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第一章 引言 1.1课题提出背景 制造业历来是国民经济的重要组成部分为了提高制造业的技 术水平，制造业在其发展历程中一直在进行着不同水平、不同类型 的自动化。进人8十年代后，随着微电子技术和通信技术的吃速发 展，制造业自动化进人到一个新的姗代一基于计算机的集成制造时 代，并且正在向基于人工智能，人—机协调，人—自然协调的生态 工厂时代迈进。促使制造业自动化发展的 3 个技术因素是:自动化 单元技术:自动化的方法学或哲理;与制造业自动化有关的基础技 术。 工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其 他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理 和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综 合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。 工业自动化技术作为 20 世纪现代制造领域中最重要的技术之一， 主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追 求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。 自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显 的提升作用： （1）提高生产过程的安全性； （2）提高生产效率； 1 （3）提高产品质量； （4）减少生产过程的原材料、能源损耗。 据国际权威咨询机构统计，对自动化系统投入和企业效益方面提升 产出比约1：4至1：6之间。 特别在资金密集型企业中，自动化系统占设备总投资 10%以下，起 到“四两拨千金”的作用。 传统的工业自动化系统即机电一体化系统主要是对设备和生产过 程的控制，即由机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、 驱动部分、控制及信号处理单元、接口等硬件元素，在软件程序和 电子电路逻辑的有目的的信息流引导下，相互协调、有机融合和集 成，形成物质和能量的有序规则运动，从而组成工业自动化系统或 产品。 在工业自动化领域，传统的控制系统经历了继基地式气动仪表控制 系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统和 集散式控制系统DCS 的发展历程。 近年来，随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展，信息 交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各个 层次。工业控制机系统一般是指对工业生产过程及其机电设备、工 艺装备进行测量与控制的自动化技术工具 (包括自动测量仪表、控 制装置)的总称。今天，对自动化最简单的理解也转变为：用广义 的机器（包括计算机）来部分代替或完全取代或超越人的体力。 2 1.2 课题的意义 总的看来，自动化技术发展趋向是涵盖“精益”、“灵敏”等概念 在内的、广义的、基于计算机的集成制造;另一方面.从人、社会、自 然这3个更大的范围来看，制造业自动化的发展趋向可概括为以下4 个方面: 1.制造业的生产柔性将进一步提高当今世界变化中的市场要求 (CIM 是柔性的。制造系统的柔性是衡量制造系统对变化中的市场、技术及 生产条件适应性的尺度。很显然，制造业的柔性是企业竞争 力的一个主要动力。制造柔性是由企业的长期(战略)考虑而产生的一 种生产—经营决策，因而，制造柔性就不仅是个技术问题，而且也涉 及到企业自身的具体情况和条件。以发展中的国家的企业而言，以首 先提高人力资源和企业结构资源的柔性为佳。 2 人工智能将发挥重要作用，形成基于知识的工厂 1988年，美国制 造工程师协会(ASME)曾进行过一次调查，以了解21世纪中制造工程 师的环境和作用得出的结果是，在目前用于制造业的各种技术中，预 期最有发展前途，需用于工业中的一种技术类型是人工智能。预测到 21世纪初，人工智能在工厂中的应用规模将要比目前大4倍. 3.人与机械的进一步协调，强调人在制造系统中的作用 现在已有越来越多的人认识到，高效益的企业的一个主要特征是，在 设计和开发适用的软件时，将人的因素结合进去，以驱动现代的CIM 系统。完全没有人参与的自动化是不现实的，在经济上是不合算的。 3 人的创造性、判断力和理解力是任何一种机器所无法替代的。 4.人与环境的进一步协调，生态工厂的出现 产业革命后的近代产业社会中工业生产领域生产的“人工物”是 人类生存所必须的.但工业废弃物和大量的