先水平。
经过循序渐进地追求，严洪森教授在知识化制造领域的理论体系也渐趋完善。针对基于知识网的复杂知识表示方法，他的有关论文被国际知识与数据工程界最权威的刊物IEEE Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ Ｄａｔａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ发表于2006年18卷第1期，这不仅是该刊物发表的第二篇完全由我国国内作者完成的论文，也是第一篇由我国国内独立
中国高校科技与产业化 ■ 2010·05 ■
责任编辑:任焕霞 E-mail:[email protected]
作者完成的论文。针对知识网决策，他的有关论文被国际生产研究领域的最权威刊物Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ发表于2007年45卷第12期。针对知识化制造单元控制，他的有关论文被Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ发表于2007年45卷第17期，是该刊物该期的首篇论文。科学的魅力具有无限的感染力，严洪森教授的播种也收获了不少关注的目光。目前，国内已经有一些同行学者开始从事知识化制造方面的研究，相关研究单位包括东南大学、上海交通大学、郑州大学、西安理工大学和西安科技大学等。为了将知识化制造的理念进行推广，严洪森教授曾先后两次向国家自然科学基金委信息科学部提交与此有关的重点项目建议书，通过同行专家评审，国家自然科学基金委信息科学部最终将“知识与数据驱动的制造过程优化方法与应用”列为2009年重点资助领域。如今，他不仅自己先后主持知识化制造与知识网方面国家自然科学基金项目3项（含重点项目1项），还在知识网领域推动郑州大学先后主持3项国家自然科学基金项目，为使知识化制造与知识网的相关研究得到学术界公认做出了突出的贡献。
面的研究工作，并有望在先进制造过程建模、计划、调度与优化方面取得重大突破。而从系统工程出发，他一方面重点研究生产计划与调度优化理论，并以数学建模为手段，对经济的定量预测、经济分析与控制、经济稳定性定量分析、和经济政策定量分析的理论与方法进行探索，研发经济系统控制软件并应用于实际；另一方面，基于对产品需求预测和产品开发时间预测多年研究的积累，他参照国家中长期科学和技术发展规划纲要并结合我国频发重大灾害对灾害预报提出的重大需求，以数学建模为手段，探索新方法，开展灾害预报研究工作。
早在上世纪90年代，他就曾主持国家“863”计划CIMS主题应用基础研究项目“敏捷制造环境中客车装配车间计划与调度集与优化系统”，1999年9月，该项目通过验收，被专家组鉴定为国际先进水平。当年3月，该项目中诞生的汽车装配
复杂制造，制造综合效益
除知识化制造系统之外，严洪森教授在其他领域也颇有研究。
在计算机集成制造系统领域，他面向国民经济建设主战场，沿着信息化带动工业化的方向，着重进行计算机集成制造系统/现代集成制造系统（CIMS）、制造资源计划（MRP II）、管理信息系统（MIS）和制造业信息化等方面的推广应用工作。在控制与管理综合自动化领域，他坚持理论联系实际的原则，在国内当前实际需要和国际最新研究前沿的基础上，深入开展敏捷制造、并行工程定量过程建模、车间生产计划与调度优化、柔性制造系统建模与调度、制造系统控制、企业产品市场需求预测、产品开发时间预测等方
车间生产计划与调度的集成优化系统被南京跃进轻型汽车股份有限公司总装厂投入实际运行，使在制品库存降低了30%，生产周期缩短了45%，年节约生产成本高达376万元，大大提高了车间的现代化管理水平和员工的生产积极性。2000年12月，他主持的另一个国家“863”计划CIMS主题应用基础研究项目“敏捷制造模式下的汽车装配件制造执行系统”，由江苏省科学技术厅通过鉴定，委员会认为其系统关键技术先进、有效，体系结构和数据库设计合理，实现技术先进，功能齐全，系统安全、实用，具备了进一步应用于CIMS环境和敏捷制造环境的可扩展性，其成果有创新，具有国际先进水平。同年，该项目也由南京跃进轻型汽车股份有限公司车身厂投入实际运行, 经实践验证，该技术通过计划自动编排使生产计划编制时间从原来的3人编2天缩短为40分钟，通过合理安排生产和优化资源（设备、工装、物料等）配置提高设备利用率10%，压缩在制品10%，通过技术工艺文档的无纸化管理来确保文档的唯一性，通过成本管理来制定合理的成本指标以控制各个环节的成本，最终达到年节约生产成本 81万元，取得了显著的经济效益和良好的社会效
益。后来，这两项研究的综合成果“汽车制造车间生产计划与调度优化系统”被授予2001年度江苏省科技进步二等奖。
为了推动产业化进程，严洪森教授与南京金城软件公司合作，强强联合，聚
责任编辑:任焕霞 E-mail:[email protected]
CHINESE UNIVERSITY TECHNOLOGY TRANSFER ■ 2010·05 ■
奖1项、三等奖1项，2007年第四届中国科协期刊优秀学术论文奖(全国200篇，由中国科学技术协会授奖，第一作者)1项。这些论文的发表引起了国际学术界的广泛关注，尤其以美国西北大学工业工程与管理科学系主任、IIE Transactions主编Mark S. Daskin教授为甚，该教授曾于2003年在美国工业工程师学会会刊Industrial Engineer上发表文章，介绍严洪森教授在汽车装配线生产计划与调度集成优化方面取得的成果，以期引起工业工程界的注意和应用，这在国内还是第一次。
在严洪森教授的推动下，东南大学自动化学院制造系统控制与优化研究所在CIMS、管理信息系统等方面的研究开发工作已经积累了丰富的经验和成果。一方面，他通过主持国家自然科学基金重点项目“知识化制造系统优化方法研究与应用”将科研人员聚集起来，形成团队，发挥综合优势，通过让一些年轻有为的教师协助他或者独立组织申报国家重大科研项目，培养年轻的学科带头人；另一方面，通过培养在职博士生提升成员素质，通过自留和引进年轻博士增加团队活力，最终在本学科建立一个优秀的复杂制造系统控制与优化学科梯队。在他的带领下，这支团队对混批制造系统的成品需求短期预测方法和零部件制造及产品装配的生产计划与调度集成优化方法进行了研究，建立和完善了相应理论，并应用于实际，产生了显著的经济效益，其成果具有国际水平。跟踪国际前沿，加强国际学术交流，这是他们一贯坚持的原则，也将是他们今后秉行的路线。目前，这支团队已与美国麻省理工学院、香港大学和香港科技大学等建立了学术联系，这种与国际学术界的联系还将继续下去。
合各自的科研优势与实施推广优势，应用知识化制造系统优化方法及生产计划与调度方面的研究成果，合作开发该公司ERP(企业资源计划)、MES(制造执行)系统中的计划与调度子系统，应用于实际，产生了显著的经济效益。另外，与解放军理工大学气象学院合作，将KMS自适应、自进化、自重构技术应用于海洋气候环境预报及其对武器装备运行影响评估决策系统，为我国国防建设做出了贡献，产生了良好的社会效益。
立足国际前沿，密切国际交流
多年来，严洪森教授先后主持国家自然科学基金项目6项(含在研重点项目和面上项目各1项)、国家“863”/CIMS项目3项、省部级项目3项。其中，2001年，他主持完成的国家自然科学基金结题项目“CIMS并行工程的组织、过程建模及仿真的定量研究”在自动化学科被评为特优；2007年，他主持完成的国家自然科学基金结题项目“混批制造系统的生产计划与调度的集成优化研究”已通过国家自然科学基金委工程与材料科学部的审核并获准结题；2009年9月，他主持完成了国家“863”/CIMS项目“混批生产车间作业计划与调度的集成优化和仿真系统”；目前，国家自然科学基金面上项目“制造系统成品需求短期预测模型研究及应用”也在他的主持下有条不紊地进行着。
为了将自己的科研经验更好地与学术界交流，他依据其科研成果，在国内外核心期刊和学术会议上发表论文160余篇。其中，国际核心期刊论文33篇，被SCI收录32篇、SSCI收录3篇、他人引用428次，被EI收录76篇、SA收录61篇、ISTP收录8篇、CSA收录7篇并全部做成文摘，曾获省部级科技进步二等
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在CIMS(计算机集成制造系统/现代集成制造系统)及FMS(柔性制造系统)建模、生产计划、调度、控制、仿真、并行工程、敏捷制造等领域，东南大学自动化学院制造系统控制与优化研究所所长严洪森教授有着独到的见解，并取得了一批有影响的成果。2000年，他又率先在国际上提出了“知识化制造”新理念和一种全新的复杂知识表示方法——知识网，引发了国际学术界的高度关注。
驱动“知识化”的新生
严洪森教授这样介绍他的“知识化制造”理念：“知识化制造系统（KMS）是一个高智能制造系统，它以自适应、自学习、自进化、自重构、自培训和自维护为主要特征，以T(时间)、Q(质量)、C(成本)、S(服务)、E(环境)为主要目标。就像具有高智能的人一样，它也能够通过学习获取新知识，适应新环境，不断自我完善和进化。当系统环境一旦发生重大变化的时候，它还能自组织和重构，以适应变化后的新环境，及时反映事物发展的量变质变规律，即从量变(进化)到质变(重构)，然后又从新的量变再到新的质变，如此反复不断向前发展。同时，它又具有自培训和自维护能力，可以大大减少系统推广应用的技术服务人员，提高推广速度、扩大应用范围。这里说的自培训和自维护是指用户可借助于KMS本身带的培训功能自己掌握操作和维护技能。”
自2000年提出这一概念以来，严洪森教授在复杂知识处理理论与知识化制造方面，做了一系列开创性的研究工作，以期在复杂知识表示和知识化制造理论体系的建立方面取得重大突破。
2004年，他主持完成了国家自然科学基金结题项目“知识化制造系统的自重构研究”，研究成果被评为优秀。2008年，他主持完成的另一项国家自然科学基金结题项目“基于知识网的知识化制造系统自重构优化研究”也同样在自动化学科获得
优评。在这些研究的基础上，他依托其正在主持的国家自然科学基金重点项目“知识化制造系统优化方法研究与应用”，率领团队深入研究知识化制造系统（KMS）优化方法及其应用，对制造系统的知识表示方法及其实现技术、KMS自适应优化方法及其实现技术、KMS自进化优化方法及其实现技术、KMS自重构优化方法及其实现技术和KMS优化方法与技术的应用进行了深度剖析，从而建立和完善了复杂知识表示和知识化制造理论体系，其成果受到国际同行的肯定和赞誉，位于国际领先水平。
经过循序渐进地追求，严洪森教授在知识化制造领域的理论体系也渐趋完善。针对基于知识网的复杂知识表示方法，他的有关论文被国际知识与数据工程界最权威的刊物IEEE Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ Ｄａｔａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ发表于2006年18卷第1期，这不仅是该刊物发表的第二篇完全由我国国内作者完成的论文，也是第一篇由我国国内独立
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作者完成的论文。针对知识网决策，他的有关论文被国际生产研究领域的最权威刊物Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ发表于2007年45卷第12期。针对知识化制造单元控制，他的有关论文被Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ发表于2007年45卷第17期，是该刊物该期的首篇论文。科学的魅力具有无限的感染力，严洪森教授的播种也收获了不少关注的目光。目前，国内已经有一些同行学者开始从事知识化制造方面的研究，相关研究单位包括东南大学、上海交通大学、郑州大学、西安理工大学和西安科技大学等。为了将知识化制造的理念进行推广，严洪森教授曾先后两次向国家自然科学基金委信息科学部提交与此有关的重点项目建议书，通过同行专家评审，国家自然科学基金委信息科学部最终将“知识与数据驱动的制造过程优化方法与应用”列为2009年重点资助领域。如今，他不仅自己先后主持知识化制造与知识网方面国家自然科学基金项目3项（含重点项目1项），还在知识网领域推动郑州大学先后主持3项国家自然科学基金项目，为使知识化制造与知识网的相关研究得到学术界公认做出了突出的贡献。
面的研究工作，并有望在先进制造过程建模、计划、调度与优化方面取得重大突破。而从系统工程出发，他一方面重点研究生产计划与调度优化理论，并以数学建模为手段，对经济的定量预测、经济分析与控制、经济稳定性定量分析、和经济政策定量分析的理论与方法进行探索，研发经济系统控制软件并应用于实际；另一方面，基于对产品需求预测和产品开发时间预测多年研究的积累，他参照国家中长期科学和技术发展规划纲要并结合我国频发重大灾害对灾害预报提出的重大需求，以数学建模为手段，探索新方法，开展灾害预报研究工作。
早在上世纪90年代，他就曾主持国家“863”计划CIMS主题应用基础研究项目“敏捷制造环境中客车装配车间计划与调度集与优化系统”，1999年9月，该项目通过验收，被专家组鉴定为国际先进水平。当年3月，该项目中诞生的汽车装配
复杂制造，制造综合效益
除知识化制造系统之外，严洪森教授在其他领域也颇有研究。
在计算机集成制造系统领域，他面向国民经济建设主战场，沿着信息化带动工业化的方向，着重进行计算机集成制造系统/现代集成制造系统（CIMS）、制造资源计划（MRP II）、管理信息系统（MIS）和制造业信息化等方面的推广应用工作。在控制与管理综合自动化领域，他坚持理论联系实际的原则，在国内当前实际需要和国际最新研究前沿的基础上，深入开展敏捷制造、并行工程定量过程建模、车间生产计划与调度优化、柔性制造系统建模与调度、制造系统控制、企业产品市场需求预测、产品开发时间预测等方
车间生产计划与调度的集成优化系统被南京跃进轻型汽车股份有限公司总装厂投入实际运行，使在制品库存降低了30%，生产周期缩短了45%，年节约生产成本高达376万元，大大提高了车间的现代化管理水平和员工的生产积极性。2000年12月，他主持的另一个国家“863”计划CIMS主题应用基础研究项目“敏捷制造模式下的汽车装配件制造执行系统”，由江苏省科学技术厅通过鉴定，委员会认为其系统关键技术先进、有效，体系结构和数据库设计合理，实现技术先进，功能齐全，系统安全、实用，具备了进一步应用于CIMS环境和敏捷制造环境的可扩展性，其成果有创新，具有国际先进水平。同年，该项目也由南京跃进轻型汽车股份有限公司车身厂投入实际运行, 经实践验证，该技术通过计划自动编排使生产计划编制时间从原来的3人编2天缩短为40分钟，通过合理安排生产和优化资源（设备、工装、物料等）配置提高设备利用率10%，压缩在制品10%，通过技术工艺文档的无纸化管理来确保文档的唯一性，通过成本管理来制定合理的成本指标以控制各个环节的成本，最终达到年节约生产成本 81万元，取得了显著的经济效益和良好的社会效
益。后来，这两项研究的综合成果“汽车制造车间生产计划与调度优化系统”被授予2001年度江苏省科技进步二等奖。
为了推动产业化进程，严洪森教授与南京金城软件公司合作，强强联合，聚
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奖1项、三等奖1项，2007年第四届中国科协期刊优秀学术论文奖(全国200篇，由中国科学技术协会授奖，第一作者)1项。这些论文的发表引起了国际学术界的广泛关注，尤其以美国西北大学工业工程与管理科学系主任、IIE Transactions主编Mark S. Daskin教授为甚，该教授曾于2003年在美国工业工程师学会会刊Industrial Engineer上发表文章，介绍严洪森教授在汽车装配线生产计划与调度集成优化方面取得的成果，以期引起工业工程界的注意和应用，这在国内还是第一次。
在严洪森教授的推动下，东南大学自动化学院制造系统控制与优化研究所在CIMS、管理信息系统等方面的研究开发工作已经积累了丰富的经验和成果。一方面，他通过主持国家自然科学基金重点项目“知识化制造系统优化方法研究与应用”将科研人员聚集起来，形成团队，发挥综合优势，通过让一些年轻有为的教师协助他或者独立组织申报国家重大科研项目，培养年轻的学科带头人；另一方面，通过培养在职博士生提升成员素质，通过自留和引进年轻博士增加团队活力，最终在本学科建立一个优秀的复杂制造系统控制与优化学科梯队。在他的带领下，这支团队对混批制造系统的成品需求短期预测方法和零部件制造及产品装配的生产计划与调度集成优化方法进行了研究，建立和完善了相应理论，并应用于实际，产生了显著的经济效益，其成果具有国际水平。跟踪国际前沿，加强国际学术交流，这是他们一贯坚持的原则，也将是他们今后秉行的路线。目前，这支团队已与美国麻省理工学院、香港大学和香港科技大学等建立了学术联系，这种与国际学术界的联系还将继续下去。
合各自的科研优势与实施推广优势，应用知识化制造系统优化方法及生产计划与调度方面的研究成果，合作开发该公司ERP(企业资源计划)、MES(制造执行)系统中的计划与调度子系统，应用于实际，产生了显著的经济效益。另外，与解放军理工大学气象学院合作，将KMS自适应、自进化、自重构技术应用于海洋气候环境预报及其对武器装备运行影响评估决策系统，为我国国防建设做出了贡献，产生了良好的社会效益。
立足国际前沿，密切国际交流
多年来，严洪森教授先后主持国家自然科学基金项目6项(含在研重点项目和面上项目各1项)、国家“863”/CIMS项目3项、省部级项目3项。其中，2001年，他主持完成的国家自然科学基金结题项目“CIMS并行工程的组织、过程建模及仿真的定量研究”在自动化学科被评为特优；2007年，他主持完成的国家自然科学基金结题项目“混批制造系统的生产计划与调度的集成优化研究”已通过国家自然科学基金委工程与材料科学部的审核并获准结题；2009年9月，他主持完成了国家“863”/CIMS项目“混批生产车间作业计划与调度的集成优化和仿真系统”；目前，国家自然科学基金面上项目“制造系统成品需求短期预测模型研究及应用”也在他的主持下有条不紊地进行着。
为了将自己的科研经验更好地与学术界交流，他依据其科研成果，在国内外核心期刊和学术会议上发表论文160余篇。其中，国际核心期刊论文33篇，被SCI收录32篇、SSCI收录3篇、他人引用428次，被EI收录76篇、SA收录61篇、ISTP收录8篇、CSA收录7篇并全部做成文摘，曾获省部级科技进步二等
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