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              國家自然科學基金委員會數學物理科學部關于征集2023年度重大項目立項建議的通告

              發布時間: 2022-08-28 17:53:46   作者:國家自然科學基金委員會   來源: 國家自然科學基金委員會

              國科金發計〔2022〕43號

              國家自然科學基金委員會現發布未來工業互聯網基礎理論與關鍵技術重大研究計劃2022年度項目指南,請申請人及依托單位按項目指南所述要求和注意事項申請。

              國家自然科學基金委員

              2022年8月16日

              未來工業互聯網基礎理論與關鍵技術重大研究計劃

              2022年度項目指南

              未來工業互聯網是新一代信息通信網絡技術與工業制造深度融合的全新工業生態、關鍵基礎設施和新型應用模式,通過人機物的安全可靠智聯,實現生產全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連接,推動制造業生產方式和企業形態根本性變革,形成全新的工業生產制造和服務體系,顯著提升制造業數字化、網絡化、智能化發展水平。

              本重大研究計劃瞄準工業互聯網國家重大戰略需求,圍繞未來工業互聯網的重大核心科學問題,打通未來工業互聯網基礎研究、原始創新的“最先一公里”和科技成果轉化、產業市場化應用的“最后一公里”,為我國工業互聯網發展水平走在國際前列奠定理論和技術基礎。

              一、科學目標

              瞄準工業互聯網國家重大戰略需求,把握未來工業互聯網發展趨勢,創新工業互聯網全要素互聯的結構化組織機理、生產制造流程的柔性構造機制、產業鏈與價值鏈的網絡化調控原理等基礎理論與方法,突破一批核心關鍵技術,完成三個以上工業制造典型場景的集成示范驗證,形成若干重大基礎性原創成果,培養一批有國際影響力的人才和團隊,推動工業互聯網應用與服務的范式變革,為構建要素互聯結構化、生產制造流程化、工業網絡體系化的產業新生態奠定理論和技術基礎,引領未來工業互聯網的科學發展。

              二、核心科學問題

              本重大研究計劃針對未來工業互聯網生產要素互聯的時空關系演變及調控規律這一核心問題,圍繞以下三個科學問題展開研究。

              (一)全要素互聯的結構化組織機理。

              針對未來工業互聯網人機物全要素安全可靠互聯的系統復雜性難題,重點解決如何刻畫未來工業互聯網全要素互聯的聯接關系與結構關系,如何度量其復雜性并構建相互控制關系等問題。重點研究未來工業互聯網按需聯接的本征模型與調控機理、生產要素數據多維表征及結構化組織機理、全要素互聯的系統熵理論。

              (二)生產制造流程的柔性構造理論與方法。

              面向未來工業互聯網柔性化制造全流程的流暢性與穩定性要求,重點解決如何精準刻畫未來工業互聯網生產鏈制造全流程中的誤差傳播、有效識別生產流程的脆弱性、定量評估生產線重構的收斂性等問題。重點研究未來工業互聯網柔性化制造全流程的容差分析與傳播模型、全流程穩定性構建方法、全流程重構的理論與方法。

              (三)產業鏈與價值鏈的網絡化調控原理。

              針對未來工業互聯網生產制造的全產業鏈、全價值鏈耦合與復雜調控關系,重點解決如何從效率角度建立網絡化產業鏈模型、從效用角度建立網絡化價值鏈模型,如何實現跨產業鏈與價值鏈聯動的多目標調控優化等問題。重點研究未來工業互聯網生產制造的全產業鏈構建模型、全價值鏈構建模型、跨鏈耦合的網絡化調控原理。

              三、2022年度資助研究方向

              (一)培育項目。

              圍繞上述科學問題,以總體科學目標為牽引,2022年度對于探索性強、選題新穎、前期研究基礎較好、產學研用相結合的申請項目,將以培育項目方式予以資助,建議研究內容圍繞以下方向。

              1.面向工業互聯網的系統拓撲結構識別與優化(申請代碼1選擇數理科學部下屬代碼)。

              面向復雜動態環境下工業互聯網的任務多樣性和結構多變性特點,研究復雜動態環境下的拓撲結構識別和系統參數辨識問題,識別工業互聯網中的關鍵節點;研究多動態約束下協同優化問題的數學基礎理論,優化云邊資源配置,提高工業互聯網的全局優化和實時響應能力。

              2.面向復雜多元業務特性的工業互聯網架構可重構性理論及方法(申請代碼1選擇信息科學部下屬代碼)。

              探索面向復雜多元業務特性的工業互聯網新型融合范式,研究復雜多元業務感知、控制、通信、計算、服務等多維度的統一建模理論與協同機制,研究基于業務驅動的工業互聯網架構重構理論及方法,提高工業互聯網對復雜多元業務的適應性。

              3.面向精密制造的工業互聯網統一時空基準理論與關鍵技術(申請代碼1選擇信息科學部下屬代碼)。

              針對典型精密制造場景,探索工業互聯網人機物全要素互聯的時空關系演變及作用規律,構建相應的時空基準統一模型;研究有線/無線異構網絡下時空信號協同測量方法,突破基于無線信號的高精度、低開銷時間同步與位置估計等關鍵技術,為構建精密制造時空統一基準提供關鍵技術支撐。

              4. OT/CT/IT異構協議簇融合與統一建模方法研究(申請代碼1選擇信息科學部下屬代碼)。

              探索工業互聯網OT/CT/IT異構融合過程中廣域與局域、無線與有線等端到端傳輸的多模態協同機理,研究跨平臺協議的實時感知與行為解析方法,建立異構網絡的虛擬資源映射機制和統一服務模型,突破異構協議簇高效融合的通信-計算-控制一體化資源調度技術,為OT/CT/IT異構協議簇的融合與統一提供支撐。

              5.復雜構件增減材制造過程的耦合機理與孿生交互的工藝優化方法(申請代碼1選擇工程與材料科學部下屬代碼)。

              針對增減材制造的逐點成形工藝特征,研究工業互聯網支撐下的多參量協同感知技術,建立數據驅動的層道質量識別模型,揭示增減材復合工序耦合機理;研究基于虛擬現實交互的增減材制造工藝優化方法,構建增減材制造全流程數字孿生的開放系統模型,為實現形性可控的復雜構件高精度制造提供支撐。

              6. 面向無人工廠的多智能體協同與決策機制(申請代碼1選擇信息科學部或管理科學部下屬代碼)。

              面向無人工廠智能制造場景,研究機、物、料、法、環制造要素以及復雜制造環境的認知技術,提出多智能體的全局認知一致性表征方法;研究工業互聯網環境中多智能體有限交互下的信息融合技術,提出多智能體協同的控制決策方法。為工業生產從“人在回路”到“智在回路”的范式拓展提供支撐。

              (二)重點支持項目。

              圍繞核心科學問題,以總體科學目標為牽引,2022年對于前期研究成果積累較好、對總體目標在理論和關鍵技術上有較大貢獻、具備產學研用合作基礎的申請項目,將以重點支持項目方式予以資助,重點支持方向如下。

              1.面向智能制造的通信-感知-控制一體化智能機器組網基礎理論、架構及關鍵技術(申請代碼1選擇信息科學部下屬代碼)。

              面向智能制造車間中大規模智能機器高效可靠互聯的需求,針對通信-感知-控制分離設計難以解決智能機器超低時延高可靠信息交互的瓶頸問題,研究通信-感知-控制一體化閉環信息交互系統級信息理論與新型邊緣無線組網架構,支持大規模機器節點海量感知業務和控制信息等;研究通信感知深度融合的大規模智能機器超低時延和高可靠信息交互技術,實現基于鏈路級通信感知一體化的多節點網絡化感知以及超低時延高可靠信息傳輸;研究面向大規模智能機器的分布式計算與網絡化閉環控制技術,實現面向智能制造多機器靈活控制。選取典型智能制造場景,綜合應用AGV、工業移動機器人等載體開展通信-感知-控制一體化智能機器組網關鍵技術驗證,滿足智能制造典型場景的閉環控制時延不高于2ms,信息交互可靠性不低于99.9999%等關鍵指標。

              2.柔性制造全流程質量在線評價與動態調控理論與關鍵技術(申請代碼1選擇工程與材料科學部下屬代碼)。

              面向復雜動態工業場景柔性制造質量控制的需求,研究產品制造多類型、跨尺度缺陷在線檢測方法,構建多信息融合質量智能評價模型;探明工藝參數與質量特性的非線性時變映射機制,建立小樣本非均衡數據下產品質量預測與工藝優化模型;揭示全流程多源誤差混合迭代傳播機理,突破誤差傳播模型驅動的多工序誤差分配與工藝動態重構技術,實現柔性制造質量全過程數字化追溯和智能調控;結合航空航天大型復材構件、車船零部件制造等典型工業場景開展有效性驗證,工業缺陷種類不少于50種,樣本數據不少于十萬量級,自動化檢測準確率優于95%,新產品試制周期降低30%以上,顯著提升質量檢測效率和良品率。

              3.面向復雜產品創新與制造效率的產業鏈-價值鏈雙鏈聯動調控機制(申請代碼1選擇管理科學部下屬代碼)。

              面向制造資源精準鏈接、產業鏈與價值鏈雙鏈聯動以實現多主體高效協作的需求,針對雙鏈聯動的價值關系、演化路徑、自組織協同調控和運行管理機制等難題,研究物理空間、社會空間和信息空間中數據串聯、信息融合和業務協同方法,產業鏈的數字化管理體系與調控機制,大規模異質群體智能協同與集成決策方法,數據驅動的產業鏈-價值鏈跨鏈耦合建模,雙鏈聯動的價值關系發現與協同機理,構建基于工業互聯網的產品快速集成創新與高質量制造管理的新模式,結合重大技術裝備的關鍵制造場景,開展理論與方法的有效性驗證,顯著提升復雜新產品研發與制造的效率,降低非固定制造成本20%以上,縮短復雜新產品研發周期15%以上。

              4.工業互聯網多源異構數據可信共享與按需服務的理論與關鍵技術(申請代碼1選擇信息科學部或管理科學部下屬代碼)。

              面向工業互聯網多源異構數據治理、安全流通與按需服務等需求,針對工業數據治理、安全可信交換、數據質量保障與按需服務等難題,研究業務流程驅動的數據空間模型建立方法、時序數據的智能治理方法與價值評估體系;研究面向工業多層級復雜安全體系下的隱私計算理論,構建基于數據空間方法的數據確權與安全數據交換體系,形成支持工業互聯網多源異構數據可信共享的服務體系和業務模式;探索工業互聯網中數據時空關聯關系及其演化規律,研究多源異構工業數據的容錯匯聚、數據質量保障、融合時空關聯的數據按需服務等關鍵理論與方法,實現對數據的精準溯源與追蹤。面向航空、航天、船舶、裝備制造等典型應用示范場景,開展模型和方法架構的有效性驗證,支持工業主體規模不小于1000個,關鍵業務域種類不小于5種,按需服務準確率不少于95%。

              5.面向功能安全的工業互聯網內生安全理論、架構與關鍵技術(申請代碼1選擇信息科學部下屬代碼)。

              面向工業互聯網功能協同執行確定性需求,探索功能確保的內生安全基礎理論,研究工業功能內生安全能力構造機理,構建面向確定性系統的內生安全架構。探索功能執行的系統行為模型,構建非侵入式內嵌安全約束的保障機制、突破多維度異常行為研判與未知攻擊追蹤技術。探索功能執行自主化驗證機理,研究功能執行一致性驗證范式,突破工業功能形式化建模,功能協同執行一致性驗證,異常功能追蹤等技術。開展工業互聯網內生安全技術驗證,在受到攻擊情況下,功能安全執行率超過90%。功能執行一致性驗證覆蓋率超過90%;功能安全保障額外開銷小于10%。

              6.流程工業生產鏈和產業鏈智能協同與優化的決策理論與關鍵技術(申請代碼1選擇工程與材料科學部、信息科學部或管理科學部下屬代碼)。

              面向流程工業生產鏈和產業鏈高效協同和低碳安全運行需求,針對流程工業產業鏈上下游分離脫節、生產資源配置不均衡、綠色低碳強約束等瓶頸問題,研究基于工業互聯網的流程工業生產鏈物質流和能量流全要素深度感知和協同預測方法,構建生產鏈與產業鏈協同的數據驅動優化決策架構,研究面向彈性產業鏈供給的生產鏈資源配置、管控與自組織優化方法,實現融入產業價值鏈的生產鏈全鏈資源靈活配置與高效利用。面向冶金、石化等一類典型流程工業生產鏈和產業鏈上下游場景,開展智能協同與優化決策理論方法與關鍵技術應用驗證,資源配置效率達到行業先進水平。

              (三)集成項目。

              在本重大研究計劃前期布局和資助成果的基礎上,集中優勢力量,圍繞以下方向進行集成,力爭實現跨越發展。

              1.工業互聯網全要素資源互聯、協同與融合集成演示驗證。

              面對工業場景生產任務繁多、場景多變、層次多樣、鏈條綿長、環節耦合等特點,通過集成本重大研究計劃前期布局項目的研究成果,重點圍繞工業互聯網生產全要素資源按需互聯的新型架構、語義驅動的智簡組織、多源異構資源表征、人機實時交互控制、資源跨域高效協同、資源跨鏈體系化調控、資源與生產協同優化制造等新模式、新機制、新理論與新方法,深化工業互聯網全要素資源互聯、協同與融合集成等問題研究,依托工業互聯網創新數字孿生驅動的生產全要素管理與決策一體化模式,構建支撐生產全要素與全產業鏈資源協同的技術體系與驗證環境,并在航空航天、裝備制造、消費電子、冶金、化工、礦山、紡織等不少于3個行業開展創新應用示范,促進前期布局項目研究成果加速轉化落地。

              四、項目遴選的基本原則

              為確保實現總體目標,本重大研究計劃要求研究內容必須符合指南要求,把握工業互聯網發展趨勢,結合工業互聯網的實際問題,提煉基礎科學問題開展創新性研究。

              (一)要求研究與未來工業互聯網相關的基礎科學問題,即在申請書中需要明確解釋研究對象的具體應用場景及需求,需要明確研究問題對全要素互聯的結構化組織機理、生產制造流程的柔性構造理論與方法、產業鏈與價值鏈的網絡化調控原理等核心科學問題的貢獻。

              (二)在闡述國際發展的最新態勢及該方向在重大研究計劃支持下已經取得的重要進展基礎上,要歸納提煉明確的科學問題。

              (三)針對科學問題,研究隊伍要有明確的分工,發揮各自優勢,開展聯合攻關和協作研究,形成有機的研究鏈條,建議積極吸納工業互聯網用戶單位為項目參與單位。

              (四)要明確對實現重大研究計劃總體目標和解決核心科學問題的貢獻。

              (五)要明確具體應用場景,研究目標中應包含可量化、可考核的指標。

              五、2022年度資助計劃

              2022年度擬資助培育項目10項,直接費用資助強度約為80萬元/項,資助期限為3年,培育申請書中研究期限應填寫“2023年1月1日-2025年12月31日”;擬資助重點支持項目6項,直接費用資助強度約為260萬元/項,資助期限為3年,申請書中研究期限應填寫“2023年1月1日-2025年12月31日”;擬資助集成項目1項,直接費用資助強度約為1200萬元/項,鼓勵申報單位和地方政府部門按照1:2配套,資助期限為2年,申請書中研究期限應填寫“2023年1月1日-2024年12月31日”。

              六、申請要求及注意事項

              (一)申請條件。

              本重大研究計劃項目申請人應當具備以下條件:

              1. 具有承擔基礎研究課題的經歷;

              2. 具有高級專業技術職務(職稱)。

              在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

              (二)限項申請規定。

              執行《2022年度國家自然科學基金項目指南》“申請規定”中限項申請規定的相關要求。

              (三)申請注意事項。

              申請人和依托單位應當認真閱讀并執行本項目指南、《2022年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2022年度國家自然科學基金項目申請與結題等有關事項的通告》中相關要求。

              1. 本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2022年9月16日-9月22日16時。

              (1)申請人應當按照科學基金網絡信息系統中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。

              (2)本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學問題,將對多學科相關研究進行戰略性的方向引導和優勢整合,成為一個項目集群。申請人應根據本重大研究計劃擬解決的具體科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向,自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線和相應的研究經費等。

              (3)申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”,亞類說明選擇“培育項目”、“重點支持項目”或“集成項目”,附注說明選擇“未來工業互聯網基礎理論與關鍵技術”,根據申請的具體研究內容選擇相應的申請代碼。

              培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個,集成項目的合作單位不得超過4個。

              (4)申請人在申請書“立項依據與研究內容”部分,應當首先說明申請符合本項目指南中的重點資助研究方向,以及對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現本重大研究計劃科學目標的貢獻。

              如果申請人已經承擔與本重大研究計劃相關的其他科技計劃項目,應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區別與聯系。

              2. 依托單位應當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2022年9月22日16時前通過信息系統逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料,并于9月23日16時前在線提交本單位項目申請清單。

              3. 其他注意事項。

              (1)為實現重大研究計劃總體科學目標和多學科集成,獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數據和資料管理與共享的規定,項目執行過程中應關注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關系。

              (2)為加強項目的學術交流,促進項目群的形成和多學科交叉與集成,本重大研究計劃將每年舉辦1次資助項目的年度學術交流會,并將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人有義務參加本重大研究計劃指導專家組和管理工作組所組織的上述學術交流活動。

              (四)咨詢方式。

              國家自然科學基金委員會信息科學部二處

              聯系電話:010-62327929, 62327149

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