从一桌子零件到一辆汽车

——深圳先进技术研究院副院长徐扬生谈集成技术

徐扬生 深圳先进技术研究院副院长

 

［科学时报 王莉萍 报道］一位美国科学家说：“意义最重大的技术往往是那些看不见的技术，它们隐身在日常生活的方方面面，以至于人们视而不见。”在科学发展如此迅猛的今天，什么可以被称为意义最重大的技术呢？

 

处于不同领域的科学家会有不同的选择，但集成技术和核心技术无疑都是突破性技术的载体。《科学时报》就集成技术在中国的未来趋势采访了深圳先进技术研究院副院长徐扬生。

 

《科学时报》：以机器人技术为代表的集成技术，其发展与进步得益于一系列核心技术的逐步成熟。就集成技术本身而言，它的关键价值表现在哪里？

 

徐扬生：什么是集成？说起来仿佛大家都懂，又好像都不确定。集成技术是将若干个子系统、部件、元件，以新的形式组合起来，形成全新的单元。集成后的系统，其功能是全新的、性能是全新的，价值当然也是全新的。

 

举例来说，人们很早就能制造齿轮、轴承、发动机,但当把这些东西一股脑儿地摆在桌子上，谁会想到它们可以集成为汽车呢？当把这辆汽车拆卸开来，又有谁会想到这些东西还可以集成为飞机？其实，飞机就是一个集成系统。从元件本身来看，几乎没有任何发明创新；从集成后的系统来看，它是一个非常伟大的发明创新，是集成创新的典范。再用以上的例子，汽车的发动机可否用于飞机？显然不能直接用。要求不一样、功能不一样，所装配的子系统也不一样，因而发动机也不一样。这就说明了集成一个系统不能简单相加，要考虑子系统之间的关系，使其匹配最优化。集成技术的关键在于系统设计和寻找应用的突破点。

 

《科学时报》：20年来，计算机技术、通讯技术、传感器技术、实时控制技术等，从软件到硬件，都发展到很高的程度。这些技术未来将如何发展？在我国，哪些领域应该重点发展集成技术？

 

徐扬生：集成科学与技术的发展也是当今世界科技发展的趋势。比较合理的预测是，未来会把这些技术有机地集成起来。集成任何一些单项的技术，都可能是新的技术、新的产品，甚至是新的产业。以汽车电子为例，当人们希望有更安稳的控制监测时，研究人员就想到能否将汽车中几十种传感器进行集成，用无线网络的形式与GPS连接，用智能化的手段对驾驶进行监控；当人们需要更安全的信息咨询和道路信息时，研究人员想到能否将信息技术与实时控制技术集成，组成新一代的车载信息系统；当人们希望有更省油、更节能的运输时，研究人员已考虑将智能控制技术与传统电机、发动机控制相结合，集成为先进的控制形式，用于混合电控汽车。这些都是典型的集成技术的范例。

 

集成技术不是简单地将几个子系统组合在一起，而是形成一个新的系统，采用全新的功能、全新的性能指标和评估标准。这一全新的系统无法在原有的子系统或元件上进行度量，而又与原有的子系统或元件以及它们之间的关系有关，这就构成了集成科学与技术的基本研究问题。

 

集成科学与技术的基本研究问题之一是集成系统的功能最优化。每个子系统与元件都是不同的，性能指标也是不同的，如果进行集成，需要考虑匹配以及如何产生匹配后的最佳效果，也就是功能的最优问题。其二是集成系统的智能化。每个集成后的系统都希望一定程度上的智能化。计算机技术、实时控制技术及快速视频技术，使解决智能化的问题成为可能。其三是机器与人的集成。传统的机器装备只考虑机器本身的功能，包括速度、精度、可靠性，不考虑使用机器的人。当机器是为人服务的装备（例如医疗设备）时，这一问题更加严重。将人作为一个因子考虑在集成系统的设计与评估之中，是一个重要的研究课题。

 

以上这些问题，在现有的集成系统中都广泛存在——从汽车电子到半导体制造装备，从医疗仪器到服务机器人。解决这些共性问题，对促进集成科学技术本身的发展、对指导有关产业技术革命、提高产品的质量以及更新换代都有根本性的作用。

 

集成科学与技术既是一个现有的多学科交叉的综合技术，也是现代计算机、通讯、传感器及装备技术发展到一定程度后出现的新兴学科。说它是现有的多学科交叉的综合技术，因为它好像每天都出现在我们的工作生活中，大家都对它有一定程度的了解；说它是新兴学科，因为它至今还不是任何一门学科的研究对象。计算机集成制造，是第一次将计算机如何集成到制造系统和过程进行研究，但只局限于将“计算机”与“制造”两者集成；自动化科学与技术，一定程度上是将“电信号”与“过程”进行集成，但没有考虑人作为一个子系统的集成问题。

 

《科学时报》：中国发展集成技术的优势在哪里？制约因素又主要有哪些？

 

徐扬生：事实上，发展集成技术也是当今制造装备业的主要任务。为什么我国可以成为世界制造基地？主要原因是制造成本较低，其中主要是人力成本较低。但制造基地有两个主要因素，一是人力，二是设备。人力上，我国有优势；设备上，优势则不明显，或者说没有优势。长此以往，制造基地就会出现危机，马来西亚在上世纪90年代的困惑就有可能出现在我国。我国制造设备中最主要的问题是“Interface”的问题，即人机交互方面，无法把先进的计算机设计、显示、操作、规划技术集成于先进的机械装备。所以说，解决现代制造装备业的紧迫任务是提高和发展先进集成技术以及加速信息技术、传感器技术、控制技术在装备业的集成。

 

我国的研究机构大都是以单项技术为主设立的，这在一定程度上是合理的。但如果没有研究集成科学与技术的机构，就会对国家的系统集成能力构成制约。国家某些部委所属的研究院有一定的系统集成能力，但强调以工程能力为主、承担国家及部委的大型紧迫项目为主，没有精力进行与系统集成有关的基础性、前瞻性、战略性研究。因此，作为中科院深圳先进技术研究院的核心研究所——中科院香港中文大学先进集成技术研究所这样的机构，可以在国内设置得更多。这些机构应以促进集成科学与技术的发展为己任，研究其共性的基础性理论性问题。同时，面向国家及区域性的经济发展，以应用为牵引，选择性地研究开发具有巨大经济价值的集成产品。我相信，这些机构将会为国家高科技的战略发展和经济建设作出应有的贡献。