随着工业化与信息化的深入，信息网络由面向自动化的辅助支撑的作用，逐步发展到与物理系统全面融合，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。以智能电网为例，未来的智能电网将是信息网络与物理电网高度融合的系统，实现了防灾自愈、分布式能源安全接入与高效消纳、电网与用户全面互动等传统电网自动化难以实现的能力。信息网络与物理系统的高度融合，突破了传统工业控制系统的封闭性，使得工业系统更加灵活、高效。但同时也引发了新的挑战，比如著名的“震网病毒”，通过侵入计算机网络，攻击了伊朗的布什尔核电站。究其本质，这类系统是离散事件系统和连续时间系统的耦合，理论上没有成熟的工具和方法可供借鉴。因此，为构建高效、高安全、高可信物理信息融合系统提供基础理论和方法支撑，成为研究的热点。 主要研究内容包括： ① 物理信息系统的一体化建模； ② 物理信息融合系统拓扑结构、演化机理及动力学特征分析； ③ 物理信息融合系统的可控性与稳定性研究； ④ 物理信息融合系统的安全缺陷分析与防护方法； ⑤ 物理信息融合系统高可信设计理论与测试验证方法
近年来，物理信息感知系统由局域、封闭向着广域、开放的方向发展，形成了泛在感知与远程实时测控等新模式推动了智能电网、数字油田等变革性发展。为了支撑未来物理信息感知创新应用，迫切需要研究传感网络与Internet互联的海云一体化物理信息感知网络，实现物理感知信息的高可靠远程访问与实时操作。针对物理信息海量异构、时空关联等特征，传统面向人类虚拟信息传输的TCP/IP网络架构已不再适用，需要引入物理特征寻址、时空关联路由等创新机制，形成包括物理信息统一表示、海云协同传输、开放访问的创新技术体系，构建海云一体化的协议架构。 主要研究内容包括： ① 面向物理信息的海云协同运行架构与协议框架； ② 面向物理信息的海云互联与协同传输控制技术 ③ 面向物理信息的海云互操作与差异化QoS保障机制； ④ 面向物理信息的海云一体化网络安全技术。
智慧工厂、智能电网等未来的制造系统，普遍具有规模巨大，系统自治；时空跨度超大，异步运行等特点，在传统的控制理论方法的基础上，迫切需要开拓分布式自治系统的控制理论。面向工业节能减排对大型冶金、石化、电力企业各个生产过程、装置、车间乃至全企业进行协同优化控制的需求，以多变量约束预测控制、数据驱动的智能和自主理论研究与技术开发工作为基础，开展全新的大工业系统的系统控制新理论、新方法和新技术的研究。 主要研究内容包括： ① 分布自治智能控制系统的动态拓扑； ② 分布自治智能控制系统的组合稳定性； ③ 基于滚动时域估计的分布式预测控制设计； ④ 迭代型分布自治控制系统的设计。
泛在感知与泛在网络技术的出现和进步，已成为推动工业系统革命性变革的主要动力。泛在信息环境下智能制造的重要特征是：①存在海量的生产数据和信息，知识获取有了新的途径；②信息的来源更加多样化，有来自产品的、也有来自设备状态的，有来自生产的、也有来自商务的；③信息获取的效率大幅提高，跨尺度的垂向信息具有扁平化的趋势。针对这一态势，面向改造和提升传统制造模式、工艺设备的管理控制手段，缩短工业生产过程的能耗、产品质量、生产效率方面与发达国家存在的差距，开展面向工业过程的海量信息处理与知识挖掘、基于海量信息的工业过程建模与优化、海量信息智能决策分析等关键技术研究，构建自主可控的、面向工业过程的海量信息智能决策新技术体系。 主要研究内容包括： ① 跨模态、跨尺度海量信息处理技术； ② 面向海量信息的跨时空复杂事件语义建模技术； ③ 面向海量数据和知识挖掘的生产工艺、设备与控制优化技术； ④ 基于海量数据的工业过程建模、优化、实时管理与智能决策技 1、物理与信息融合空间的系统理论术。
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