发布时间：2014-11-14 来源：人大经济论坛

浅论近代自动化技术发展的若干动向_机电一体化专业毕业论文 【摘要】本文从宏观的角度论述现代自动化发展的主要趋势，它们势必产生时相关的嚣件，仪器、设备、技术、软件和系统的新的需求，从而形成这些行业市场的新的导向。 自动化旨在用机器代替人的部份劳动、提高劳动生产率井把人解放出来从事更富创造性的工作。这个概念的具体内容是不断演变的，经历了机械化、程序式自动机器、自动调节与控制、自动信息处理，自动管理与决策t乃至当代的综合，智能自动化等等阶段 人们常把自动化理解为一个人机交互水平不断提高的过程，而不追求某种固定的划分标帜。自动化技术的应用范围日益扩大，已渗透到工农业生产、国防、交通，通讯、环境、医疗、社会经济管理以及各种科研顿域它不但产生了巨大的效益t也改变着这些技术领域的面貌。 自动化系统的多层次功能都有可自动化部份，它和人的因素 相辅相成。随着灵活性和复杂层次的提高，人的因素所起作用将越大，如下囝的倒三角形所示。随着技术进步可自动化部分总在不断增加，犹如一种推力把人的因素逐渐推向上层。这可作为对自动化系统中人和机器关系及其发展趋势柏一种形象的描述。 复杂自动化系统中的人／机关系自动化系统现代发展趋势可简单概括为复杂化、综舍化、智能化 所谓复杂t就是说它不仅很大、包括许许多多部件或子系统，而且这些于系统品种繁多，分属不同层次并以各种形式相互作用 对于复杂的系统我们要用各种不同的模型来描述其各个部份的各个侧面。用不同的数学工具和技术手段来进行定性或定量的分析和求解。系统中还有许多相互作用的人，他们要在机器帮助下进行控制和决策，问题就更复杂lr。 自动化系统通常都工作在变化或预先不确知的条件下一例如环境条件、元件参数，噪声干扰，负载变化都有不确定性。如何通过自调节、自校正、自学习，自适应而保持系统良好的性能，恰是自动化的最吸引人之处t但这也给系统增加了复杂因素。 自动化系统总是为达到一定的目的要求而建造的。使用者的需求通常并不容易化为明确的技术要求。特别是今天参与市场竞争的产品，必须在功能、技术指标。适应环境能力，安全可靠以及成本各方面实现多目标的优化。所以人们对自动化系统的要求本身也是复杂的此外，人们设计的控制器也越来越复杂。其中可能包括各种传感器。执行元件以及复杂的信息处理部件。这里可能包吉了大型计算机、数据库、复杂的图象处理和控制算法等等。而复杂控制系统又是上述对象，环境、控制要求和控制器这几方面复杂性的综合作用，这正是自动化系统所独有的复杂特性。 由复杂性也就决定了自动化技术朝着综合化的趋势发展 这一方面表明自动化系统开发或产品研制必颡综合考虑多方面通常有些相互矛盾的要求，实现多方面的功能。另一方面则意指在一个系统。一种仪表甚至一个器件中往往都缘合了多种技术，并能完成多方面的功能。由于系统集成（太规模集成电路的集成是其一种具体形式）技术的迅速发展，现代富有生命力的计算机集成制造、光机电一体化、多媒体、多种传感信息融合、传感器与信息处理的集成，本身就具有感知或反应能力的所谓 智能材料等等t都反映了这种趋势。在太规模集成电路生产中t原来是芯片在几十台单一功能的加工设备中往复旅行。现在则开始改为固定在单一的多功能设备（RapidThermal Muhiprocessor）上，按复杂的控制指令接受各种加工 这种复杂的综合性的设备将大大提高自动化水平，并将为微电子技术的进一步发展提供了机会。 解决这些复杂和综合性的技术闸题往往还需要多种学科知识的集成、定量和定性方法的集成。许多过于复杂或难以精确描述的问题还要人的知识和经验t用人机交互或人工智能的方法来解决 智能自动化应运而生也是必然的趋势。智能制造、智能控制、智能判断、智能仪表、智能材料等等都是热门的领域 用模糊、神经元网络、知识工程等技术进行识别、推理、学习、适应、重组等复杂功能已显示出很强的生命力，并将成为新一代自动化技术的重要标帜。以下我们将介绍自动化技术的若干重要分枝的发展动向t也许可以得到更,具体的启示。 1 控制理论 理论工作旨在形成新的控制机制和设计方法t往往是技术实现的先导 原有主要基于数学模型及计算求解的理论体系已明显感到不足。面对前面描述的复杂性问题需要多种模型和控制机制的集成。为此形成的概念框架和具体技术的总体被称为控制方法学（Methodology），已开始取代控制理论而成为控制学科划分的一大门类。计算机在控制系统的设计和运行中都起着越来越重要的作用。各种理论结果都可用计算机仿真加以检验并以实现CAD来证实其应用的可能。控制系统中的信息处理要求越来越高，可能包括大容量传感信息（特别是图象视觉）的处理和高比压缩，计算复杂性甚高的搜索、优化，专家知识和启发规则的采集、表示、处理和运用，神经元网络等并行处理技术在系统中的实现等等。有人统计 ，在控制系统开发项目的成本中。软件成本大于硬件、应用软件明显大于基础软件，而启发式规则远远大于数学方法 控制工程师更多地谈论面向对象 、 概念或功能结构 之类计算机方面的概念，而大型软件的规范描述、编程技术和校验查错已成为他们最头疼和最费精力的问题。在另一方面，当把计算机和物理过程联接起来时t实时性的要求非常突出。人们必须在信息处理的粗细和快慢之间寻求恰当的折衷。为了处理计算机特有的离散逻辑过程t以及复杂系统中常有的定性、模糊和符号变量，离散事件动态系统（DEDS）和混杂系统的理论方法已引起人们的高度重视 与此相应可编程逻辑控制（PLC）又找到它新的使命。 总的说来，控制理论当前比较活跃的方向多是与实际要求有关、与计算机的广泛应用有关。有人对自动控制发展的历史进行研究t认为从控制理论取得成果到用于实际大约有20年的滞后。由此我们得到的启示是 （I）要允许超前、探索性的研究；（2）理论研究要更加面向实际需求，应能缩短这一滞后；（3）不要茼单摒弃早年的研究成果，充分利用当前的技术条件有可能让它们发挥新的作用。 2 传感器 传感器是自动化系统的 感官，是获取信息的主要来源。国际上普遍地把它列为现代科技的重点领域 美国把传感器列为影响2l世纪空军能力的重要关键技术，日本认为掌握传感技术就支配现代科学仪器】995 2了新时代并将其列人田家重点发展计划，德国也把侍感技术列为最尖端的六项先进技术之一一都反映丁这种趋势近年来出现丁许多新型传感器。诸如：可测量多种理化参数的谐振传感器；便于用微电子技术大批量生产t小型、集成化的半导体固态传感器；应变式的薄膜传感器；轻巧、抗干扰性强的光纤传感器；测量化学、生物量的硅场效应管传感器；等等均陆续投入市场。此外还有用生物活性物质为敏感材料或是对生物参量进行测量的生物传感器t这包括酶技术、免疫技术等与微电子技术的结合，单克隆抗体技术与DNA重组技术的应用，结合基因工程、蛋白质工程与纳米技术的分子级过程的传感器，以及利用生物光现象的光生物传感器等等。这些目前虽大多数在实验室研制阶段，但确是值得注意的动向传感器发展的重要方向是集成化和智能化 把传感器和信号处理电路以及擞处理机集成在一起，可以对传感器的漂移和非线性等进行修正并实现自捡和校准。集成化的向量传感器可以测量磁场、热流等物理量的大小和方向 用阵列集成的方法可以做出十分小巧的阵列红外传感器，或是用于机械手的阵列压力或触觉传感器、光电接近度传感器。利用电荷耦台器件做出的CCD面阵传感器可以在lcm 面积上传感5l2×51 2象元信息。日本正在研究的 人工细胞实质上就是一种集感知、决策与控制为一体的智能感知模块。还有一种所谓智能材料则是在材料结构中即掺人某些成份，使它对环境参数敏感并作出反应。