我國自動(dòng)化發(fā)展史

1、自動(dòng)化控制和應(yīng)用從古到今一提到自動(dòng)化很多人就會(huì)問自動(dòng)化是什么？所謂自動(dòng)化就是指機(jī)器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)地進(jìn)行操作或運(yùn)行。廣義的講，自動(dòng)化還包括模擬或再現(xiàn)人的自能活動(dòng)。自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)以及家庭等各方面。采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展、放大人的功能和創(chuàng)新的功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此自動(dòng)化是一個(gè)國家或社會(huì)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。在我國的古代，很多的能工巧匠就發(fā)明了許多原始的自動(dòng)裝置，以滿足生產(chǎn)、生活和作戰(zhàn)的需要

2、。其中比較著名的就有以下幾種：（1） 指南車指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動(dòng)離合齒輪系裝置的車輛。指南車是一種馬拉的雙輪獨(dú)轅車，車箱上立一個(gè)伸臂的木人。宋史輿服志中對指南車的構(gòu)造和各齒輪大小和齒輪數(shù)都有詳細(xì)的記載。（2） 銅壺滴漏即漏壺，中國古代的自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置，又稱刻漏或漏刻。漏壺的最早記載見于周記。這種計(jì)時(shí)裝置最初只有兩個(gè)壺，由壺上滴水到下面的受水壺，液面使浮箭升起以示刻度（時(shí)間）。（3） 飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)宋朝仇士良著的嶺外代答（公元1178）蹭記載中國南方和西南方部落村民的一種習(xí)俗，就是常用長0.6米以上的飲酒管飲酒。在這種竹制飲酒管中有一條銀制小魚，作為可動(dòng)的開關(guān)（即浮子式

3、閥門）。這種閥門可用來保持均勻的飲酒速度。（4） 記里鼓車中國古代有能自報(bào)行車?yán)锍痰能囍疲菛|漢以后出現(xiàn)的，由漢代改裝而成，車中裝設(shè)具有減速作用的傳動(dòng)齒輪和凸輪、杠桿等機(jī)構(gòu)。車行一里，車上木人受凸輪牽動(dòng)，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以表示車的里程。（5） 漏水轉(zhuǎn)渾天儀公元2世紀(jì)，中國東漢的天文學(xué)家張衡創(chuàng)制的一種天文表演儀器。它是一種用漏水推動(dòng)的水運(yùn)渾象，和現(xiàn)在的天球儀相似，可以用來實(shí)現(xiàn)天體運(yùn)行的自動(dòng)仿真。（6） 候風(fēng)地動(dòng)儀公元132年東漢張衡發(fā)明的一種觀察地震的自動(dòng)檢測儀器，它的工作原理涉及到檢測地震信號(hào)的大小和方向。（7） 水運(yùn)儀象臺(tái)北宋哲宗元祐三年，蘇頌、韓公廉等人制成的水力天文裝置。它既

4、能演示或能觀測天象，又能計(jì)時(shí)及報(bào)時(shí)。中國古代人民在原始的自動(dòng)裝置的創(chuàng)造和發(fā)明上作出了輝煌的成就，也為后來自動(dòng)化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自動(dòng)化的發(fā)展在世界的其他地方也有很大的發(fā)展。公元一世紀(jì)古埃及和希臘的發(fā)明家頁創(chuàng)造了教堂廟門自動(dòng)開啟、銅祭司自動(dòng)灑圣水、投幣式圣水箱等自動(dòng)裝置。17世紀(jì)以來，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在歐洲的一些國家相繼出現(xiàn)了多種自動(dòng)裝置，其中比較典型的有：法國物理學(xué)家B.帕斯卡在公元1642年發(fā)明的加法器;荷蘭機(jī)械師C.惠更斯于公元1657年發(fā)明的鐘表；英國機(jī)械師E.李在公元1745年發(fā)明帶有風(fēng)向控制的風(fēng)磨；俄國機(jī)械師H.波爾祖諾夫于公元1765年發(fā)明了蒸氣鍋爐水位保持恒定用的浮子式閥門水位調(diào)

5、節(jié)器。18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代自動(dòng)化技術(shù)形成，由于第一次工業(yè)革命的需要，自動(dòng)化調(diào)節(jié)有了更廣泛的應(yīng)用。公元1968年法國工程師J.法爾科發(fā)明反饋調(diào)節(jié)器；到了20世紀(jì)2030年代，美國開始采用PID調(diào)節(jié)器。這是一種模擬式調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在還在許多工廠中采用。20世紀(jì)4050年代局部自動(dòng)化時(shí)期，第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空火力控制系統(tǒng)和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題，各國科學(xué)家設(shè)計(jì)出各種精密的制動(dòng)調(diào)節(jié)裝置開創(chuàng)可防空火力系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域。第二次世界大戰(zhàn)后工業(yè)迅速發(fā)展，隨著高速飛行、核反應(yīng)堆、大電力網(wǎng)和大化工廠提出的新控制問題：非線性系統(tǒng)、時(shí)滯系統(tǒng)、脈沖及采樣系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)和有隨機(jī)

6、信號(hào)輸入的系統(tǒng)的控制問題的深入研究，經(jīng)典控制理論在20世紀(jì)50年代有新的發(fā)展。與此同時(shí)，在工業(yè)上已廣泛應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器，并用電子模擬計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代研制出了電動(dòng)單元組合儀表，這些為工業(yè)自動(dòng)化提供了必不可少的技術(shù)工具，并使得構(gòu)成和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)更簡便、更工程化了，我國也能生產(chǎn)系列化得國產(chǎn)氣動(dòng)單元組合儀表QDZ型和電動(dòng)單元組合儀表DDZ型，在國內(nèi)使用很廣。電子數(shù)字積分和自動(dòng)計(jì)數(shù)器。1950年美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾小組研制成世界上第二臺(tái)存儲(chǔ)程序式電子數(shù)字計(jì)算機(jī)離散變量電子自動(dòng)計(jì)算機(jī)。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明為20世紀(jì)6070年代開始的再控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用程序控制和邏輯控制以及應(yīng)

7、用數(shù)字計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)過程奠定了基礎(chǔ)。我國也在20世紀(jì)50年代中葉開始研制大型電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，并研制出了“銀河”電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。20世紀(jì)50年代末起至今進(jìn)入綜合自動(dòng)化時(shí)期。復(fù)雜工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)過程和航天技術(shù)的自動(dòng)控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，迫切需要加以解決。單經(jīng)典的控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。20世紀(jì)70年代微處理器的出現(xiàn)對實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的推動(dòng)作用。20世紀(jì)50年代末到60年代初，開始出現(xiàn)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)控制化的化工廠，20世紀(jì)60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動(dòng)生產(chǎn)線，工業(yè)生產(chǎn)開始由局部自動(dòng)化想綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)專用機(jī)床組成的無人工廠，

8、20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)用柔性制造系統(tǒng)組成的無人工廠。20世紀(jì)60年代末至70年代初，美、英等國的科學(xué)家們注意到人工智能的所有技術(shù)和機(jī)器人結(jié)合起來，研制出只能機(jī)器人。智能機(jī)器人會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)、核電站設(shè)備檢查及維修、海洋調(diào)查、水下石油開采、宇宙探測等方面大顯身手。從古到今，自動(dòng)化技術(shù)有了很大的發(fā)展。自動(dòng)化是新的技術(shù)革命的一個(gè)重要方面。自動(dòng)化技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，對人類的生產(chǎn)、生活的方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。 眾所周知，中國正在成為一座世界工廠。將近100種商品生產(chǎn)位居世界第一，它們遍布10多個(gè)工業(yè)行業(yè)，諸如：消費(fèi)品、制藥、電子器件等。中國在剛剛過去的2003年吸引了超過500億美元的海外投資。近年來每年

9、的經(jīng)濟(jì)增長速度保持在78%。制造業(yè)已經(jīng)成為中國最大的工業(yè)行業(yè)，然而來自裝備制造業(yè)的產(chǎn)值僅相當(dāng)于整個(gè)制造業(yè)產(chǎn)值的26%。與美國和德國超過40%的比例相比，在未來20年，中國制造業(yè)需要高速發(fā)展。這將給工廠自動(dòng)化帶來前所未有的機(jī)遇。資金密集型和技術(shù)密集型的工業(yè)越來越多地受到政府支持；另一方面，鑒于中國潛在的巨大市場和豐富低廉的人力資源，許多發(fā)達(dá)國家將他們的生產(chǎn)線和設(shè)備轉(zhuǎn)移到中國大陸開辦工廠，因此在未來較長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)，發(fā)展勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)仍將是中國政府的重要政策。 上面這些因素都直接影響著中國工業(yè)自動(dòng)化的面貌。例如在長春大眾和上海大眾的現(xiàn)代化工廠和nokia的北京工廠中，最先進(jìn)的工業(yè)生產(chǎn)線和檢測設(shè)備隨

10、處可見，自動(dòng)化水平及質(zhì)量檢測水平與他們在別的國家的生產(chǎn)基地相比毫不遜色甚至更高。你也可以看到很多半自動(dòng)化、半人工的生產(chǎn)線，人們僅僅在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)加入自動(dòng)檢測設(shè)備，在很多情況下這種安排反而帶來更高的效率和更低的成本。這種不平衡的帶有中國特色的發(fā)展格局自始至終都給工業(yè)視覺的發(fā)展產(chǎn)生影響。 機(jī)器視覺在中國短暫的發(fā)展歷史 1990年以前，僅僅在大學(xué)和研究所中有一些研究圖像處理和模式識(shí)別的實(shí)驗(yàn)室。在20世紀(jì)90年代初，一些來自這些研究機(jī)構(gòu)的工程師成立了他們自己的視覺公司，開發(fā)了第一代圖像處理產(chǎn)品，例如基于isa總線的灰度級(jí)圖像采集卡，和一些簡單的圖像處理軟件庫，他們的產(chǎn)品在大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室和一些工業(yè)場合得到

11、了應(yīng)用，人們能夠做一些基本的圖像處理和分析工作。盡管這些公司用視覺技術(shù)成功地解決了一些實(shí)際問題，例如多媒體處理，印刷品表面檢測，車牌識(shí)別等，但由于產(chǎn)品本身軟硬件方面的功能和可靠性還不夠好，限制了他們在工業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展?jié)摿Α４蠛銏D像公司就是做的較好者之一。另外，一個(gè)重要的因素是市場需求不大，工業(yè)界的很多工程師對機(jī)器視覺沒有概念，另外很多企業(yè)也沒有認(rèn)識(shí)到質(zhì)量控制的重要性。這種狀況一直持續(xù)到1998年。所以，我們稱19901998年為初級(jí)階段。期間真正的機(jī)器視覺系統(tǒng)市場銷售額微乎其微。主要的國際機(jī)器視覺廠商還沒有進(jìn)入中國市場。自從1998年，越來越多的電子和半導(dǎo)體工廠，包括香港和臺(tái)灣投資的工廠，落戶

12、廣東和上海。帶有機(jī)器視覺的整套的生產(chǎn)線和高級(jí)設(shè)備被引入中國。隨著這股潮流，一些廠商和制造商開始希望發(fā)展自己的視覺檢測設(shè)備，這是真正的機(jī)器視覺市場需求的開始。設(shè)備制造商或oem廠商需要更多來自外部的技術(shù)開發(fā)支持和產(chǎn)品選型指導(dǎo)，一些自動(dòng)化公司抓住了這個(gè)機(jī)遇，例如，北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司（原北京四通電機(jī)公司，主要做運(yùn)動(dòng)控制）。他們走了不同于上面提到的圖像公司的發(fā)展道路-做國際機(jī)器視覺供應(yīng)商的代理商和系統(tǒng)集成商。他們從美國和日本引入最先進(jìn)的成熟產(chǎn)品，給終端用戶提供專業(yè)培訓(xùn)咨詢服務(wù)，有時(shí)也和他們的商業(yè)伙伴一起開發(fā)整套的視覺檢測設(shè)備。 經(jīng)過長期市場開拓和培育，不僅僅是半導(dǎo)體和電子行業(yè)，而且在汽車、食品

13、、飲料、包裝等行業(yè)中，一些頂級(jí)廠商開始認(rèn)識(shí)到機(jī)器視覺對提升產(chǎn)品品質(zhì)的重要作用。這里，我們將19982002年定義為機(jī)器視覺概念引入期。在此階段，許多著名視覺設(shè)備供應(yīng)商，諸如：matsushita, omron，cognex, dvt,ccs, data translation, matrix,coreco,開始接觸中國市場尋求本地合作伙伴，但符合要求的本地合作伙伴寥若晨星。例如，北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司曾經(jīng)被五家外國公司選做主要代理商或解決方案提供商。 第三階段從2002年至今，我們稱之為機(jī)器視覺發(fā)展期，從下面幾點(diǎn)我們可以看到中國機(jī)器視覺的快速增長趨勢： a) 在各個(gè)行業(yè)，越來越多的客戶開始

14、尋求視覺檢測方案，機(jī)器視覺可以解決精確的測量問題和更好地提高他們的產(chǎn)品質(zhì)量，一些客戶甚至建立了自己的視覺部門。 b) 越來越多的本地公司開始在他們的業(yè)務(wù)中引入機(jī)器視覺，一些是普通工控產(chǎn)品代理商，一些是自動(dòng)化系統(tǒng)集成商，一些是新的視覺公司。雖然他們絕大多數(shù)尚沒有充分的回報(bào)，但都一致認(rèn)為機(jī)器視覺市場潛力很大。資深視覺工程師和實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的缺乏是他們面臨的最主要的問題。 c) 一些有幾年實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的公司（諸如，大恒、和利時(shí)電機(jī)）逐漸給自己的定位以便更好的發(fā)展機(jī)器視覺業(yè)務(wù)。他們或者繼續(xù)提高采集卡、圖像軟件開發(fā)能力，或者試圖成為提供工業(yè)現(xiàn)場方案或視覺檢查設(shè)備的領(lǐng)袖廠商。單純的代理仍然是他們業(yè)務(wù)的一部分，但

15、他們已經(jīng)開始開發(fā)自己的技術(shù)或者訣竅，在元件和系統(tǒng)的層次上。 d) 經(jīng)過幾年尋找代理的過程，許多跨國公司開始在中國建立自己的分支機(jī)構(gòu)。通常他們在北京或上海建立自己在中國的分支機(jī)構(gòu)，來管理關(guān)鍵的客戶以及向合作伙伴提供技術(shù)和商務(wù)支持。 中國機(jī)器視覺領(lǐng)域的主要廠商 中國機(jī)器視覺市場經(jīng)過近10年的發(fā)展，到今天這個(gè)領(lǐng)域依然活躍的公司和研究機(jī)構(gòu)大約有幾十家，另外大約10個(gè)跨國公司在國內(nèi)開展業(yè)務(wù)。其中部分如下所示： 跨國公司 i) cognex(模塊和板卡系統(tǒng)，在上海有一個(gè)代表處，代理商銷售) j) dvt（模塊化視覺系統(tǒng)，在上海有一個(gè)代表處，代理商銷售） k) matrox（板卡視覺處理系統(tǒng)，通過代理商銷售

16、） l) coreco（板卡視覺處理系統(tǒng)，通過代理商銷售） m) matsushita松下電工（模塊化視覺系統(tǒng)，在北京、上海、廣州和深圳設(shè)立有分公司，代理商銷售） n) omron（模塊化視覺系統(tǒng)，在主要城市設(shè)有分支機(jī)構(gòu)和代理商） o) keyence（模塊化視覺傳感器，由自己的中國分部直接銷售） p) ppt vision（線掃視覺系統(tǒng)，代理商銷售） q) ni（基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)的視覺系統(tǒng)，在北京、上海、深圳、西安設(shè)有分支機(jī)構(gòu)，代理 商銷售） r) dt（圖像采集卡和軟件包，通過代理商提供銷售） s) ccs（光源設(shè)備，在上海設(shè)有分支機(jī)構(gòu)） 主要的應(yīng)用范圍、市場規(guī)模、商機(jī)以及面臨的問題

17、 機(jī)器視覺在半導(dǎo)體、電子、計(jì)算機(jī)配件、消費(fèi)品、食品、汽車、冶金、包裝、制藥等行業(yè)得到了應(yīng)用，它主要是來提供產(chǎn)品尺寸測量、表面檢測、定位導(dǎo)航，ocr/ocv，以及顏色識(shí)別等。這些工業(yè)應(yīng)用和別的國家基本一致。但必須指出的是：由于中國有完整的的復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)，每個(gè)行業(yè)都可能使用機(jī)器視覺，但不能期待每一個(gè)大的廠商都安裝視覺系統(tǒng)，因?yàn)樵谥袊肆Y源豐富且廉價(jià)，有的廠商寧愿使用人工來取得較好的效果。 在幾年前，中國機(jī)器視覺市場近乎于零，大多數(shù)代理商每年只銷售幾套。2000年，安裝的視覺系統(tǒng)總數(shù)不超過100套。盡管沒有確切的市場調(diào)查數(shù)據(jù)，我們還是可以大致估計(jì)出來：2003年安裝的視覺系統(tǒng)總數(shù)超過了500套，這其中包括模塊化和板卡系統(tǒng)，直接銷售額大約為250萬美元。進(jìn)口設(shè)備配套的視覺系統(tǒng)安裝數(shù)量沒有計(jì)算在內(nèi)。就是站在一個(gè)中型企業(yè)的角度來看，這個(gè)市場規(guī)模也太小了，但我們不能忽視它巨大的市場潛力。cognex和matsushita等領(lǐng)先公司在市場開發(fā)方面做了大量的工作,siemens, omron, matsushita等綜合性的工控大公司在中國都有10年以上的商業(yè)經(jīng)驗(yàn)，與單純的視覺公司 (如cognex和dvt)相比他們更熟悉中國的商業(yè)和社會(huì)環(huán)境，都已經(jīng)建立了自己的銷售網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)擁有豐富的客戶資源。但是，專業(yè)公司依靠自身較強(qiáng)的產(chǎn)品線和專業(yè)