工業(yè)自動化未來的發(fā)展方向

1、工業(yè)自動化未來的發(fā)展方向工業(yè)自動化就是工業(yè)生產(chǎn)中的各種參數(shù)為控制目的，實現(xiàn)各種過程控制，在整個工業(yè)生產(chǎn)中，盡量減少人力的操作，而能充分利用動物以外的能源與各種資訊來進行生產(chǎn)工作，即稱為工業(yè)自動化生 產(chǎn)，而使工業(yè)能進行自動生產(chǎn)之過程稱為工業(yè)自動化。概述工業(yè)自動化是機器設備或生產(chǎn)過程在不需要人工直接干預的情況下，按預期的目標實現(xiàn)測量、操縱等信息處理和過程控制的統(tǒng)稱。自動化技術就是探索和研究實現(xiàn)自動化過程的方法和技術。它是涉及機械、微電子、計算機、機器視覺等技術領域的一門綜合性技術。工業(yè)革命是自動化技術的助產(chǎn)士。正是由于工業(yè)革命的需要，自動化技術才沖破了卵殼，得到了蓬勃發(fā)展。同時自動化技術也促進了工

2、業(yè)的進步，如今自動化技術已經(jīng)被廣泛的應用于機械制造、電力、建筑、交通運輸、信息技術等領域，成為提高勞動生產(chǎn)率的 主要手段。1隨著我國制造廠商對自動化程度的提高，制造業(yè)生產(chǎn)線開始趨向個性化，單一檢測數(shù)據(jù)的儀器組成的檢測環(huán)節(jié)需要投入大量的人力物力，不適應快速檢測。因此，集合多種檢測功能的快速自動檢測設備才是客戶真正所需要的，快速自動檢測儀是一種“非標測試設備”，需要對客戶生產(chǎn)線進行深入的需求調(diào)查，量身定制檢測方案，因此被稱之為“定制檢測”，“定制檢測”在工業(yè)自動化快速 檢測中起到重要作用。自動化技術作為 20 世紀工業(yè)領域中最重要的技術之一，主要解決的是生產(chǎn)效率和一致性問題。無論是追求高速、連續(xù)和

3、大批量的大型企業(yè)，還是追求靈活、柔性的定制化的中心企業(yè),都依賴自動化技術的應用。當今世界已經(jīng)從產(chǎn)品經(jīng)濟過度到服務經(jīng)濟，過度到一個需要客戶體驗的時代大規(guī)模定制，也就是快速大批量制造符合個性需求的產(chǎn)品，已經(jīng)成為世界級的發(fā)展趨勢。這就需要生產(chǎn)企業(yè)的具有很高的自動化水平來解決效率和柔性的矛盾。自動化技術與現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的關系已經(jīng)遠遠超越了為企業(yè)提高效益的范疇，而是 成為企業(yè)賴以生存和發(fā)展的基礎之一。技術簡介工業(yè)自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的綜合性高技術，包括工業(yè)自動化軟件

4、、硬件和系統(tǒng)三大部分。 工業(yè)自動化技術作為 20 世紀現(xiàn)代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業(yè)還是追求靈活、柔性和定制化企業(yè)，都必須依靠自動化技術的應用。 自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程起著明顯的提升作用： （1）提高生產(chǎn)過程的安全性；（2） 提高生產(chǎn)效率；（3） 提高產(chǎn)品質(zhì)量；（4） 減少生產(chǎn)過程的原材料、能源損耗。據(jù)國際權威咨詢機構(gòu)統(tǒng)計，對自動化系統(tǒng)投入和企業(yè)效益方面提升產(chǎn)出比約 1：4 至 1：6之間。特別在資金密集型企業(yè)中，自動化系統(tǒng)占設備總投資 10%以下，起到“四兩撥千金”的作用。 傳統(tǒng)的工業(yè)自動化系統(tǒng)即機電一體化系統(tǒng)

5、主要是對設備和生產(chǎn)過程的控制，即由機械本體、動力部分、測試傳感部分、執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動部分、控制及信號處理單元、接口等硬件元素，在軟件程序和電子電路邏輯的有目的的信息流引導下，相互協(xié)調(diào)、有機融合和集成，形成物質(zhì)和能量的有序規(guī)則運 動，從而組成工業(yè)自動化系統(tǒng)或產(chǎn)品。在工業(yè)自動化領域，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)和 集散式控制系統(tǒng) dcs 的發(fā)展歷程。隨著控制技術、計算機、通信、網(wǎng)絡等技術的發(fā)展，信息交互溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設備層到控制、管理各個層次。工業(yè)控制機系統(tǒng)一般是指對工業(yè)生產(chǎn)過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制

6、的自動化技術工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。今天，對自動化最簡單的理解也轉(zhuǎn)變?yōu)椋河脧V義的機器（包 括計算機）來部分代替或完全取代或超越人的體力。2發(fā)展第一階段40 年代-60 年代初需求動力：市場競爭，資源利用，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，適應批量生產(chǎn)需要。主要特點：此階段主要為單機自動化階段，主要特點是：各種單機自動化加工設備出現(xiàn)，并不斷擴大應用和向工業(yè)自動化縱深方向發(fā)展。典型成果和產(chǎn)品：硬件數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床。 第二階段60 年代中-70 年代初期需求動力：市場競爭加劇，要求產(chǎn)品更新快，產(chǎn)品質(zhì)量高，并適應大中批量生產(chǎn)需要和減輕勞動強度。主要特點：此階段主要以自動生產(chǎn)線為標志，其主

7、要特點是：在單機自動化的基礎上，各種組合機床、組合生產(chǎn)線出現(xiàn)，同時軟件數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)并用于機床，cad、cam 等軟件開始用于實際工程的設計和制造中，此階段硬件加工設備適合于大中批量的生產(chǎn)和加工。典型成果和產(chǎn)品：用于 鉆、鏜、銑等加工的自動生產(chǎn)線。第三階段70 年代中期-至今需求動力：市場環(huán)境的變化，使多品種、中小批量生產(chǎn)中普遍性問題愈發(fā)嚴重，要求自動化技術向其廣度和深度發(fā)展，使其各相關技術高度綜合，發(fā)揮整體最佳效能。主要特點：自 70 年代初期美國學者首次提出 cim 概念至今，自動化領域已發(fā)生了巨大變化，其主 要特點是：cim 已作為一種哲理、一種方法工業(yè)自動化逐步為人們所接受；cim 也是

8、一種實現(xiàn)集成的相應技術，把分散獨立的單元自動化技術集成為一個優(yōu)化的整體。所謂哲理，就是企業(yè)應根據(jù)需求來分析并克服現(xiàn)存的“瓶頸”，從而實現(xiàn)不斷提高實力、競爭力的思想策略；而作為實現(xiàn)集成的相應技術，一般認為是：數(shù)據(jù)獲取、分配、共享；網(wǎng)絡和通信；車間層設備控制器；計算機硬、軟件的規(guī)范、標準等。同時，并行工程作為一種經(jīng)營哲理和工作模式自 80 年代末期開始應用和活躍于自動化技術領域，并將進一步促進單元自動化技術的集成。典型成果和產(chǎn)品：cims 工 廠，柔性制造系統(tǒng)(fms）。編輯本段制造業(yè)蒸汽機新時代的開端，設計自動化cad 和 capp，車間舊貌換新顏，數(shù)控機床、柔性制造系統(tǒng)（fms）、 虛擬機床、

9、dnc 系統(tǒng)、淺談自動化孤島、未來工廠cims、自動化倉庫 abc、現(xiàn)場總線技術、制造自動化：并行工程、敏捷制造、精良生產(chǎn)、仿生制造、智能制造、虛擬制造、虛擬現(xiàn)實技術 1、虛擬現(xiàn)實技術 2。 電力系統(tǒng)管理控制隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，電能的需要也在不斷地增加，發(fā)電設備也相應增多，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行方式也越來越復雜，人們對電能質(zhì)量的要求也越來越高。為了保證用戶的用電，必 須對電網(wǎng)進行管理和控制。電力系統(tǒng)運行管理和調(diào)度的任務很復雜，但簡單說來，就是：、盡量維持電力系統(tǒng)的正常運行，安全是電力系統(tǒng)的頭等大事，系統(tǒng)一旦發(fā)生事故，其危害是難以估計的，因此，努力維持電力系 統(tǒng)的正常運行是首要任務；

10、、為用戶提供高質(zhì)量的電能，反映電能質(zhì)量的三個參數(shù)就是電壓、頻率和波形。這三個參數(shù)必須在規(guī)定范圍內(nèi)，才能保證電能的質(zhì)量。穩(wěn)定電壓的關鍵是調(diào)節(jié)系統(tǒng)中無功功率的平衡，頻率工業(yè)自動化的變化，是整個系統(tǒng)有功功率的平衡問題，波形是由發(fā)電機決定 的；、保證電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，使發(fā)電成本最經(jīng)濟。電力系統(tǒng)是一個分布面廣、設備量大、信息參數(shù)多的系統(tǒng)，發(fā)電廠發(fā)出電能供給用戶，必須經(jīng)幾級變壓器變壓才能傳輸。各級電壓通過輸電線路向用戶供電，電壓從低到高，再從高到低，以利于能量的傳送。電壓的變換，形成不同的電壓級別，形成一個個不同電壓級別的變電站，變電站之間是輸電線，因而形成了復雜的電力網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。電網(wǎng)調(diào)度正是按照電網(wǎng)

11、的這種拓撲結(jié)構(gòu)進行管理和調(diào)度 的。一般情況下，電網(wǎng)按電壓級別設置調(diào)度中心，電壓級別越高，調(diào)度中心的級別也越高。整個系統(tǒng)是一個寶塔型的網(wǎng)絡圖。分級調(diào)度可以簡化網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，使信息的傳送變得更加合理，從而大大節(jié)省通信設備，并提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。按中國的情況，電力系統(tǒng)調(diào)度分為國家調(diào)度中心，大區(qū)網(wǎng)局級調(diào)度控制中心，省級調(diào)度控制中心，地區(qū)調(diào)度控制中心，縣級調(diào)度中心。各級直接管理和調(diào)度 其下一層調(diào)度中心。電網(wǎng)調(diào)度電網(wǎng)調(diào)度自動化是一個總稱，由于各級調(diào)度中心的任務不同，調(diào)度自動化系統(tǒng)的規(guī)模也不同，但無論哪一級調(diào)度自動化系統(tǒng)，都具有一種最基本的功能，就是監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，又稱 scada系統(tǒng)功能（s

12、upervisory control and data acquisition）。 scada 主要包括以下一些功能：數(shù)據(jù)采集； 信息顯示；監(jiān)視控制； 報警處理；信息存儲及報告 事件順序記錄；數(shù)據(jù)計算； 具有 rtu（遠端終端單 元）處理功能；事件追憶功能。自動發(fā)電控制功能 agc：agc 系統(tǒng)主要要求達到對發(fā)電機發(fā)電多少不是由電廠直接控制，而是由電廠上級的調(diào)度中心根據(jù)全局優(yōu)化 的原則來進行控制。經(jīng)濟調(diào)度控制功能 edc（economic dispatch control）：edc 的目的是控制電力系統(tǒng)中各發(fā)電機的出力分配，使電網(wǎng)運行成本最 小，edc 常包含在 agc 中。安全分析功能 sa

13、（security analyze）：sa 功能是電網(wǎng)調(diào)度為了做到“防患于未然”而配備的功能。它通過計算機對當前電網(wǎng)運行狀態(tài)的分析，估計出可能出現(xiàn)的故障，預先采取措施，避免事故發(fā)生。如果電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)具有了 scada+agc/edc+sa 功能，就稱為能量管理系統(tǒng) ems（energy managementsystem）。數(shù)字傳輸技術和光纖通信技術的提高，使得電網(wǎng)調(diào)度自動化也進入了網(wǎng)絡化，如今電網(wǎng)調(diào)度中的計算機配置大多采用了開發(fā)分布式計算機系統(tǒng)。隨著中國國民經(jīng)濟的發(fā)展，中國也進入了大電網(wǎng)、大機組、超高壓輸電的時代。完全可以相信，隨著中國新建電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的發(fā)展，中國電網(wǎng)調(diào)度自動化水平會進

14、一步地提 高，達到世界先進水平。3柔性系統(tǒng)簡介柔性制造技術(fms）是對各種不同形狀加工對象實現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術的總和。柔性制造技術是技術密集型的技術群，凡是側(cè)重于柔性，適應于多品種、中小批量（包括單件產(chǎn)品）的加 工技術都屬于柔性制造技術。柔性可以表述為兩個方面。第一方面是系統(tǒng)適應外部環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來衡量；第二方面是系統(tǒng)適應內(nèi)部變化的能力，可用在有干擾（如機器出現(xiàn)故障）情況下，這時系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比可以用來衡量柔 性?！叭嵝浴笔窍鄬τ凇皠傂浴倍缘模瑐鹘y(tǒng)的“剛性”自動化生產(chǎn)線主要實現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點是生產(chǎn)率很高，由

15、于設備是固定的，所以設備利用率也很高，單件產(chǎn)品的成本低。但價格相當昂貴，且只能加工一個或幾個相類似的零件。如果想要獲得其他品種的產(chǎn)品，則必須對其結(jié)構(gòu)進行大調(diào)整，重新配置系統(tǒng)內(nèi)各要素，其工作量和經(jīng)費投入與構(gòu)造一個新的生產(chǎn)線往往不相上下。剛性的大批量制造自動化生產(chǎn)線只適合生產(chǎn)少數(shù)幾個品種的產(chǎn)品，難以應付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著社會進步和生活水平的提高，市場更加需要具有特色、符合顧客個人要求樣式和功能千差萬別的產(chǎn)品。激烈的市場競爭迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式發(fā)生改變，要求對傳統(tǒng)的零部件生產(chǎn)工藝加以改進。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)不能滿足市場對多品種小批量產(chǎn)品的需求，這就使系統(tǒng)的柔性對系統(tǒng)的生存越來越重要。隨著批量

16、生產(chǎn)時代正逐漸被適應市場動態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個制造自動化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不 同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當重要的位置。分類機器柔性 當要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時，機器隨產(chǎn)品變化 而加工不同零件的難易程度。工藝柔性 一是工藝流程不變時自身適應產(chǎn)品或原材料變化的能力；二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應產(chǎn)品或原材料變化而改變相應工藝的難 易程度。產(chǎn)品柔性 一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；二是產(chǎn)品更新后，對老產(chǎn)品有用特性的繼 承能力和兼容能力。維護柔性 采用工業(yè)自動化多種方式查詢、處理故障

17、，保障生產(chǎn)正常進行的能力。生產(chǎn)能力柔性 當生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟地運行的能力。對于 根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點尤為重要。擴展柔性 當生產(chǎn)需要的時候，可以很容易地擴展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加 模塊，構(gòu)成一個更大系統(tǒng)的能力。運行柔性 利用不同的機器、材料、工藝流程來生產(chǎn)一系列產(chǎn)品的 能力和同樣的產(chǎn)品，換用不同工序加工的能力。柔性制造系統(tǒng)是有一個由計算機集成管理和控制的、用于高效率地制造中小批量 多品種零部件的自動化制造系統(tǒng)。它具有：多個標準的制造單元，具有自動上下料功能的數(shù)控機床；一套物料存儲運輸系統(tǒng)，可以在機床的裝夾工位之間運送工件和刀具；fms 是一套可編程的制造系統(tǒng)，含有自動物料輸送設備，

18、能在 計算機的支持下實現(xiàn)信息集成和物流集成，它可同時加工具有相似形體特征和加工工藝的多種零件；能自動更換刀具和工件；能方便地上網(wǎng)，容易于其它系統(tǒng)集成；能進行動態(tài)調(diào)度，局部故障時，可動態(tài)重組物流路徑。fms 規(guī)模趨于小型化、低成本，演變成柔性制造單元 fmc，它可能只有一臺加工中心，但具有獨立自動加工能力。有的 fmc 具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能，有的 fmc 還可以實現(xiàn) 24 小時無人運 轉(zhuǎn)。用于裝備的 fms 稱為柔性裝備系統(tǒng)（fas）。智能制造簡介智能制造（intelligent manufacturing，im）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進

19、行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思。和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智 能化和高度集成化。談起智能制造，首先應介紹日本在 1990 年 4 月所倡導的“智能制造系統(tǒng) ims”國際合作研究計劃。許多發(fā)達國家如美國、歐洲共同體、加拿大、澳大利亞等參加了該項計劃。該計劃共計劃投資 10 億美元，對 100 個項目實施前期科研計劃。毫無疑問，智能化是制造自動化的發(fā)展方向。在制造過程的各個環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應用人工智能技術。專家系統(tǒng)技術可以用于工程設計，工藝過程設計，生產(chǎn)調(diào)度，故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)

20、絡和模糊控制技術等先進的計算機智能方法應用于產(chǎn)品配方，生產(chǎn)調(diào)度等，實現(xiàn)制造過程智能化。而人工智能技術尤其適合于解決特別復雜和不確定的問題。但同樣顯然的是，要在企業(yè)制造的全過程中全部實現(xiàn)智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遙遠的將 來。有人甚至提出這樣的問題，下個世工業(yè)自動化紀會實現(xiàn)智能自動化嗎？而如果只是在企業(yè)的某個局部緩解實現(xiàn)智能化，而又無法保證全局的優(yōu)化，則這種智能化的意義是有限的。從廣義概念上來理解，cims（計算機集成制造系統(tǒng)），敏捷制造等都可以看作是智能自動化的例子。的確，除了制造過程本身可以實現(xiàn)智能化外，還可以逐步實現(xiàn)智能設計，智能管理等，再加上信息集成，全局優(yōu)化，逐步提高

21、系統(tǒng)的智能化水平，最終建立智能制造 系統(tǒng)。這可能是實現(xiàn)智能制造的一種可行途徑。多智能體（multi-agent ）系統(tǒng)agent 原為代理商，是指在商品經(jīng)濟活動中被授權代表委托人的一方。后來被借用到人工智能和計算機科學等領域，以描述計算機軟件的智能行為，稱為智能體。1992 年曾經(jīng)有人預言：“基于agent 的計算將可能成為下一代軟件開發(fā)的重大突破。隨著人工智能和計算機技術在制造業(yè)中的廣泛應用，多智能體系統(tǒng)技術對解決產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造乃至產(chǎn)品的整個生命周期中的多領域間的協(xié)調(diào)合作提供了一種智能化的方法，也為系統(tǒng)集成、并行設計，并實現(xiàn) 智能制造提供了更有效的手段。整子系統(tǒng)（holonic syst

22、em ）整子系統(tǒng)的基本構(gòu)件是整子（holon）。holon 是從希臘語借過來的，人們用 holon 表示系統(tǒng)的最小組成個體，整子系統(tǒng)就是由很多 不同種類的整子構(gòu)成。整子的最本質(zhì)特征是：自治性，每個整子可以對其自身的操作行為作出規(guī)劃，可以對意外事件（如制造資源變化、制造任務貨物要求變化等）作出反應，并 且其行為可控；合作性，每個整子可以請求其它整子執(zhí)行某種操作行為，也可以 對工業(yè)自動化其他整子提出的操作申請?zhí)峁┓?；智能性，整子具有推理、判斷等智力，這也是它具有自治性和合作性的內(nèi)在原因。整子的上述特點表明，它與智能體的概念相似。由 于整子的全能性，有人把它也譯為全能系統(tǒng)。整子系統(tǒng)的特點是：敏捷性

23、，具有自組織能力，可快速、可靠地組建新系統(tǒng)。柔性，對于快速變化的市場、變化的制造要求有很強的適應性。除此之外，還有生物制造、綠色制造、分形制造等模式。制造模式主要反映了管理科學的發(fā)展，也是自動化、系統(tǒng)技術的研究成果，它將對各種單元自動化技術提出新的課題，從而在整體上影響到制造自動化的發(fā)展方向。展望未來，21 世紀的制造自動化將沿著歷史的 軌道繼續(xù)前進。4熱點技術工業(yè)控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控

24、制自動化技術作為 20 世紀現(xiàn)代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直 接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。中國工控自動化的發(fā)展道路，大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發(fā)和應用。中國工業(yè)控制自動化技術、產(chǎn)業(yè)和應用都有了很大的發(fā)展，中國工業(yè)計算機系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。工業(yè)控制自動化技術正在向智能化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展。 以工業(yè) pc 為基礎的低成本工業(yè)控制自動化將成為主流眾所周知，從 20 世紀 60 年代開始，西方國家就依靠技術進步（即新設備、新工藝以及計算機應用）開始對傳統(tǒng)工業(yè)進行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。20 世紀

25、末世界上最大的變化就是全球市場的形成。全球市場導致競爭空前激烈， 促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場時間（time to market）、改善質(zhì)量（quality）、降低成本（cost）以及完善服務體系（service），這就是企業(yè)的 t.q.c.s.。雖然計算機集成制造系統(tǒng)（cims）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善的 t.q.c.s.，使企業(yè)實現(xiàn)“在正確的時間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五個正確”。然而這種自動化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時是高風險的發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在中國，中小型企業(yè)以及準大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控

26、制自動化的 道路。工業(yè)控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎自動化和過程自動化。傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)，基礎自動化部分基本被 plc 和 dcs 所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進口的過程計算機或小型機組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應用軟件的價格之高令眾多企業(yè)望 而卻步。20 世紀 90 年代以來，由于 pc-based 的工業(yè)計算機（簡稱工業(yè)pc）的發(fā)展，以工業(yè) pc、i/o 裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡組成的pc-based 的自動化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實現(xiàn)低成本工業(yè)自動化的重要途徑。中國重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐，也

27、拆除了原來 dcs 或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器，而改用工業(yè)pc 來組成控制系統(tǒng)，并采用模糊控制算法，獲得了良好效果。由于基于 pc 的控制器被證明可以像 plc 一樣可靠，并且被操作和維護人員接受，所以，一個接一個的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用 pc 控制方案?；?pc 的控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，從長遠角度看，pc控制系統(tǒng)維護成本低。由于可編程控制器（plc）受 pc 控制的威脅最大，所以 plc 供應商對 pc 的應用感到很不安。事實上，他們也 加入到了 pc 控制“浪潮”中。工業(yè) pc 在中國得到了異常迅速的發(fā)展。從世界范圍來看，工業(yè) pc主

28、要包含兩種類型：ipc 工控機和 compact pci 工控機以及它們的變形機，如 at96 總線工控機等。由于基礎自動化和過程自動化對工業(yè) pc 的運行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現(xiàn)有的 ipc已經(jīng)不能完全滿足要求，將逐漸退出該領域，取而代之的將是compactpci-based 工控機，而 ipc 將占據(jù)管理自動化層。國家于2001 年設立了“以工業(yè)控制計算機為基礎的開放式控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”工業(yè)自動化重大專項，目標就是發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的 pc-based 控制系統(tǒng)，在 3（5 年內(nèi)，占領 30%（50%的國內(nèi)市場，并 實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。幾年前，當“軟 plc”出現(xiàn)時，業(yè)界曾認為工業(yè) p

29、c 將會取代plc。然而，時至今日工業(yè) pc 并沒有代替 plc，主要有兩個原因：一個是系統(tǒng)集成原因；另一個是軟件操作系統(tǒng) windows nt 的原因。一個成功的 pc-based 控制系統(tǒng)要具備兩點：一是所有工作要由一個平臺上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西?？梢灶A見，工業(yè) pc 與 plc 的競爭將主要在高端應用上，其數(shù)據(jù)復雜且設備集成度高。工業(yè) pc 不可能與低價的微型 plc 競爭，這也是plc 市場增長最快的一部分。從發(fā)展趨勢看，控制系統(tǒng)的將來很可能存在于工業(yè) pc 和 plc 之間，這些融合的跡象已經(jīng)出現(xiàn)。和 plc 一樣，工業(yè) pc 市場在過去的兩年里保持平穩(wěn)。與 p

30、lc 相比，工業(yè) pc 軟件很便宜。據(jù) frost & sullivan 公司估計，全世界每年 7 億美元工業(yè) pc 市場里，大約 8500 萬美元為控制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。到 2007 年會翻一番，工業(yè) pc 市場變得非?？?觀。plc 在向微型化、網(wǎng)絡化、pc 化和開放性方向發(fā)展全世界 plc 生產(chǎn)廠家約 200 家，生產(chǎn) 300 多種產(chǎn)品。國內(nèi) plc 市場仍以國外產(chǎn)品為主，如 siemens、modicon、a-b、omron、三菱、ge 的產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi) plc 生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說 plc 在中國尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。

31、在 plc 應用方面，中國是很活躍的，應用的行業(yè)也很廣。專家估計，2000 年 plc 的國內(nèi)市場銷量為 15（20 萬套（其中進口占 90%左右），約 25（35 億元人民幣，年增長率約為 12%。預計到 2005 年全國 plc 需求量將達到 25 萬套左 右，約 35（45 億元人民幣。plc 市場也反映了全世界制造業(yè)的狀況，2000 后大幅度下滑。但是，按照 automation research corp 的預測，盡管全球經(jīng)濟下滑，plc 市場將會復蘇，估計全球 plc 市場在 2000 年為 76 億美 元，到 2005 年底將回到 76 億美元，并繼續(xù)略微增長。微型化、網(wǎng)絡化、p

32、c 化和開放性是 plc 未來發(fā)展的主要方向。在基于 plc 自動化的早期，plc 體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型 plc（小于 32 i/o）已經(jīng)出現(xiàn)，價格只有幾百歐元。隨著軟 plc（soft plc）控制組態(tài)軟件的進一步完善和發(fā)展，安裝有軟 plc 組態(tài)軟件和 pc-based 控制的市場份額將逐步得到增長。當前，過程控制領域最大的發(fā)展趨勢之一就是 ethernet 技術的擴展，plc 也不例外。如今越來越多的 plc 供應商開始提供 ethernet接口。可以相信，plc 將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是 基于工業(yè) pc 的控制系統(tǒng)。面向測控管一體化設計的 dcs 系統(tǒng)集

33、散控制系統(tǒng) dcs（distributed control system）問世于 1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國。中國從 70 年代中后期起，首先由大型進口設備成套中引入國外的 dcs，首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當時，中國主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的 dcs 基本全部進口。80 年代初期在引進、消化和吸 收的同時，開始了研制國產(chǎn)化 dcs 的技術攻關。近 10 年，特別是“九五”以來，中國 dcs 系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展很快，崛起了一批優(yōu)秀企業(yè)，如北京和利時公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測控公司、電科院以及北京康拓集團等。這批企業(yè)研制生產(chǎn)的

34、dcs 系統(tǒng)，不僅品種數(shù)量大幅度增加，而且產(chǎn)品技術水平已經(jīng)達到或接近國際先進水平。在 2001 年全國應用的 4426 套 dcs 系統(tǒng)中，國產(chǎn) dcs 系統(tǒng)為 1486 套，占35%。短短幾年，國外 dcs 系統(tǒng)在中國一統(tǒng)天下的局面從此不再出現(xiàn)。這些專業(yè)化公司不僅占據(jù)了一定的市場份額，積累了發(fā)展的資本和技術，同時使得國外引進的 dcs 系統(tǒng)價格也大幅度下降，為中國自動化推廣事業(yè)做出了貢獻。與此同時，國產(chǎn) dcs 系統(tǒng)的出口也 在逐年增長。雖然國產(chǎn) dcs 的發(fā)展取得了長足進步，但國外 dcs 產(chǎn)品在國內(nèi)市場中占有率還較高，其中主要是 honeywell 和橫河公司的產(chǎn)品。中國 dcs 的市場

35、年增長率約為 20%，年市場額約為 30（35 億元。由于近 5 年內(nèi) dcs 在石化行業(yè)大型自控裝置中沒有可替代產(chǎn)品，所以其市場增長率不會下降。據(jù)統(tǒng)計，到 2005 年，中國石化行業(yè)有1000 多套裝置需要應用 dcs 控制；電力系統(tǒng)每年新裝 1000 多萬千瓦發(fā)電機組，需要 dcs 實現(xiàn)監(jiān)控；不少企業(yè)已使用 dcs 近 1520 年，需要更新和改造。控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場總線（fcs）方向發(fā)展由于 3c（computer、control、communication）技術的發(fā)展，過程控制系統(tǒng)將由 dcs 發(fā)展到 fcs（fieldbus controlsystem）。fcs 可以將 pid 控制

36、徹底分散到現(xiàn)場設備（fielddevice）中?；诂F(xiàn)場總線的 fcs 又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)，它將取代現(xiàn)場一對一的420ma 模擬信號線，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來 革命性的變化。根據(jù) iec61158 的定義，現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線使測控設備具備了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設備的功能、性能。iec/tc65 的 sc65c/wg6 工作組于 1984 年開始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場總線標準工作，走

37、過了 16 年的艱難歷程，于 1993 年推出了 iec61158-2，之后的標準制定就陷于混亂。計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（dcs）后，將朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fcs）的方向發(fā)展。雖然以現(xiàn)場總線為基礎的 fcs 發(fā)展很快，但 fcs 發(fā)展還有很多工作要做，如統(tǒng)一標準、儀表智能化等。另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護和改造還需要 dcs，因此 fcs 完全取代傳統(tǒng)的 dcs 還需要一個較長的過程，同時 dcs 本身也在不斷的發(fā)展與完善?？梢钥隙ǖ氖?，結(jié)合dcs、工業(yè)以太網(wǎng)、先進控制等新技術的 fcs 將具有強大的

38、生命力。工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線技術作為一種靈活、方便、可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，在工業(yè)現(xiàn)場得到了越來越多的應用，并將在控制領域 中占有更加重要的地位。儀器儀表技術在向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化、微型化方向發(fā)展經(jīng)過五十年的發(fā)展，中國儀器儀表工業(yè)已有相當基礎，初步形成了門類比較齊全的生產(chǎn)、科研、營銷體系，成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產(chǎn)國。隨著國際上數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化、微型化的產(chǎn)品逐漸成為主流，差距還將進一步加大。中國高檔、大型儀器設備大多依賴進口。中檔產(chǎn)品以及許多關鍵零部件，國外產(chǎn)品占有中國市場 60%以上的份額，而國產(chǎn)分析儀器占全球市場不到千分之 二的份額。今后儀器儀表技術的主要發(fā)展趨勢：儀器儀

39、表向智能化方向發(fā)展，產(chǎn)生智能儀器儀表；測控設備的 pc 化，虛擬儀器技術將迅速發(fā) 展；儀器儀表網(wǎng)絡化，產(chǎn)生網(wǎng)絡儀器與遠程測控系統(tǒng)。幾點建議：開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品，掌握核心技術；加強儀器儀表行業(yè)的系統(tǒng)集成能力；進一步拓展儀器儀表的應用領域。 數(shù)控技術向智能化、開放性、網(wǎng)絡化、信息化發(fā)展從 1952 年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應運而生，發(fā)展很快。就結(jié)構(gòu)形式而言，當今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致可分為 4 種類型：1.傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)；2.“pc 嵌入 nc”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)；3.“nc 嵌入 pc”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)；4.s

40、oft 型開放 式數(shù)控系統(tǒng)。中國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)，通過“七五”引進、消化、吸收，“八五”攻關和“九五”產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進展，基本上掌握了關鍵技術，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)，也帶動了機電控制與傳動控制技術的發(fā)展。同時，具有中國特色的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認可。國外數(shù)控系統(tǒng)技術發(fā)展的總體發(fā)展趨勢是：新一代數(shù)控系統(tǒng)向 pc化和開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；驅(qū)動裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展；增強通信功能，向網(wǎng)絡化發(fā)展；數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能 化發(fā)展。進入 21 世紀，人類社會將逐步進入知識經(jīng)濟時代

41、，知識將成為科技和生產(chǎn)發(fā)展的資本與動力，而機床工業(yè)，作為機器制造業(yè)、工業(yè)以至整個國民經(jīng)濟發(fā)展的裝備部門，毫無疑問，其戰(zhàn)略性重要地 位、受重視程度，也將更加鮮明突出。智能化、開放性、網(wǎng)絡化、信息化成為未來數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床發(fā)展的主要趨勢：向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)展；向模塊化、智能化、柔性化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展；向 pc-based化和開放性方向發(fā)展；出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備，機械加工向虛擬制造的方向發(fā)展；信息技術（it）與機床的結(jié)合，機電一體化先進機床將得到發(fā)展；納米技術將形成新發(fā)展潮流，并將有新的 突破；節(jié)能環(huán)保機床將加速發(fā)展，占領廣大市場。工業(yè)控制網(wǎng)絡將向有線和無線相結(jié)合

42、方向發(fā)展無線局域網(wǎng)（wireless lan）技術可以非常便捷地以無線方式連接網(wǎng)絡設備，人們可隨時、隨地、隨意地訪問網(wǎng)絡資源，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。無線局域網(wǎng)可以在不采用網(wǎng)絡電纜線的情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。在推動網(wǎng)絡技術發(fā)展的同時，無線局域網(wǎng)也在改變著人們的生活方式。無線網(wǎng)通信協(xié)議通常采用ieee802.3 和 802.11。802.3 用于點對點方式，802.11 用于一點對多點方式。無線局域網(wǎng)可以在普通局域網(wǎng)基礎上通過無線 hub、無線接入站（ap）、無線網(wǎng)橋、無線 modem 及無線網(wǎng)卡等來實現(xiàn)，以無線網(wǎng)卡使用最為普遍。無線局域網(wǎng)的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫游

43、、網(wǎng)絡管理以及與 3g 等其它移動通信系統(tǒng)之 間的關系等問題上。在工業(yè)自動化領域，有成千上萬的感應器，檢測器，計算機，plc，讀卡器等設備，需要互相連接形成一個控制網(wǎng)絡，通常這些設備提供的通信接口是 rs-232 或 rs-485。無線局域網(wǎng)設備使用隔離型信號轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設備的 rs-232 串口信號與無線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡信號相互轉(zhuǎn)換，符合無線局域網(wǎng) ieee 802.11b 和以太網(wǎng)絡ieee 802.3 標準，支持標準的 tcp/ip 網(wǎng)絡通信協(xié)議，有效的擴展 了工業(yè)設備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。計算機網(wǎng)絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的結(jié)合，產(chǎn)生了“基于無線技術的網(wǎng)絡化智能傳感器”的全新概念。

44、這種基于無線技術的網(wǎng)絡化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網(wǎng)技術能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設備、移動機器人以及各種自動化設備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補了有線網(wǎng)絡的不足，進一步完善了工業(yè)控制網(wǎng) 絡的通信性能。工業(yè)控制軟件正向先進控制方向發(fā)展作為工控軟件的一個重要組成部分，國內(nèi)人機界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取得了較大進展，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎上，工業(yè)控制軟件將 從人機界面和基本策略組態(tài)向先進控制方向發(fā)展。先進過程控制 apc（advan

45、ced process control）還沒有嚴格而統(tǒng)一的定義。一般將基于數(shù)學模型而又必須用計算機來實現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱為先進過程控制策略。如：自適應控制；預測控制；魯棒控制；智能控制（專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡）等。由于先進控制和優(yōu)化軟件可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，因此這些軟件也身價倍增。國際上已經(jīng)有幾十家公司，推出了上百種先進控制和優(yōu)化軟件產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)形成了一個強大的流程工業(yè)應用軟件產(chǎn)業(yè)。因此，開發(fā)中國具有自主知識產(chǎn)權的先進控制和優(yōu)化軟件， 打破外國產(chǎn)品的壟斷，替代進口，具有十分重要的意義。在未來，工業(yè)控制軟件將繼續(xù)向標準化、網(wǎng)絡化、智能化和開放性 發(fā)展方向。工業(yè)信息化是指在工業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營過程中，通過信息基礎設施