清代天文学家李锐......
李京山 | 为工业工程发展注入新活力
来源：互联网
2024-11-12 00:16:47 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。历史反复证明，一个国家的繁荣，高度依赖于其制造业的实力。近年来，工业4.0使世界制造业进入一个智慧、互联、韧性、可持续的新时代。为顺应这一趋势，中国也在持续快速发展制造业。然而，与世界先进水平相比，中国制造业仍然存在大而不强的问题，因此，中国制造业面临高质量发展的转型升级任务紧迫而艰巨。
▲李京山在威斯康星大学工作时留影
从30年前选择出国深造，到2021年放弃在美国多年的终身执教教席，李京山回到清华大学工业工程系任职系主任，他期望用自身的知识助力国家发展。“这不是一个袖手旁观的时代，在过去的100年里，工业工程始终勇立潮头，并逐渐发展成为涵盖多领域、融合多学科的全新的专业方向，在缔造制造业强国，实现粗放式向内涵式发展的转变，实现国家发展从富到强的转变中起着至关重要的作用。更广泛、更深刻的挑战与机遇为工业工程的发展注入了新的活力，作为工业工程人，我愿保持对专业的热爱，自强不息、厚德载物，带着清华人的烙印汇入时代的洪流中。”恳切言辞中饱含着李京山的一腔报国热忱。而做什么、为什么、怎么做，则更系统地展示了李京山对未来规划及执行严谨务实的态度与前瞻性的考量。
做什么——产业升级急需新方法
李京山的研究方向涉及系统建模、分析和控制，成果应用于生产、服务和医疗等多个领域。“工业工程旨在做数字化、智能化、可持续发展的复杂工业服务系统。我的工作围绕这些目标展开，建模、分析、控制是方法，智能制造和智慧医疗是两个主要的应用方向。”李京山介绍。
工业4.0是基于工业发展的不同阶段做出的划分。工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，即智能化时代，是基于数据，应用智能化方法实现生产系统各方面的优化控制。
制造业和医疗行业对经济和社会发展都极为重要。除通常被称为工业4.0的智能制造系统外，人们对智慧互联医疗系统的兴趣也日益浓厚，于是李京山顺势提出了医疗4.0的概念。要实现工业4.0、医疗4.0，基本需经历信息化、数据化、智能化阶段。但目前来说无论制造企业还是医疗单位，几乎都停留在数据化这一阶段，从数据化向智能化转变任重道远。李京山坦言：“谈到智能化，很多人认为就是数据的可视化，但这远远不够。真正的智能化，应该是运用大数据、人工智能这些分析方法，结合优化控制的算法，对数据进行分析，然后将分析结果应用到实际生产中，改变、优化原有的生产、控制流程，多、快、好、省地实现工业制造目标。”
智能化新时代的到来，需要有与之适应的新方法。找到行业痛点，通过研究将其上升为理论问题，再将研究结果应用到实际中，推动制造业、医疗行业实现从数据化到智能化转变是李京山的目标。“设备能很好地运行，靠的是核心算法，而在高端装备领域我们对国外的依赖性很强，如何解决‘卡脖子’的关键问题，是我们正在努力的方向。”李京山说，“‘双碳’目标的提出，又对高效低耗、绿色节能提出了新要求，有没有可能通过新的优化的方法，在现有设备基础上开发出新的装备，从而进一步地减少能耗？所以我们的工作，不只考虑单一的设备，而是要做整体性、系统性的考虑，以数字化和双碳转型为契机，纵向串联产业链的综合性软硬件结合的协调优化与开发。”
系统性工作的开展，需要多学科知识、多元的思维、敏锐的眼光和开阔的视野，而李京山丰富的求学和工作经历，为他开展此类工作提供了助力。
为什么——响应时代进步的诉求
20世纪80年代，李京山在清华大学度过了他人生中一段宝贵的求学时光。刻苦的学习过程，为他打下了扎实的专业基础，“自强不息，厚德载物”的清华校训则成为植根他心底的精神力量。李京山所学的自动化专业，被称为“万金油”专业，电子、计算机、数学、机械等知识都涉猎，学科涉及面广，“跨行”较容易，这为李京山后来进行学科交叉研究打下了基础。
清华毕业后，李京山继续深造，中国科学院自动化所的硕士经历，让他在科研路上迅速成长；密歇根大学安娜堡分校电机工程与计算机科学系的博士历程，则为他打开了学习国际先进知识和技术之门。初到美国，处在一个陌生的环境，人会有种种不适应，但因为有坚定的目标，李京山迅速调整心态，找到了自己的坐标，如饥似渴地汲取知识的养分。
但象牙塔内所学的理论知识，无法满足李京山对知识的无限渴望和旺盛的好奇心。偏应用的工程科学，科学技术在真正工程前沿的应用和发展，才是他所追求的星辰大海。于是，博士毕业后，李京山选择进入通用汽车公司研发中心制造系统研究实验室工作。2000年至2006年的6年时间，李京山取得了众多科研上的突破，从通过优化汽车生产设备的控制力、大大提高通用汽车公司的汽车生产率，到在汽车生产过程中的能耗与污染领域里很好地实现了汽车生产的绿色化……回顾在企业工作的这段时光，李京山坦言，这是他触摸行业脉搏、寻找个人方向的一段重要经历。
▲李京山（左一）在密歇根大学参加毕业答辩
从事工程领域研究的传统路径是在产业或学术单个领域内深耕，李京山则一改传统，分阶段在产业和学术界工作十数年，以达到在学术研究与产业应用双领域内交互发展的目标。多年在美国通用公司进行产业研究及应用积累的经验，让他带着问题于2006年加入肯塔基大学电机与计算机工程系和制造中心继续进行基础攻关，因表现突出，他多次获得最佳论文奖、早期职业奖等荣誉。正值科研上升期的李京山，在2010年又加入威斯康星大学麦迪逊分校工业与系统工程系开展研究，并在2014年获得终身正教授职位。他的研究兴趣也由生产领域拓展至医疗服务系统的设计、分析和控制。在这十余年中，基于其在理论及应用上的卓越成果，李京山先后于2017年、2020年成为电气和电子工程师学会会士、工业与系统工程师学会会士。
在美国几十年的科研生涯中，李京山主持了近百个来自政府部门、工业界和医疗机构的各种项目，并取得了众多原创性成果。在多个研究单位任职，他也建立了一套自己的科研、人才培养、教学、管理理念。
在异国他乡，李京山一步步站稳脚跟并做到顶尖；面对优越的条件待遇和美好的未来远景，他没有忘记自己来到这里的初心。随着积累日深，李京山想要为祖国做些事情的心愿也日益迫切。当时机来临，他毅然返回了祖国。
怎么做——前瞻性解决复杂难题
在国外时，李京山会时常回国进行交流与合作，走访过很多国内的高校、企业，更会经常回到母校清华大学。从清华附小、清华附中到清华大学，清华见证了李京山一路的成长。从国外归来，再次回到母校，李京山希望自己能为清华大学及国内相关学科的发展贡献力量。
李京山说：“我的经历很特别，通过在海外的学习、工作，我知道国外学校里、工业界的情况；回国后又了解了国内的情况，知道了我们跟国外的区别在哪里，所以更清楚我们工作的侧重点在哪里。而且我曾在企业工作过，这样就避免了‘闭门造车’，对产业未来的发展方向有前瞻，而不是跟在别人后面做‘修修补补’的工作。”
习惯了海外的工作节奏、生活环境，回国初期李京山也会有很多不适应。虽然回国前也做了一些准备，但仍有一些想不到、预判不准确的地方。面对困难，他的想法是，如果已经下定决心去做，就一定要把事情做好。
学校的大力支持坚定了李京山的信心，他马不停蹄地投入各项工作中。回国后，李京山仍然重视与企业的良性互动与沟通，目前已经与国内多家制造企业建立了密切的合作关系。在医疗服务方面，他也与多家医院开启了合作。近期李京山团队与清华长庚医院合作，双方成立了智慧医院系统研究中心，一方面通过对长庚医院手术中心进行优化，提高手术室的利用率，减少病人的等待时间；另一方面在医院扩建的背景下，可以对医院流程和病人就医流程进行软硬件结合的整体优化，以有效服务更多的病人。“通过优化医疗智慧管理这些内容，我们希望研究成果能在长庚医院落地；更希望成果辐射出去，让全国更多的医院和医联体应用我们的成果，提高我国医院的现代化水平，改善病人的就医环境。”
除为企业、医院解决实实在在的问题，李京山也未停止对前瞻性问题的探索，并获得了国家科研资金的支持。在国家自然科学基金项目“新能源产品复杂制造系统分析与优化的集成理论框架”中，李京山就带领团队进行了攻关。
新能源产品制造系统属于中国两大发展战略——智能制造和“双碳”战略的重叠领域，因此，新能源产品的制造至关重要。然而，新能源产品制造系统纷繁复杂，包括多产品混流生产，连续和离散制造流程的耦合，快速变化的环境、时间敏感性约束和能源密集型运营等特征。“在全球新能源产品制造系统中，由于生产过程不可靠导致的制造能力无法满足需求是亟须解决的核心问题之一。2016年12月，苹果公司宣布，2015年9月和10月生产的某些iPhone 6S电池必须更换，因为它们会在剩余电量30%以上的情况下意外关机。据报道，这是因为某个电池组件在组装前，在空气中暴露了过长的时间，导致电池退化加快。2017年7月，特斯拉宣布，由于公司某类电池的生产严重不足，导致Model S和Model X汽车的交付量比需求量低40%。除了电池制造，还有一些行业也受到生产能力不足的影响。例如，在光伏产业中，太阳能电池板所需的硅材料的生产严重低于需求。这些事件均表明，制造业如何满足智能手机和平板电脑、便携式和可穿戴设备、电动和氢能汽车、发电和能源管理等方面日益增长的需求至关重要。为了实现技术的快速发展，需要实现新能源产品的高效、高质量的绿色生产制造。”李京山介绍。
对这类复杂制造系统进行分析与控制极具挑战，在目前还没有有效解决方案的背景下，业界和学术界均在急切地寻求突破。李京山的目标是，提出全新的集成数据驱动学习、多尺度系统建模、优化控制等方法，建立新能源产品复杂制造系统的理论框架，实现新能源产品生产的优化控制和能耗优化，并使研究成果成为更广泛的制造系统理论，助力产品制造业在国内的发展，为促进国家的繁荣强盛作出贡献。
工业工程大有可为
作为博士生导师，在工业界和学术界都有过工作经历的李京山，希望学生能有更多的机会去尝试各种各样的事情。他说：“通过实习，学生能了解行业的发展情况；而且很多学生其实并没有想好将来要做什么，通过实习他可以知道自己更喜欢什么。”所以，李京山很支持学生去实习，也会帮助学生寻找实习机会。
李京山坦言，每个老师都有自己培养学生的特点，很难说哪一种风格一定比另一种好。他很注重与学生的沟通与交流，每周都会抽出大量时间与学生逐个面对面讨论，学生推导的公式、文章中的每一句话，他都会逐字逐句认真去订正。他不会直接指定学生干什么，而是通过跟他们的交流，了解他们的研究兴趣。他知道没有兴趣很难做出漂亮的工作，对个人而言，坚持长期的努力需要大量的兴趣作为支撑；对国家的产业升级来说，群体的长期坚持才可能突破层层封锁的技术壁垒，所以他总会尽可能为学生找到他们既有兴趣又适合他们做的课题。
“真正解决工程问题是非常重要的，从0到1的研究其实更有意思。导师最大的任务是能够把学生尽快地带到领域的前沿，让学生知道应该以怎样的态度去迎接挑战。”李京山希望学生能够超越导师，去开创新的方向，成为所在领域的领军人物。
2022年1月4日，清华大学邱勇校长签署任命通知，正式聘任李京山为工业工程系主任，在受聘系主任的同时，李京山获授“加弗尔·萨文迪（Gavriel Salvendy）讲席教授”荣誉。这是2009年9月，清华大学工业工程系首任系主任加弗尔·萨文迪教授捐赠清华大学教育基金会、为工业工程系系主任设立的荣誉。
2001年10月11日，清华大学工业工程系刚成立时，曾特聘美国工程院院士、普渡大学加弗尔·萨文迪教授出任首届系主任和讲席教授。建系以来，工业工程系本着高起点、高水平、开放式的办学方针，参照国际一流的标准，建立了既与世界一流大学接轨又与中国经济社会发展需要相符合的工业工程学科和教育体系。引进一流的师资，以国际化的视野探索教育改革，追求学术卓越，广泛开展国际合作，形成了开放式办学、重视创新能力培养和实践教育的鲜明特色。
“在教育与研究方面建成世界一流的工业工程系，致力于提高中国和世界的生产力、提高人民的生活质量与生活水平。”这是工业工程系的立系宗旨。秉持此宗旨，作为工业工程系的新一届系主任，李京山将与全系师生和广大校友一同踔厉奋发、踵事增华，努力培养国家急需的，拥有系统思维、人文素养、运筹帷幄能力和国际视野的，并臻于至善的工程与管理复合型创新人才。同时，李京山将带领大家，在与国家战略的结合中奋楫笃行，聚焦复杂工业、服务与人机系统的优化、智能化和可持续发展，实现学科前沿基础理论的创新和工程实践的突破，解决复杂系统的综合效能问题，将清华大学工业工程系建设成名列世界前茅的工业工程院系。
李京山介绍，工业工程诞生于19世纪的美国，是美国七大工程学科之一，距今已有100多年的历史，它融工程和管理于一体，对工业发达国家的经济与社会发展起了巨大的推动作用。国际经验表明，任何一个国家的工业化和信息化过程都离不开工业工程的突出贡献。
近年来，无论是在师资规模、学生就业还是企业需求等方面，我国的工业工程专业均迎来了日新月异的发展局面，并伴随时代变化，发展成为一门系统性的综合数理、工程和社会学知识，集管理与优化于一体的交叉科学。但工业工程也面临着新的挑战和机遇，需要不断探索新的方法，解决新的问题。
对工业工程的未来，李京山始终充满信心，他说：“‘非精不能明其理，非博不能至于约’。科学发展与技术进步的最新成果已被融合到工业工程中并得以弘扬发展。大数据、人工智能、机器人、工业互联网、碳中和、精准医疗、人机协同等正逐渐成为工业工程学科发展中新的研究与应用领域。而更广泛且深刻的挑战与机遇，也将为工业工程的发展注入新的活力。工业工程的‘系统之真知识’必将在国家高质量发展与满足社会重大需求方面大有作为，为我国下一阶段的经济与社会转型，提高人民的生活水平，建设和谐富裕的强大国家，作出非凡贡献。”
专家简介
李京山，本科毕业于清华大学自动化系，中国科学院自动化所硕士，美国密歇根大学安娜堡分校电机工程与计算机科学系博士。在美国肯塔基大学电机与计算机工程系和制造中心、通用汽车公司研发中心制造系统研究实验室有过丰富工作经历。曾任美国威斯康星大学麦迪逊分校工业与系统工程系终身正教授（至2021年9月）。现为清华大学工业工程系系主任、加弗尔·萨文迪（Gavriel Salvendy）讲席教授，电气和电子工程师学会会士、工业与系统工程师学会会士。
李京山的主要研究领域包括系统建模、分析和控制，并应用在生产、服务和医疗领域，做出了许多重要的原创性工作，发表了大量经同行评议的期刊和会议论文，著有2本教材，编纂了7本丛书。他曾获得美国国家科学基金会早期职业奖、IEEE机器人与自动化学会早期职业奖、多项国际顶级期刊与会议大奖和最佳教材奖，以及威斯康星大学多项荣誉奖项。曾任多个国际顶级年会主席和著名期刊资深编辑，曾参与组织过多个旗舰国际会议，获得过诸多来自政府部门、工业界和医疗机构的研究经费支持。
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