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中国自动控制领域的领军人——记中国工程院院士、东北大学柴天佑教授
发布日期: 2015-10-15  浏览次数: 897

    他曾经下过乡,当过工人,却始终不放弃对科学的执着追求;他怀着对知识和技能的无限渴求,用两年多一点的时间读完了大学四年的全部课程;他率先在国际上提出了多变量自适应解耦控制理论,被誉为“来自中国的控制领域第一人”;他始终瞄准国民经济重大需求,为我国流程工业的发展作出了巨大贡献;他学高为师,身正为范,用实际行动诠释着师德典范的全部内涵……他——就是东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室主任、中国工程院院士柴天佑教授。

攻坚克难,在科学高峰上执着攀登

    对献身于科学事业的工作者,马克思曾有过精辟的论述:“在科学上面是没有平坦的大路可走的,只有那在崎岖小路上攀登不畏劳苦的人,才有希望到达光辉的顶点。”柴天佑正是这些在科学高峰上勇敢前行的攀登者中的一员。多年来,他不畏艰难,瞄准国际前沿,紧密围绕国家目标和国民经济建设与发展的重大关键理论和技术问题开展研究,创造了极大的经济和社会效益。

    酒泉钢铁(集团)有限责任公司是目前我国西北地区规模最大的钢铁联合企业,其选矿厂也是我国最大的赤铁矿选矿厂。因赤铁矿石品位低、成分波动大,采用竖炉焙烧的选矿工艺,生产全流程的控制与运行管理采用金字塔式的人工方式,因而造成金属回收率低、精矿品位低、生产故障工况发生频繁。针对这种情况,公司决定对选矿厂进行自动化改造。公司总经理一行五人在考察了柴天佑主持研发的排山楼金矿综合自动化系统后,决定将酒钢选矿厂自动化改造工程交给柴天佑团队。

    选矿厂远在西北大戈壁滩上,来往交通极为不便,酒泉又属于典型的温带大陆性气候,年平均气温不超过10℃,且昼夜温差极大,技术人员一不小心就会生病、发烧。环境艰苦是次要的,更主要的是来自心理和外界的压力。选矿厂提出要通过自动化改造,同时提高精矿品位和金属回收率这一对互相矛盾的指标,没有现成的经验可以借鉴,工作难度极大,许多从事工艺研究的人都认为这是根本不可能完成的任务。面对困难,柴天佑没有气馁,“科技攻关,没有捷径,关键是有没有战胜困难的信念和勇气”这是他时常激励工作人员的口头禅。坚守着这一理念,他带领课题组人员深入生产第一线,与现场人员一起摸爬滚打,了解工艺、操作与管理现状,克服重重困难,凭借着扎实的技术本领以及勇于创新的科研精神,经过几年的反复研究,反复试验,反复调试,研制了由选矿生产过程控制系统、生产过程管理系统和综合生产指标优化控制系统组成的全流程综合自动化系统,在选矿厂建立了生产控制指挥中心,实现了生产全流程的控制、优化、计划与调度以及生产过程管理的无缝集成,为国家创造了上亿元的经济效益,研究成果于2006年获得国家科技进步二等奖。

    柴天佑的杰出成就,受到国际控制领域专家学者的广泛赞誉。2005年,柴天佑应邀在 IEEE/RSJ智能机器人与系统国际学术会议上作题为《An intelligently integrated automation systems for process industries and applications》的大会特邀报告,大会总主席、大会顾问委员会主席以及IEEE机器人和自动化学会主席对报告给予了高度评价:“您是第一位在系统、机器人和自动化方面最高水平的国际会议上做特邀报告的中国学者……,您的研究课题充分证明您取得了国际领先的研究成果……”。2007年,在新加坡召开的 IEEE 系统控制国际学术会议上,柴天佑教授获首届控制研究杰出工业成就奖,并应邀作题为《A hybrid intelligent optimal control method for the whole production line and applications》的大会报告,受到 IEEE Control System Society 前主席 John Baillieul 教授,奖励委员会主席 Lalit K. Mestha 博士的高度评价:“中国独树一帜的研究特色,非常值得我们关注”“为全世界控制领域树立一个成功典范”。日本测量与自动控制学会在其会刊上,称他为“来自中国的控制领域研究第一人”。

追求卓越,将“中国制造”推向最优化的快车道

    我国是制造大国,却不是制造强国。由于综合自动化水平较低,综合生产指标控制方式以人工为主,导致劳动生产率低,生产成本高,资源消耗大,环境污染严重,综合竞争力弱。柴天佑院士瞄准国家重大需求,凭借自己敏锐的洞察力和扎实的专业素养准确把脉我国流程工业的发展,“以往一提到提高制造业的生产力,就只强调要加强管理,要拼体力,现在,则要依靠知识和信息,把知识和信息用到制造过程中去。要靠人,靠人的大脑,而不是机器来增加制造业的价值。”“我国流程工业的发展将为我国率先成为世界制造大国,继而走向制造强国奠定一定基础,中国的工业自动化技术将会处于世界先进水平,这是发展的必然趋势。”

    柴天佑院士说,“搞科研就有失败的可能,只要不气馁,局部上失败了吸取经验继续干,总能成功。”就是凭借着这样一份敢为天下先的豪情,凭借着一颗颗作为科研工作者对国家发展的责任心,柴天佑院士率领他的团队,采用学科交叉和学科融合手段,将智能方法与控制和管理、预测和反馈相结合,建模与控制相集成,创造性地提出了复杂生产制造过程一体化控制系统理论和方法,提出了全流程一体化控制系统的整体结构、多目标多尺度动态智能运行指标优化策略和混合智能运行反馈控制方法,在国际上率先研发了复杂生产制造全流程一体化控制系统技术创新平台,并利用该平台研发了电熔镁炉专用智能运行反馈控制技术,主持研制了电熔镁炉嵌入式控制系统,成功应用于电熔镁炉,取得显著经济效益。在此基础上,柴天佑带领团队针对竖炉、回转窑、大型磨机等高耗能设备,发明了耗能设备智能运行反馈控制技术,并成功应用于选矿、氧化铝等行业,取得节能降耗减排的显著效果。2013年,“耗能设备智能运行反馈控制技术”获得国家技术发明二等奖。

    针对难以建立数学模型的复杂工业过程难以采用实时优化的难题,柴天佑提出了智能运行反馈控制方法,成功应用于选矿、氧化镁等生产过程,引起国际同行专家的广泛关注,应邀在美国、英国、日本等国召开的IFAC和IEEE国际会议作大会特邀报告14次,其中,柴天佑院士于2011年在澳大利亚墨尔本召开的IEEE工业电子协会规模最大的IEEE Industrial Electronics Society年会上应邀作大会报告。研究成果在IEEE汇刊和IFAC会刊发表论文65篇,其中,根据大会报告内容柴天佑撰写的复杂工业过程运行优化控制发表于国际自动控制领域综述最新研究成果的顶级期刊IFAC 会刊Annual Reviews in Control。柴天佑撰写的竖炉焙烧混合智能运行优化控制方法论文入选2008年IFAC世界大会应用论文奖提名,并以长文形式发表于国际权威期刊IFAC会刊CEP上,并获该期刊2011年至2013年最佳论文奖。

    柴天佑有一个梦想,那就是能有一天,只要人们一提起全流程一体化控制技术,大家马上就会想到中国,想到东北大学。他坚信,通过几代人的不懈努力,这个目标是可以实现的。

因材施教,不拘一格培养人才

    我国当代最著名的科学家钱学森曾提出:现在中国没有完全发展起来,一个重要原因是没有一所大学能够按照培养科学技术发明创新人才的模式去办学。面对钱学森之问,柴天佑始终在思考如何培养具有创新能力的卓越工程师,为中国的创新发展提供人才支撑。对于每一个进入到实验室的研究生,柴天佑做的第一件事就是谈心,看似随意的闲聊,他却能精准地抓住学生的专业兴趣点和特长,指导学生确定最能发挥自身优势和潜能的研究方向。他常常说,科研工作是枯燥而艰苦的,要想坐得住冷板凳,最重要的就是你要对所从事的工作感兴趣,只有热爱它,才不会觉得苦,觉得累。他把自己的研究生定位成不同的培养方向,有的致力于理论研究,有的主攻高技术研发,对他们进行分类指导和培养。他将学术研究型研究生的培养与实际工业应用背景紧密结合,指导学生从工程实际中提炼原始科学问题,开展学术研究,引导他们将提出的方法进行实验验证研究,力争在国际同领域的权威期刊发表论文。他将高技术研究型学生的培养与863高技术计划项目和国家科技支撑计划项目等国家项目或企业重大自动化工程项目相结合,创造条件让学生作为重大项目研究课题的骨干或自动化工程项目的负责人,培养他们解决自动化工程项目中已有控制技术难以解决的难题的能力和在国际顶级技术期刊发表论文的能力。在他看来,人才培养不能千篇一律,应该各具特色,只有抓住学生的特点充分挖掘其在某一方面的潜力,才能培养出国家需要的卓越人才。

    柴天佑经常这样教育自己的学生,“要在工程科学技术领域有所作为、取得重大成果,必须培养以工程为背景的基础研究与应用研究相结合的学风,勇于实践自觉提高自身知识生产力和以工程实际为背景进行学术研究的能力。”“在战争中学习战争”,这是柴天佑院士时刻提醒学生的话,成为每一位在实验室学习过的学生的座右铭。

    博士生研究生吴志伟入学之后,柴天佑根据他的未来的职业规划与兴趣和特长,将他的培养方向定位为高技术研发型,积极搭建平台,创造机会,让他参与多项工程的系统设计和现场施工的安装调试工作。经过几年的历练,吴志伟先后在国内外重要期刊发表论文6篇,其中,1篇论文获张仲俊院士优秀论文奖,授权发明专利3项,并以第五完成人的身份获得国家技术发明二等奖。在谈到这些学习经历时,吴志伟表示,作为学生,有机会参加学科的前沿科研项目,是很幸运的事,十分感谢柴天佑院士为学生创造了这种机会。

高瞻远瞩,致力于中国教育改革和发展

    出于高度的社会责任感,柴天佑十分关注我国的教育改革和发展。他认为,要想提高我国高层次创新型人才的培养水平,必须从基础抓起,抓好本科生教学。在他看来,最优质的教育资源一定要为本科教学服务,真正的专家、教授不仅是在科研工作中有所造诣,更重要的是能在本科生教学工作中发挥举足轻重的作用。他积极倡导知名专家学者为本科生上课,并身体力行,为东北大学自动化专业的本科生讲授自动化导论、现代控制系统设计与实现课程,极大地提升了学生的专业学习兴趣和将所学专业知识融会贯通的能力。精美的课件、翔实的案例、生动的讲解、广阔独到的视角、座无虚席的课堂……无不彰显着学术大师深厚的学术造诣和人格魅力。

    在很多人看来,教学改革工作牵涉方方面面的关系和利益,改革难度大不说,成效也很缓慢,是个吃力不讨好的活。柴天佑却偏偏要主动去接这个烫手的山芋,他总是说:“作为一名教师,不仅要做好教书育人的本职,更要有推进教育事业发展的使命感和责任感,要把教育发展作为自己毕生的事业并用最大的热情和勇气为之奋斗,这是每一名教育工作者的神圣使命。”怀着这样的信念,他积极探索并推行本科生教学改革工作,在东北大学试行“自动化专业创新人才培养工程”,带领实验室科研技术骨干组成教学改革团队,充分发挥引进的千人和他负责的“一体化过程控制学科创新引智基地”(111计划)海外知名专家教授的作用,通过改革教材、课程设置、课程实验、课程设计、毕业设计等,探索培养具有深厚的自动化技术基础知识并且具有从事自动化的职业能力、科研能力和创新能力专门人才的人才培养模式,探索自动化学科建设与人才培养特别是本科生培养、科学研究与教学深度结合的有效机制,为使我国自动化技术达到世界领先水平默默地贡献着自己的光和热。

学高为师,践行身正为范的人生追求

    华罗庚曾经说过:“科学的灵感,决不是坐等可以等来的。如果说,科学上的发现有什么偶然的机遇的话,那么这种偶然的机遇只能给那些学有素养的人,给那些善于独立思考的人,给那些具有锲而不舍的精神的人,而不会给懒汉。”认识柴天佑的人都有这样的体会,他不仅思路清晰,视野广阔,而且看问题的观点和视角都超乎常人,几乎没有人能跟上他的思路。有人说他是天才,每次提及这些,柴天佑都会笑着说:“我不是天才,我只是个爱学习的人。”他办公室书架上的书占据了整个一面墙壁,他经常告诫自己的学生,要多学习,多读书,不仅要学习本专业、本领域内的知识,更要拓宽自己的知识面,要广泛涉猎各领域的知识,触类旁通,你就会从中获得很多启发。

    在很多人眼里,柴天佑是个精力充沛、不知疲倦的人。他社会兼职很多,社会工作和社会活动频繁,在他的日历里,从来没有节假日和休息日,出差更是家常便饭。然而,他对科研和教学工作却一刻也没有放松。他的日程总是排得满满的,每次出差回来,他都要拖着行李箱到实验室,安排实验室的各项工作,听取学生的科研进展汇报,与实验室师生一起探讨学术问题,从不知疲倦。一次,他要坐下午3点的飞机,从早上8点开始他就一直听取学生的科研进展情况汇报,并就相关的问题展开讨论,直到将近下午2点,实在来不及了才匆匆离开,之后大家才知道,那天是他的生日。


    柴天佑院士是东北大学自动化学科发展的灵魂,也是国际自动控制领域的一面旗帜,他用执着的科学追求和创造性的科研成就践行着科技工作者的誓言;他是德高望重的谦卑长者,更是深受学生爱戴的教学名师,他用严谨的治学态度和甘为人梯的崇高品德诠释着师德的全部内涵……

 



【柴天佑院士简介】

    柴天佑(1947~),甘肃兰州人。国际知名的控制科学与控制工程专家。2003年当选为中国工程院院士,2007年当选为IEEE Fellow(国际电子电气工程师协会会士),2008年当选IFAC Fellow(国际自动控制联合会会士)。现任国家自然科学基金委员会信息科学部主任,东北大学第七届学术委员会主任。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,两项国家重点基础研究发展计划(973计划)项目首席科学家,国务院学科评议组成员,国家“十五”863计划先进制造与自动化技术领域专家委副主任。1985年于东北工学院(现东北大学)获工业自动化专业博士学位,并留校任教,1988年晋升为教授。柴天佑长期从事复杂工业过程建模、控制、优化和综合自动化等领域应用基础和工程技术研究,先后主持与完成国家973重点基础研究计划、国家自然科学基金重点项目、国家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。柴天佑在国际上率先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;提出了复杂工业过程智能运行反馈控制方法,主持研制了耗能设备智能运行反馈控制技术及系统。发表论文被SCI收录150余篇,出版专著2部,国家发明专利39项。应邀在IFAC、IEEE的国际会议上作大会特邀报告30余次。创建了东北大学自动化研究中心,并使之成为国家重点实验室和国家工程技术研究中心。培养了一批自动控制领域的高水平人才,共有14名博士后出站,90余名博士生获得博士学位,200余名硕士生获得硕士学位。曾先后获得国家技术发明二等奖1项,国家科技进步二等奖3项;省部级特等奖、一等奖11项。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,2007年在IEEE系统与控制联合会议上被授予控制研究杰出工业成就奖,2010年获第一届杨嘉墀科技奖一等奖。1996年、2004年两次获得全国五一劳动奖章,2005年获全国先进工作者荣誉称号。