技術(shù)研究為智慧物流發(fā)展保駕護(hù)航
——訪西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院“華山學(xué)者”特聘教授胡核算先生

文/本刊記者 張穎川

編者按：

如果把我國(guó)的物流行業(yè)比作一艘正在揚(yáng)帆啟航的大船，那么智慧物流可看做是航船行駛途中的重要方向，而物流技術(shù)則是尤為關(guān)鍵的船舵，確保物流產(chǎn)業(yè)這艘大船始終沿著正確的航向奮力前進(jìn)。近年來(lái)，我國(guó)智慧物流取得較大進(jìn)展，其中關(guān)于物流技術(shù)的學(xué)術(shù)研究、人才培養(yǎng)、校企合作等工作發(fā)揮了不可替代的作用。近日，我們采訪到了西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院“華山學(xué)者”特聘教授胡核算先生，請(qǐng)他分享對(duì)于智慧物流發(fā)展的深刻理解、其本人在智慧物流領(lǐng)域的相關(guān)科研和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及他所領(lǐng)導(dǎo)的西安電子科技大學(xué)協(xié)同控制科學(xué)實(shí)驗(yàn)室在智慧物流技術(shù)方面的探索和實(shí)踐，以為智慧物流的創(chuàng)新發(fā)展帶來(lái)有益的參考。

記者：隨著物流行業(yè)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的不斷晚完善，以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智慧物流已是大勢(shì)所趨。您認(rèn)為實(shí)現(xiàn)智慧物流發(fā)展需要具備哪些關(guān)鍵因素？

胡核算：物流行業(yè)是與制造業(yè)息息相關(guān)的行業(yè)，制造業(yè)所經(jīng)歷的歷次工業(yè)革命，都在深刻地影響著物流行業(yè)。工業(yè)革命首先要解放和延伸人的體力，其次要解放和延伸人的腦力。因此，為了擺脫費(fèi)力勞神的人力化階段，物流行業(yè)依次經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化、智能化、智慧化發(fā)展階段。如果說(shuō)機(jī)械化、電氣化主要是為了替代人的體力勞動(dòng)，自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化主要是為了實(shí)現(xiàn)輔助人類完成部分重復(fù)性的腦力勞動(dòng)，那么智能化是采用智能技術(shù)對(duì)人類智慧的低水平模仿。隨著基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，物流行業(yè)必然迎來(lái)更加高級(jí)的智能化階段，也就是智慧化的時(shí)代。

智慧物流行業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)三個(gè)關(guān)鍵因素。首先是堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)研究，即人們對(duì)物流技術(shù)所涉及學(xué)科的深刻認(rèn)知和發(fā)展，涉及控制論、信息論、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多基礎(chǔ)學(xué)科，以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、人工智能等新興學(xué)科，具體體現(xiàn)為先進(jìn)的理論以及深厚的軟硬件學(xué)科基礎(chǔ)；其次是成熟的基礎(chǔ)技術(shù)儲(chǔ)備，即能夠支撐和實(shí)現(xiàn)先進(jìn)理論和思想的軟硬件技術(shù)，包括更強(qiáng)大可靠的算力、更高效穩(wěn)健的算法，具體體現(xiàn)為高性能低功耗的芯片技術(shù)、高容量低延遲的通信技術(shù)以及多模態(tài)高維度的計(jì)算技術(shù)等；最后是成熟完備的機(jī)器人與自動(dòng)化工程實(shí)現(xiàn)，即融合了數(shù)據(jù)應(yīng)用、先進(jìn)通信、人工智能等虛擬技術(shù)并最終能夠?qū)⑻摂M技術(shù)實(shí)體化呈現(xiàn)的技術(shù)手段，具體體現(xiàn)為智能化靈活性的機(jī)器人裝備、高效化柔性化的自動(dòng)化系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化系列化的系統(tǒng)集成。這三個(gè)方面分別涉及智慧物流發(fā)展的基本方法、基礎(chǔ)設(shè)施以及實(shí)現(xiàn)手段，決定了智慧物流的發(fā)展水平和高度。

記者：在您看來(lái)，成熟的基礎(chǔ)技術(shù)儲(chǔ)備是智慧物流行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。那么，發(fā)展智慧物流主要涉及到哪些關(guān)鍵技術(shù)？

胡核算教授參加2013年ICRA國(guó)際會(huì)議

胡核算：智慧物流是自動(dòng)化技術(shù)與信息技術(shù)高度發(fā)展并且深度融合后的產(chǎn)物，其進(jìn)一步的發(fā)展也離不開(kāi)這兩者的進(jìn)一步發(fā)展和融合。另外，分別與上述兩門基礎(chǔ)學(xué)科息息相關(guān)的機(jī)器人技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，也是智慧物流得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。具體來(lái)講，自動(dòng)化技術(shù)是智慧物流的基石。無(wú)論其架構(gòu)如何演化，智慧物流的具體呈現(xiàn)都是門類眾多的自動(dòng)化技術(shù)的集大成者。其中，除了人們看不到基礎(chǔ)性自動(dòng)控制理論外，大量的是人們耳熟能詳?shù)淖詣?dòng)化技術(shù)與裝備，比如自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)、自動(dòng)化分揀、自動(dòng)化搬運(yùn)、自動(dòng)化配送等等。信息技術(shù)包括信息傳輸技術(shù)、信息融合技術(shù)以及信息處理技術(shù)，是賦予自動(dòng)化系統(tǒng)智能乃至智慧的核心技術(shù)。如果說(shuō)自動(dòng)化技術(shù)相當(dāng)于整個(gè)智慧物流系統(tǒng)的肢體軀干，賦予了系統(tǒng)靈活和自如，信息技術(shù)則相當(dāng)于整個(gè)智慧物流系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，賦予了系統(tǒng)思維與智慧。機(jī)器人技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)分別為智慧物流的實(shí)現(xiàn)提供了更加強(qiáng)大的執(zhí)行能力和計(jì)算能力，最終實(shí)現(xiàn)了智慧物流的技術(shù)集成和融合發(fā)展。

因此我們可以看出，由于物流系統(tǒng)與信息技術(shù)的深度融合，衍生出的智慧物流系統(tǒng)呈現(xiàn)為相互協(xié)作的連續(xù)離散混合驅(qū)動(dòng)型數(shù)據(jù)化系統(tǒng)，具有離散性、耦合性、時(shí)變性等特點(diǎn)。如何對(duì)其行為進(jìn)行有效控制超出了經(jīng)典連續(xù)型系統(tǒng)的控制框架。如果說(shuō)經(jīng)典控制理論的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于應(yīng)用的話，在離散型系統(tǒng)中，則是理論遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于應(yīng)用，所以需要重視有關(guān)的理論研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。

記者：您的研究方向和教學(xué)內(nèi)容，有哪些方面與智慧物流發(fā)展密切相關(guān)？

胡核算：本人與智慧物流發(fā)展密切相關(guān)的教學(xué)工作包括：

胡核算與研究生進(jìn)行科研討論

我近年來(lái)從事的研究領(lǐng)域以及為本科生、碩士研究生、博士研究生開(kāi)設(shè)的課程，其核心內(nèi)容均圍繞數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型離散系統(tǒng)的控制工程，是部署和實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)性學(xué)科。其中的控制工程部分是對(duì)經(jīng)典和現(xiàn)代控制工程的進(jìn)一步發(fā)展，為當(dāng)代自動(dòng)化系統(tǒng)包括智慧物流系統(tǒng)的綜合與實(shí)現(xiàn)夯實(shí)了工程基礎(chǔ)；而其中的離散系統(tǒng)部分，涉及網(wǎng)論、圖論、自動(dòng)機(jī)、形式語(yǔ)言、形式化分析等技術(shù)，是信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科的基本方法，為自動(dòng)化系統(tǒng)包括智慧物流系統(tǒng)的思維與決策提供了技術(shù)保障。另外，課程也涉及最新的學(xué)科動(dòng)態(tài)，比如AI、5G、數(shù)字孿生等?？梢哉f(shuō)，我所從事的研究領(lǐng)域以及開(kāi)設(shè)的相關(guān)課程，完全地融合了智慧物流領(lǐng)域所需求的各個(gè)學(xué)科，并在具體的智慧物流技術(shù)上比如物流機(jī)器人系統(tǒng)與控制方面有所展開(kāi)。課程既涉及若干學(xué)科方面，也涉及具體技術(shù)點(diǎn)，是關(guān)于智慧物流系統(tǒng)的立體式、開(kāi)放型的基礎(chǔ)性課程體系。

與智慧物流發(fā)展密切相關(guān)的科研工作包括：

智慧物流系統(tǒng)是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，就科研視角而言，對(duì)其進(jìn)行有效的控制和管理，對(duì)應(yīng)于巨型系統(tǒng)的優(yōu)化控制問(wèn)題。因此，我的研究和教學(xué)成果主要致力于該類問(wèn)題的分析和求解。具體而言，就是巧妙地將巨型系統(tǒng)逐級(jí)分解為相互交互信息的微型系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)每個(gè)微型系統(tǒng)的觀測(cè)與控制，同時(shí)將關(guān)鍵共用信息傳輸給相鄰系統(tǒng)并應(yīng)用其進(jìn)行觀測(cè)與控制，而后快速迭代，最終算法收斂并且以協(xié)作的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)巨型系統(tǒng)的控制。其中的核心關(guān)鍵技術(shù)除了基礎(chǔ)性的研究成果，比如分布式存儲(chǔ)、分布式計(jì)算、分布式控制等，也涉及前瞻性的研究成果，比如大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等。

作為研究學(xué)者，除了關(guān)注智慧物流整個(gè)行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)外，更應(yīng)該在其中的核心關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)上保持深厚的學(xué)術(shù)底蘊(yùn)和技術(shù)積淀。多年來(lái)，我主要研究無(wú)人自治型智慧物流機(jī)器人系統(tǒng)，包括底層的單機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析與控制以及頂層的多機(jī)器人協(xié)作機(jī)制與控制。同時(shí)，我采用智慧無(wú)人車間作為模型，系統(tǒng)地研究了智慧物流、智慧制造等復(fù)雜系統(tǒng)中的異常診斷、資源管理、優(yōu)化調(diào)度、性能評(píng)價(jià)等，我們最新的研究包括在無(wú)線互聯(lián)泛在通信的場(chǎng)景下，智慧物流系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。

記者：據(jù)了解，您所領(lǐng)導(dǎo)的西安電子科技大學(xué)協(xié)同控制科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，一直在高度關(guān)注物流機(jī)器人系統(tǒng)的研究與發(fā)展問(wèn)題。請(qǐng)問(wèn)貴團(tuán)隊(duì)選擇物流機(jī)器人系統(tǒng)研究的初衷和意義是什么？從哪些方面進(jìn)行了技術(shù)研究和突破，取得了怎樣的成果？

胡核算：我們實(shí)驗(yàn)室最初的研究主要關(guān)注的是全自動(dòng)化無(wú)人工廠的實(shí)現(xiàn)，即在完全沒(méi)有人為干預(yù)的情況下，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)。但是隨著研究的深入，我們的視野逐漸從“工廠之內(nèi)”擴(kuò)展到“工廠之外”。由于對(duì)外完全封閉、環(huán)境基本固定，單個(gè)無(wú)人工廠的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。然而，整個(gè)制造業(yè)愈來(lái)愈多地體現(xiàn)為無(wú)數(shù)家工廠的高度協(xié)作，即人們后來(lái)所熟知的網(wǎng)格制造、網(wǎng)絡(luò)制造、云制造等技術(shù)，這就需要一個(gè)先進(jìn)的物流系統(tǒng)。由于物流系統(tǒng)是一個(gè)對(duì)外開(kāi)放、環(huán)境未知的系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)更具有挑戰(zhàn)性，因此成為制約整個(gè)行業(yè)發(fā)展的瓶頸。正是預(yù)見(jiàn)到這個(gè)行業(yè)痛點(diǎn)，我們逐漸將研究目光轉(zhuǎn)移到了智慧物流領(lǐng)域，并選擇物流機(jī)器人技術(shù)作為具體的研究方向。

目前，我所領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室主要在六個(gè)方面關(guān)注物流機(jī)器人系統(tǒng)的研究與發(fā)展問(wèn)題，并取得一定的技術(shù)成果：

第一，物流機(jī)器人系統(tǒng)的分布式模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)。眾所周知，軌跡規(guī)劃是多機(jī)器人系統(tǒng)中的基本問(wèn)題。在非結(jié)構(gòu)化乃至動(dòng)態(tài)環(huán)境中，由于機(jī)器人具有有限的感知范圍，全局環(huán)境未知，軌跡規(guī)劃更是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。為此，我們結(jié)合了模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)以及增量順序凸規(guī)劃數(shù)據(jù)處理技術(shù)。前者用來(lái)實(shí)時(shí)地感知當(dāng)前感知范圍內(nèi)的環(huán)境信息，后者用來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)器人在當(dāng)前感知范圍內(nèi)的軌跡規(guī)劃。為了構(gòu)建各自的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，機(jī)器人通過(guò)交互通信，獲得相鄰機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)，并且預(yù)測(cè)出其未來(lái)狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)了多機(jī)器人的協(xié)同自治運(yùn)動(dòng)。實(shí)時(shí)優(yōu)化算法的輸出結(jié)果為機(jī)器人在任意時(shí)刻的加速度矢量，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人電機(jī)輸出相應(yīng)的力矩和功率，以優(yōu)化的速度朝向指定方向運(yùn)動(dòng)。

第二，物流機(jī)器人系統(tǒng)的連續(xù)與離散混合控制技術(shù)。連續(xù)運(yùn)動(dòng)控制可以精確地調(diào)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度等，但是缺乏對(duì)某些邏輯行為的調(diào)控能力。離散運(yùn)動(dòng)控制可以有效地控制機(jī)器人的邏輯行為，但是過(guò)于粗放的離散化會(huì)降低系統(tǒng)的性能，而過(guò)于精細(xì)的離散化又會(huì)導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度問(wèn)題。為了更好地結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，我們實(shí)現(xiàn)了連續(xù)與離散混合控制技術(shù)，采用實(shí)時(shí)數(shù)學(xué)規(guī)劃策略，優(yōu)化加速度或者減速度，使得系統(tǒng)在不同的邏輯行為之間連續(xù)地而非離散地切換，可以在確保系統(tǒng)邏輯行為正確的前提下，有效地提升系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

第三，物流機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碰撞避免與邏輯控制規(guī)范保障技術(shù)。在物流系統(tǒng)中，機(jī)器人沿著給定閉合路徑，連續(xù)地裝卸材料與產(chǎn)品。多機(jī)器人在同一環(huán)境中的協(xié)作關(guān)系，不再表現(xiàn)為連續(xù)運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題，而更多地體現(xiàn)為離散行為規(guī)范問(wèn)題。其中，最基本的就是機(jī)器人之間的碰撞避免問(wèn)題，以及由此而衍生的邏輯控制規(guī)范違反問(wèn)題。我們提出了事件域的模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)機(jī)器人獨(dú)立地檢測(cè)其單獨(dú)狀態(tài)空間中的局部關(guān)鍵狀態(tài)，預(yù)測(cè)低階以及高階邏輯控制規(guī)范異常的存在，從而自主地確定遵循特定邏輯控制規(guī)范的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。最終，我們構(gòu)建了機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碰撞避免策略和邏輯規(guī)范保障技術(shù)。

第四，物流機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)健型運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。實(shí)際物流系統(tǒng)中，不同機(jī)器人的閉合路徑縱橫交錯(cuò)，構(gòu)成了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中兩條以上閉合路徑的交點(diǎn)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。不難想象，當(dāng)一個(gè)或者多個(gè)機(jī)器人因?yàn)楣收隙谌舾删W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，特別是一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上時(shí)，其他需要通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)的非故障機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)必然受到阻塞而停滯，該停滯顯然具備傳播效應(yīng)，在最壞的情況下，將使得整個(gè)系統(tǒng)因?yàn)閱蝹€(gè)機(jī)器人的故障而完全停滯。為此，我們實(shí)現(xiàn)了多機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)健型運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，可以使得停滯機(jī)器人的數(shù)量最小化，即故障機(jī)器人只影響必須通過(guò)該節(jié)點(diǎn)的機(jī)器人，而對(duì)任何其他機(jī)器人沒(méi)有影響。

第五，多物流機(jī)器人系統(tǒng)的編隊(duì)與合作控制技術(shù)。隨著物流需求的日趨多樣化，許多任務(wù)需要多機(jī)器人編隊(duì)合作才能完成。另外，多機(jī)器人協(xié)作更有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化，減少定制化帶來(lái)的諸多不便利。集中式的操縱會(huì)帶來(lái)通信流量和計(jì)算負(fù)荷的劇增，同時(shí)帶寬和算力限制也會(huì)隨之導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定性、可靠性問(wèn)題。我們實(shí)現(xiàn)了單個(gè)機(jī)器人的完全自治控制，其通過(guò)彼此通信，以邊緣計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)感知、決策與控制，合作完成復(fù)雜任務(wù)場(chǎng)景。單個(gè)機(jī)器人以嵌入式方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)學(xué)規(guī)劃，完成信息融合、路徑規(guī)劃等底層操作，并且彼此協(xié)商出多車合作、優(yōu)化調(diào)度等頂層操作。

第六，物流機(jī)器人系統(tǒng)的信息安全分析與防護(hù)技術(shù)。近年來(lái)，隨著人們對(duì)個(gè)人信息泄漏的日益敏感，對(duì)個(gè)人隱私保護(hù)意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，我們開(kāi)始關(guān)注智慧物流系統(tǒng)的信息安全分析與防護(hù)技術(shù)。智慧物流系統(tǒng)是一個(gè)典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間頻繁而必需的信息交互，使得其在信息泄漏、傳感器安全、授權(quán)約束等方面存在脆弱性，很容易受到各種軟硬件攻擊，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的生產(chǎn)和安全事故?，F(xiàn)有的軟硬件平臺(tái)具有中心化的特點(diǎn)，使得系統(tǒng)的安全分析面臨維數(shù)災(zāi)難的問(wèn)題。通過(guò)將系統(tǒng)分解為相互關(guān)聯(lián)的單元，每個(gè)單元分別進(jìn)行監(jiān)護(hù)，我們實(shí)現(xiàn)了在線的、自適應(yīng)的信息泄漏檢測(cè)技術(shù)、授權(quán)安全控制技術(shù)、傳感器異常數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)等。

基于上述成果，已經(jīng)獲得陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng) 2 項(xiàng)，陜西省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一、二等獎(jiǎng)各一項(xiàng)，IEEE SMC 協(xié)會(huì)富蘭克林泰勒紀(jì)念獎(jiǎng)以及最佳論文獎(jiǎng) 1項(xiàng)，IEEE 國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議最佳自動(dòng)化論文提名獎(jiǎng) (Finalist) 3 項(xiàng)。

記者：除了物流機(jī)器人系統(tǒng)研究，您在智慧物流領(lǐng)域其他方面還有哪些技術(shù)研究及創(chuàng)新成果？具體有著怎樣的應(yīng)用？

胡核算：近年來(lái)，我們的實(shí)驗(yàn)室在智能制造領(lǐng)域及智慧物流方面也取得了系列性的研究成果和關(guān)鍵技術(shù)，能夠有效地優(yōu)化資源配置、提高系統(tǒng)效率。

我們所開(kāi)展的研究主要從系統(tǒng)本質(zhì)出發(fā)，將智慧制造系統(tǒng)抽象為連續(xù)離散混合驅(qū)動(dòng)型模型。其中的離散特性指的是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行以事件為驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)演化。這不同于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，其隨著時(shí)間做連續(xù)演化，因此對(duì)經(jīng)典控制理論提出諸多挑戰(zhàn)。我們借助于復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)信息，通過(guò)反饋機(jī)制來(lái)達(dá)到對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的目的，實(shí)現(xiàn)在線的而非離線的、閉環(huán)的而非開(kāi)環(huán)的、柔性的而非剛性的分布式控制。具體包括如下研究成果：

（1）分布式控制理論與方法。分布式控制策略作用于各個(gè)局部系統(tǒng)，使之實(shí)時(shí)并發(fā)運(yùn)行，通過(guò)局部的觀測(cè)、控制和執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)全局目標(biāo)。如果考慮純粹的邏輯行為，提高系統(tǒng)并發(fā)性可以改善系統(tǒng)性能。如果考慮確定或隨機(jī)的時(shí)間信息，降低系統(tǒng)運(yùn)行周期可以達(dá)到同樣目的。

（2）最優(yōu)化控制理論與方法。結(jié)合分布式控制技術(shù)，將大型系統(tǒng)通過(guò)容量合理設(shè)置的緩沖器分解成為相互連接和重疊的局部系統(tǒng)。基于行為特性以及相鄰系統(tǒng)的信息，局部系統(tǒng)可以容易地實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，而后通過(guò)合理控制，以局部最優(yōu)控制實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)控制。

（3）性能優(yōu)化控制理論與方法。性能優(yōu)化關(guān)注于發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)瓶頸行為并縮短循環(huán)時(shí)間，提供到達(dá)目標(biāo)位置的最短路徑信息來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的性能，應(yīng)用系統(tǒng)狀態(tài)演化與性能之間的關(guān)系，通過(guò)控制各個(gè)關(guān)鍵操作行為的執(zhí)行次序，達(dá)到最小化循環(huán)時(shí)間和最大化吞吐率的目標(biāo)。

上述研究成果能夠?yàn)殡x散型系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制提供理論依據(jù)，為該類系統(tǒng)的架構(gòu)與應(yīng)用提供了技術(shù)支持，可以廣泛應(yīng)用于智慧物流、智慧制造、智慧交通乃至于智慧駕駛等諸多領(lǐng)域,在自動(dòng)控制、機(jī)器人、自動(dòng)化、智慧制造領(lǐng)域具有一定的國(guó)際影響力。我因此而受邀擔(dān)任了許多重要的國(guó)際學(xué)術(shù)職務(wù)，比如許多領(lǐng)域內(nèi)旗艦級(jí)期刊的副編輯，包括 《IEEE控制系統(tǒng)雜志》（IEEE Control Systems Magazine）、 《IEEE自動(dòng)化與機(jī)器人雜志》（IEEE Robotics &Automation Magazine）、 《IEEE自動(dòng)化科學(xué)與工程會(huì)刊》（IEEE Transactions on Automation Science and Engineering）、 《IEEE自動(dòng)化與機(jī)器人快報(bào)》（IEEE Robotics &Automation Letters）、《國(guó)際智能制造期刊》（Journal of Intelligent Manufacturing）等。作為主管副主編，領(lǐng)導(dǎo)編輯了 《IEEE自動(dòng)化與機(jī)器人雜志》 發(fā)行的兩個(gè)?？蹲詣?dòng)化技術(shù)展望》以及《軟體機(jī)器人與形態(tài)計(jì)算》。

記者：當(dāng)前我國(guó)學(xué)術(shù)界以及科研機(jī)構(gòu)在智慧物流技術(shù)方面的研究還存在哪些瓶頸？請(qǐng)您對(duì)未來(lái)如何推動(dòng)我國(guó)智慧物流技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展提出建議。

胡核算：首先，當(dāng)前的智慧物流對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)特別是關(guān)鍵事件型數(shù)據(jù)的應(yīng)用仍然不夠充分。真正智慧的系統(tǒng)是感知、決策、控制的高度自動(dòng)化、智能化乃至智慧化，目前系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用更多還處于存儲(chǔ)和監(jiān)控階段，尚不能充分利用數(shù)據(jù)全面提升系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作水平。

其次，當(dāng)前的智慧物流系統(tǒng)主要的仍然是一個(gè)中心化的架構(gòu)，現(xiàn)有研究也都以此為前提進(jìn)行開(kāi)展。這種架構(gòu)天然地缺乏穩(wěn)健性，即部分物流系統(tǒng)的意外故障有可能影響到整個(gè)的物流系統(tǒng)。因此，現(xiàn)有的物流系統(tǒng)具有潛在的脆弱性，難以抵御突發(fā)的意外情況。

另外，當(dāng)前的研究缺乏對(duì)物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全性的關(guān)注。智慧物流系統(tǒng)是典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，而且涉及大量的個(gè)人隱私信息、工業(yè)敏感數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)、傳輸和應(yīng)用將會(huì)至關(guān)重要。在極端情況下，對(duì)這些數(shù)據(jù)的惡意使用和攻擊，有可能導(dǎo)致整個(gè)物流系統(tǒng)的中斷。

值得一提的是，我國(guó)智慧物流技術(shù)的發(fā)展主要靠整合和集成現(xiàn)成的技術(shù)成果，真正原創(chuàng)性的成果乏善可陳，這樣的應(yīng)用型的技術(shù)本身就缺乏創(chuàng)新性，而且很容易觸碰到技術(shù)瓶頸和發(fā)展天花板。企業(yè)應(yīng)該在實(shí)現(xiàn)技術(shù)集成的同時(shí)，著力于原創(chuàng)性技術(shù)開(kāi)發(fā)與積累，并重視基礎(chǔ)性理論研究與關(guān)鍵性技術(shù)沉淀，在追逐短期利益的同時(shí)也要關(guān)注長(zhǎng)期效益，與相關(guān)高校成立相關(guān)的理論研究室、技術(shù)研究室，并且通過(guò)合作開(kāi)發(fā)等方法實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化。

記者：您有多年的海外教學(xué)及學(xué)術(shù)研究經(jīng)歷。請(qǐng)您介紹一下物流技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家在推動(dòng)智慧物流研究和發(fā)展方面有著怎樣的特點(diǎn)？有哪些經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒？

胡核算：在將近十年的時(shí)間里，我曾先后在美國(guó)新澤西理工學(xué)院和新加坡南洋理工大學(xué)從事教學(xué)和科研活動(dòng)，負(fù)責(zé)碩士研究生專業(yè)課程教學(xué)工作，指導(dǎo)博士研究生從事科學(xué)研究，也曾申請(qǐng)并承擔(dān)來(lái)自政府和企業(yè)的研究課題，和相關(guān)政府部門、企業(yè)、機(jī)構(gòu)有著密切的合作關(guān)系。

在美國(guó)時(shí)期，我們的研究團(tuán)隊(duì)與西門子公司美國(guó)研究院、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院等優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，高校團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)基礎(chǔ)理論研究和核心算法開(kāi)發(fā)，合作機(jī)構(gòu)的工程師們負(fù)責(zé)產(chǎn)品級(jí)別的代碼實(shí)現(xiàn)或者芯片集成，極大地縮短了成果轉(zhuǎn)化周期，使得許多科研成果一方面體現(xiàn)為學(xué)術(shù)論文，另一方面體現(xiàn)為市場(chǎng)化的產(chǎn)品。高水平的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)也為學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的思想交流起到推波助瀾的作用。

以國(guó)際電子與電子工程師協(xié)會(huì)為例，作為其中機(jī)器人與自動(dòng)化學(xué)會(huì)的成員，我需要定期在所在區(qū)域?yàn)楦咝熒?、工業(yè)界同行做報(bào)告，介紹最新的研究進(jìn)展。協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)資助、組織、宣傳等工作，每次報(bào)告，往往匯集了周邊的企業(yè)工程師、大學(xué)的研究人員以及相關(guān)專業(yè)的研究生、本科生等。另外，高水平的學(xué)術(shù)會(huì)議，許多著名公司都會(huì)專門派技術(shù)人員參會(huì)，汲取學(xué)界的最新思想，洽談可能的合作等。2015年在美國(guó)西雅圖舉行的機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議，我就接觸到了當(dāng)?shù)氐牟ㄒ艄?、亞馬遜公司等的技術(shù)負(fù)責(zé)人。

在新加坡時(shí)期，我們的研究團(tuán)隊(duì)與新加坡科技局、新加坡先進(jìn)制造技術(shù)研究所、新加坡樟宜國(guó)際機(jī)場(chǎng)貨運(yùn)港口等有著廣泛而深入的合作。新加坡政府成立的研究機(jī)構(gòu)往往在高校與企業(yè)之間起到橋梁的作用，負(fù)責(zé)將企業(yè)界的技術(shù)需求匯總，凝練成具體的學(xué)科問(wèn)題，高校的研究人員頻繁地拜訪這些機(jī)構(gòu)，獲得工業(yè)界的最新需求，達(dá)成合作意向。新加坡的項(xiàng)目具有強(qiáng)烈的地方特色，大多數(shù)的智慧物流項(xiàng)目都與海運(yùn)港口、海事運(yùn)輸、貨運(yùn)航站、貨運(yùn)航線等相關(guān)。另外，高校在評(píng)價(jià)體系方面，也積極引導(dǎo)教授和研究人員直面企業(yè)需求開(kāi)展研究，從企業(yè)獲得的資助與從政府獲得的資助等同，甚至在教師晉升、績(jī)效考核方面更為重要。

總體來(lái)講，在推動(dòng)智慧物流研究和發(fā)展方面，發(fā)達(dá)國(guó)家的政府、企業(yè)、高校之間的分工更加清晰。通過(guò)充分的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，形成了幾家與制造企業(yè)、零售電商企業(yè)相獨(dú)立的專業(yè)性物流公司，技術(shù)的研發(fā)主要在企業(yè)進(jìn)行，高校主要負(fù)責(zé)前瞻性的理論研究和技術(shù)積累，由企業(yè)自主或者通過(guò)政府協(xié)調(diào)，在高校與企業(yè)之間建立成果孵化機(jī)構(gòu)。政府的職責(zé)主要在于適時(shí)地制定政策、標(biāo)準(zhǔn)、法令等，推動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，比如德國(guó)政府對(duì)物流系統(tǒng)中涉及的承運(yùn)車輛、搬運(yùn)機(jī)械、托盤(pán)尺寸等都建立了標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)形成成熟的物流運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)管理軟件標(biāo)準(zhǔn)，法國(guó)則側(cè)重于智能制造、智慧交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)智慧物流的健康發(fā)展。這些經(jīng)驗(yàn)都值得我國(guó)學(xué)習(xí)借鑒。