工業(yè)自動(dòng)化電力自動(dòng)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shè)備也相應(yīng)增多，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式也越來(lái)越復(fù)雜，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。為了保證用戶的用電，必須對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行管理和控制。

電力系統(tǒng)運(yùn)行管理和調(diào)度的任務(wù)很復(fù)雜，但簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是：

①、盡量維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)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(jì)的，因此，努力維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行是首要任務(wù)；

②、為用戶提供高質(zhì)量的電能，反映電能質(zhì)量的三個(gè)參數(shù)就是電壓、頻率和波形。這三個(gè)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(guān)鍵是調(diào)節(jié)系統(tǒng)中無(wú)功功率的平衡，頻率 的變化，是整個(gè)系統(tǒng)有功功率的平衡問(wèn)題，波形是由發(fā)電機(jī)決定的；

③、保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，使發(fā)電成本最經(jīng)濟(jì)。

電力系統(tǒng)是一個(gè)分布面廣、設(shè)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(jí)變壓器變壓才能傳輸。各級(jí)電壓通過(guò)輸電線路向用戶供電，電壓從低到高，再?gòu)母叩降停岳谀芰康膫魉?。電壓的變換，形成不同的電壓級(jí)別，形成一個(gè)個(gè)不同電壓級(jí)別的變電站，變電站之間是輸電線，因而形成了復(fù)雜的電力網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電網(wǎng)調(diào)度正是按照電網(wǎng)的這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行管理和調(diào)度的。

一般情況下，電網(wǎng)按電壓級(jí)別設(shè)置調(diào)度中心，電壓級(jí)別越高，調(diào)度中心的級(jí)別也越高。整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)寶塔型的網(wǎng)絡(luò)圖。分級(jí)調(diào)度可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(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(shè)備，并提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。按中國(guó)的情況，電力系統(tǒng)調(diào)度分為國(guó)家調(diào)度中心，大區(qū)網(wǎng)局級(jí)調(diào)度控制中心，省級(jí)調(diào)度控制中心，地區(qū)調(diào)度控制中心，縣級(jí)調(diào)度中心。各級(jí)直接管理和調(diào)度其下一層調(diào)度中心。

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化是一個(gè)總稱，由于各級(jí)調(diào)度中心的任務(wù)不同，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)模也不同，但無(wú)論哪一級(jí)調(diào)度自動(dòng)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（Supervisory Control And Data Acquisition）。

SCADA主要包括以下一些功能：

⑴數(shù)據(jù)采集； ⑵信息顯示；⑶監(jiān)視控制； ⑷報(bào)警處理；⑸信息存儲(chǔ)及報(bào)告 ⑹事件順序記錄；⑺數(shù)據(jù)計(jì)算； ⑻具有RTU（遠(yuǎn)端終端單元）處理功能；⑼事件追憶功能。

自動(dòng)發(fā)電控制功能AGC：AGC系統(tǒng)主要要求達(dá)到對(duì)發(fā)電機(jī)發(fā)電多少不是由電廠直接控制，而是由電廠上級(jí)的調(diào)度中心根據(jù)全局優(yōu)化的原則來(lái)進(jìn)行控制。

經(jīng)濟(jì)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(jī)的出力分配，使電網(wǎng)運(yùn)行成本最小，EDC常包含在AGC中。

安全分析功能SA（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(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的分析，估計(jì)出可能出現(xiàn)的故障，預(yù)先采取措施，避免事故發(fā)生。如果電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)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 Management System）。數(shù)字傳輸技術(shù)和光纖通信技術(shù)的提高，使得電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化也進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化，目前電網(wǎng)調(diào)度中的計(jì)算機(jī)配置大多采用了開(kāi)發(fā)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)現(xiàn)在也進(jìn)入了大電網(wǎng)、大機(jī)組、超高壓輸電的時(shí)代。完全可以相信，隨著中國(guó)新建電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，中國(guó)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化水平會(huì)進(jìn)一步地提高，達(dá)到世界先進(jìn)水平。

工業(yè)自動(dòng)化是機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程在不需要人工直接干預(yù)的情況下，按預(yù)期的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、操縱等信息處理和過(guò)程控制的統(tǒng)稱。工業(yè)自動(dòng)化是現(xiàn)代工業(yè)的重要標(biāo)志，工業(yè)企業(yè)通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)省人力成本、降低消耗（原材料+能源）和確保安全等多重目的。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，企業(yè)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的投入和效益提升的產(chǎn)出比通常達(dá)1:4-1:6 之高。受益于經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和制造業(yè)升級(jí)趨勢(shì)，在過(guò)去的十年內(nèi)中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)以年均兩位數(shù)的增速快速增長(zhǎng)。2010 年中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)943 億元。

按照應(yīng)用的領(lǐng)域劃分，工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備包括過(guò)程自動(dòng)化和工廠自動(dòng)化（制造自動(dòng)化）兩大板塊。過(guò)程自動(dòng)化是指采用由檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)器、計(jì)算機(jī)等元件組成的過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)石油化工、冶金、造紙等工業(yè)中的流體或粉體處理自動(dòng)化。組成過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)備包括：1）控制層面：工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）、PLC（可編程邏輯控制器）和DCS（分布式控制器）等；2）檢測(cè)層面：機(jī)器視覺(jué)、檢測(cè)儀表等；3）執(zhí)行層面：調(diào)節(jié)器（氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、閘板閥、球閥等）。

工廠自動(dòng)化則是針對(duì)離散工件，自動(dòng)完成產(chǎn)品制造的全部或部分加工過(guò)程。

工廠自動(dòng)化中使用的設(shè)備種類龐雜，我們將其劃分為三個(gè)大類：

一、通用自動(dòng)化裝備

包括數(shù)控機(jī)床（CNC）、工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備等。通用自動(dòng)化裝備普遍應(yīng)用于各類制造行業(yè)，功能以替代人工、提高生產(chǎn)精度和可靠性、提升效率為主。

二、自動(dòng)裝配檢測(cè)生產(chǎn)線

可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供料、自動(dòng)裝配、在線自動(dòng)檢驗(yàn)、自動(dòng)打標(biāo)包裝等一系列裝配流程的自動(dòng)化，能夠大幅節(jié)省人力、保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于電子、電器、機(jī)械、汽車、食品飲料等行業(yè)。

三、專用設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)

應(yīng)用于對(duì)各種電機(jī)拖動(dòng)的工業(yè)專用設(shè)備（如造紙機(jī)械、紡織機(jī)械、注塑機(jī)、機(jī)床、風(fēng)機(jī)等）的自動(dòng)化控制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制、節(jié)能兩種效果。按技術(shù)路線劃分，工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)可分為變頻控制和伺服控制兩大類，兩種方式在控制的精度和可靠性上存在差異，但均包括控制層、驅(qū)動(dòng)層和執(zhí)行層三個(gè)部分：

1、控制層

與過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)類似，工控系統(tǒng)的控制層通常包括HMI（人機(jī)交互界面）和PLC/DCS/IPC，負(fù)責(zé)接受、處理、反饋信息，是工控系統(tǒng)的“大腦”；

2、驅(qū)動(dòng)層

為變頻器或伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)整流、逆變的方式改變電流工作頻率，以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，是工控系統(tǒng)的“心臟”；

3、執(zhí)行層

變頻控制的執(zhí)行層為普通電機(jī)、閥門、氣動(dòng)部件等，伺服控制的執(zhí)行層為伺服電機(jī)，負(fù)責(zé)完成動(dòng)作的輸出，是工控系統(tǒng)的“雙手”。

工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備屬于智能裝備的范疇，是“十二五”期間國(guó)家重點(diǎn)扶持發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)（2010 年10 月，《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》）。在未來(lái)五年里，伴隨著人口紅利消失和原材料、能源成本的上漲，中國(guó)制造業(yè)將經(jīng)歷由粗放型、低附加值模式向集約型、高附加值模式的歷史性轉(zhuǎn)變。作為高端制造業(yè)的“基石”，工業(yè)自動(dòng)化裝備面臨著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求雙重機(jī)遇，其中我們判斷行業(yè)內(nèi)將出現(xiàn)兩條顯著的高速成長(zhǎng)主線：

1）高端智能裝備加速成長(zhǎng)：前期滲透率已經(jīng)較高的數(shù)控機(jī)床、過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)、變頻器等產(chǎn)品增速在明顯放緩，而隨著低端勞動(dòng)力成本加速上行、產(chǎn)業(yè)升級(jí)進(jìn)入白熱階段，“替代人工”屬性更強(qiáng)、前期滲透率較低的“高端智能裝備”（如工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化裝配線、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備等）有望越過(guò)產(chǎn)品導(dǎo)入期、進(jìn)入高速成長(zhǎng)期，未來(lái)5 年保持年均20-30%的快速增長(zhǎng)；

2）本土自動(dòng)化龍頭崛起：受益于國(guó)家支持國(guó)產(chǎn)化率提升的政策意圖、關(guān)鍵零部件的突破，掌握核心技術(shù)、研發(fā)能力強(qiáng)勁的國(guó)內(nèi)自動(dòng)化裝備企業(yè)）有望加快進(jìn)口替代的速度，實(shí)現(xiàn)超過(guò)行業(yè)平均的高速成長(zhǎng)。

工業(yè)自動(dòng)化是機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程在不需要人工直接干預(yù)的情況下，按預(yù)期的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、操縱等信息處理和過(guò)程控制 的統(tǒng)稱。自動(dòng)化技術(shù)就是探索和研究實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過(guò)程的方法和技術(shù)。它是涉及機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域的一門綜合性技術(shù)。工業(yè)革命是自動(dòng)化技術(shù)的助產(chǎn)士。正是由于工業(yè)革命的需要，自動(dòng)化技術(shù)才沖破了卵殼，得到了蓬勃發(fā)展。同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)也促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)步，如今自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造、電力、建筑、交通運(yùn)輸、信息技術(shù)等領(lǐng)域，成為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要手段。

柔性制造技術(shù)(FMS）是對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，凡是側(cè)重于柔性，適應(yīng)于多品種、中小批量（包括單件產(chǎn)品）的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。

柔性可以表述為兩個(gè)方面。第一方面是系統(tǒng)適應(yīng)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(lái)衡量；第二方面是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，可用在有干擾（如機(jī)器出現(xiàn)故障）情況下，這時(shí)系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無(wú)干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比可以用來(lái)衡量柔性?！?/p>

柔性”是相對(duì)于“剛性”而言的，傳統(tǒng)的“剛性”自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高，由于設(shè)備是固定的，所以設(shè)備利用率也很高，單件產(chǎn)品的成本低。但價(jià)格相當(dāng)昂貴，且只能加工一個(gè)或幾個(gè)相類似的零件。如果想要獲得其他品種的產(chǎn)品，則必須對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)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(fèi)投入與構(gòu)造一個(gè)新的生產(chǎn)線往往不相上下。剛性的大批量制造自動(dòng)化生產(chǎn)線只適合生產(chǎn)少數(shù)幾個(gè)品種的產(chǎn)品，難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著社會(huì)進(jìn)步和生活水平的提高，市場(chǎng)更加需要具有特色、符合顧客個(gè)人要求樣式和功能千差萬(wàn)別的產(chǎn)品。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式發(fā)生改變，要求對(duì)傳統(tǒng)的零部件生產(chǎn)工藝加以改進(jìn)。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)不能滿足市場(chǎng)對(duì)多品種小批量產(chǎn)品的需求，這就使系統(tǒng)的柔性對(duì)系統(tǒng)的生存越來(lái)越重要。隨著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開(kāi)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(dāng)重要的位置。

●機(jī)器柔性 當(dāng)要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時(shí)，機(jī)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(shí)自身適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化的能力；二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化而改變相應(yīng)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(jì)和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；二是產(chǎn)品更新后，對(duì)老產(chǎn)品有用特性的繼承能力和兼容能力。

●維護(hù)柔性 采用 多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進(jìn)行的能力。

●生產(chǎn)能力柔性 當(dāng)生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的能力。對(duì)于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重要。

●擴(kuò)展柔性 當(dāng)生產(chǎn)需要的時(shí)候，可以很容易地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一個(gè)更大系統(tǒng)的能力。

●運(yùn)行柔性 利用不同的機(jī)器、材料、工藝流程來(lái)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。

是有一個(gè)由計(jì)算機(jī)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(dòng)化制造系統(tǒng)。它具有：

●多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制造單元，具有自動(dòng)上下料功能的數(shù)控機(jī)床；

●一套物料存儲(chǔ)運(yùn)輸系統(tǒng)，可以在機(jī)床的裝夾工位之間運(yùn)送工件和刀具；FMS是一套可編程的制造系統(tǒng)，含有自動(dòng)物料輸送設(shè)備，能在計(jì)算機(jī)的支持下實(shí)現(xiàn)信息集成和物流集成，它

●可同時(shí)加工具有相似形體特征和加工工藝的多種零件；

●能自動(dòng)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(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，局部故障時(shí)，可動(dòng)態(tài)重組物流路徑。

目前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(tái)加工中心，但具有獨(dú)立自動(dòng)加工能力。有的FMC具有自動(dòng)傳送和監(jiān)控管理的功能，有的FMC還可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)。用于裝備的FMS稱為柔性裝備系統(tǒng)（FAS）。

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思。和決策等。通過(guò)人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。

談起智能制造，首先應(yīng)介紹日本在1990年4月所倡導(dǎo)的“智能制造系統(tǒng)IMS”國(guó)際合作研究計(jì)劃。許多發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、歐洲共同體、加拿大、澳大利亞等參加了該項(xiàng)計(jì)劃。該計(jì)劃共計(jì)劃投資10億美元，對(duì)100個(gè)項(xiàng)目實(shí)施前期科研計(jì)劃。

毫無(wú)疑問(wèn)，智能化是制造自動(dòng)化的發(fā)展方向。在制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)技術(shù)可以用于工程設(shè)計(jì)，工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，生產(chǎn)調(diào)度，故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)智能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方，生產(chǎn)調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程智能化。而人工智能技術(shù)尤其適合于解決特別復(fù)雜和不確定的問(wèn)題。但同樣顯然的是，要在企業(yè)制造的全過(guò)程中全部實(shí)現(xiàn)智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遙遠(yuǎn)的將來(lái)。有人甚至提出這樣的問(wèn)題，下個(gè)世 紀(jì)會(huì)實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化嗎？而如果只是在企業(yè)的某個(gè)局部緩解實(shí)現(xiàn)智能化，而又無(wú)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(lái)理解，CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)），敏捷制造等都可以看作是智能自動(dòng)化的例子。的確，除了制造過(guò)程本身可以實(shí)現(xiàn)智能化外，還可以逐步實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)，智能管理等，再加上信息集成，全局優(yōu)化，逐步提高系統(tǒng)的智能化水平，最終建立智能制造系統(tǒng)。這可能是實(shí)現(xiàn)智能制造的一種可行途徑。

Agent原為代理商，是指在商品經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中被授權(quán)代表委托人的一方。后來(lái)被借用到人工智能和計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域，以描述計(jì)算機(jī)軟件的智能行為，稱為智能體。1992年曾經(jīng)有人預(yù)言：“基于Agent的計(jì)算將可能成為下一代軟件開(kāi)發(fā)的重大突破。"隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，多智能體系統(tǒng)技術(shù)對(duì)解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造乃至產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中的多領(lǐng)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(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)智能制造提供了更有效的手段。

整子系統(tǒng)的基本構(gòu)件是整子（Holon）。Holon是從希臘語(yǔ)借過(guò)來(lái)的，人們用Holon表示系統(tǒng)的最小組成個(gè)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(gè)整子可以對(duì)其自身的操作行為作出規(guī)劃，可以對(duì)意外事件（如制造資源變化、制造任務(wù)貨物要求變化等）作出反應(yīng)，并且其行為可控；

●合作性，每個(gè)整子可以請(qǐng)求其它整子執(zhí)行某種操作行為，也可以對(duì) 其他整子提出的操作申請(qǐng)?zhí)峁┓?wù)；

●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(diǎn)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(diǎn)是：

●敏捷性，具有自組織能力，可快速、可靠地組建新系統(tǒng)。

●柔性，對(duì)于快速變化的市場(chǎng)、變化的制造要求有很強(qiáng)的適應(yīng)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(xué)的發(fā)展，也是自動(dòng)化、系統(tǒng)技術(shù)的研究成果，它將對(duì)各種單元自動(dòng)化技術(shù)提出新的課題，從而在整體上影響到制造自動(dòng)化的發(fā)展方向。展望未來(lái)，21世紀(jì)的制造自動(dòng)化將沿著歷史的軌道繼續(xù)前進(jìn)。

工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)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(shù)，主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問(wèn)題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有明顯的提升作用。

中國(guó)工控自動(dòng)化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。目前中國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，中國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。

⒈以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動(dòng)化將成為主流

眾所周知，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，西方國(guó)家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用）開(kāi)始對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。20世紀(jì)末世界上最大的變化就是全球市場(chǎng)的形成。全球市場(chǎng)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)空前激烈， 促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間（Time to Market）、改善質(zhì)量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務(wù)體系（Service），這就是企業(yè)的T.Q.C.S.。雖然計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)“在正確的時(shí)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(gè)正確”。然而這種自動(dòng)化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時(shí)是高風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在中國(guó)，中小型企業(yè)以及準(zhǔn)大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控制自動(dòng)化的道路。

工業(yè)控制自動(dòng)化主要包含三個(gè)層次，從下往上依次是基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化，其核心是基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化。

傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動(dòng)化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化部分主要是由各種進(jìn)口的過(guò)程計(jì)算機(jī)或小型機(jī)組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的價(jià)格之高令眾多企業(yè)望而卻步。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于PC-based的工業(yè)計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)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(luò)組成的PC-based的自動(dòng)化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實(shí)現(xiàn)低成本工業(yè)自動(dòng)化的重要途徑。中國(guó)重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐，也拆除了原來(lái)DCS或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器，而改用工業(yè)PC來(lái)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(hù)人員接受，所以，一個(gè)接一個(gè)的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級(jí)的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，PC控制系統(tǒng)維護(hù)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(yīng)商對(duì)PC的應(yīng)用感到很不安。事實(shí)上，他們現(xiàn)在也加入到了PC控制“浪潮”中。

近年來(lái)，工業(yè)PC在中國(guó)得到了異常迅速的發(fā)展。從世界范圍來(lái)看，工業(yè)PC主要包含兩種類型：IPC工控機(jī)和Compact PCI工控機(jī)以及它們的變形機(jī)，如AT96總線工控機(jī)等。由于基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化對(duì)工業(yè)PC的運(yùn)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(lǐng)域，取而代之的將是CompactPCI-based工控機(jī)，而IPC將占據(jù)管理自動(dòng)化層。國(guó)家于2001年設(shè)立了“以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的開(kāi)放式控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”工業(yè)自動(dòng)化重大專項(xiàng)，目標(biāo)就是發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PC-based控制系統(tǒng)，在3（5年內(nèi)，占領(lǐng)30%（50%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

幾年前，當(dāng)“軟PLC”出現(xiàn)時(shí)，業(yè)界曾認(rèn)為工業(yè)PC將會(huì)取代PLC。然而，時(shí)至今日工業(yè)PC并沒(méi)有代替PLC，主要有兩個(gè)原因：一個(gè)是系統(tǒng)集成原因；另一個(gè)是軟件操作系統(tǒng)Windows NT的原因。一個(gè)成功的PC-based控制系統(tǒng)要具備兩點(diǎn)：一是所有工作要由一個(gè)平臺(tái)上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西?？梢灶A(yù)見(jiàn)，工業(yè)PC與PLC的競(jìng)爭(zhēng)將主要在高端應(yīng)用上，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且設(shè)備集成度高。工業(yè)PC不可能與低價(jià)的微型PLC競(jìng)爭(zhēng)，這也是PLC市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的一部分。從發(fā)展趨勢(shì)看，控制系統(tǒng)的將來(lái)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(chǎng)在過(guò)去的兩年里保持平穩(wěn)。與PLC相比，工業(yè)PC軟件很便宜。據(jù)Frost & Sullivan公司估計(jì)，全世界每年7億美元工業(yè)PC市場(chǎng)里，大約8500萬(wàn)美元為控制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。到2007年會(huì)翻一番，工業(yè)PC市場(chǎng)變得非?？捎^。

⒉PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開(kāi)放性方向發(fā)展

目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)PLC市場(chǎng)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒(méi)有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說(shuō)PLC在中國(guó)尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在PLC應(yīng)用方面，中國(guó)是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。專家估計(jì)，2000年P(guān)LC的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷量為15（20萬(wàn)套（其中進(jìn)口占90%左右），約25（35億元人民幣，年增長(zhǎng)率約為12%。預(yù)計(jì)到2005年全國(guó)PLC需求量將達(dá)到25萬(wàn)套左右，約35（45億元人民幣。

PLC市場(chǎng)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(yù)測(cè)，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑，PLC市場(chǎng)將會(huì)復(fù)蘇，估計(jì)全球PLC市場(chǎng)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(zhǎng)。

微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開(kāi)放性是PLC未來(lái)發(fā)展的主要方向。在基于PLC自動(dòng)化的早期，PLC體積大而且價(jià)格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32 I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價(jià)格只有幾百歐元。隨著軟PLC（Soft PLC）控制組態(tài)軟件的進(jìn)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(chǎng)份額將逐步得到增長(zhǎng)。

當(dāng)前，過(guò)程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢(shì)之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，PLC也不例外。現(xiàn)在越來(lái)越多的PLC供應(yīng)商開(kāi)始提供Ethernet接口?？梢韵嘈牛琍LC將繼續(xù)向開(kāi)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)。

⒊面向測(cè)控管一體化設(shè)計(jì)的DCS系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）問(wèn)世于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國(guó)。中國(guó)從70年代中后期起，首先由大型進(jìn)口設(shè)備成套中引入國(guó)外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)，中國(guó)主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進(jìn)口。80年代初期在引進(jìn)、消化和吸收的同時(shí)，開(kāi)始了研制國(guó)產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。

近10年，特別是“九五”以來(lái)，中國(guó)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(shí)公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測(cè)控公司、電科院以及北京康拓集團(tuán)等。這批企業(yè)研制生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)，不僅品種數(shù)量大幅度增加，而且產(chǎn)品技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。在2001年全國(guó)應(yīng)用的4426套DCS系統(tǒng)中，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)為1486套，占35%。短短幾年，國(guó)外DCS系統(tǒng)在中國(guó)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(chǎng)份額，積累了發(fā)展的資本和技術(shù)，同時(shí)使得國(guó)外引進(jìn)的DCS系統(tǒng)價(jià)格也大幅度下降，為中國(guó)自動(dòng)化推廣事業(yè)做出了貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)的出口也在逐年增長(zhǎng)。

雖然國(guó)產(chǎn)DCS的發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但國(guó)外DCS產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中占有率還較高，其中主要是Honeywell和橫河公司的產(chǎn)品。中國(guó)DCS的市場(chǎng)年增長(zhǎng)率約為20%，年市場(chǎng)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(méi)有可替代產(chǎn)品，所以其市場(chǎng)增長(zhǎng)率不會(huì)下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2005年，中國(guó)石化行業(yè)有1000多套裝置需要應(yīng)用DCS控制；電力系統(tǒng)每年新裝1000多萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組，需要DCS實(shí)現(xiàn)監(jiān)控；不少企業(yè)已使用DCS近15~20年，需要更新和改造。

⒋控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場(chǎng)總線（FCS）方向發(fā)展

由于3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)的發(fā)展，過(guò)程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS（Fieldbus Control System）。FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（Field Device）中?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開(kāi)放和可互操作的新一代生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，它將取代現(xiàn)場(chǎng)一對(duì)一的4~20mA模擬信號(hào)線，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來(lái)革命性的變化。

根據(jù)IEC61158的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)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(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線使測(cè)控設(shè)備具備了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，提高了信號(hào)的測(cè)量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開(kāi)始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)工作，走過(guò)了16年的艱難歷程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的標(biāo)準(zhǔn)制定就陷于混亂。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向發(fā)展。雖然以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等。另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統(tǒng)的DCS還需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程，同時(shí)DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善?？梢钥隙ǖ氖牵Y(jié)合DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制等新技術(shù)的FCS將具有強(qiáng)大的生命力。工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)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(chǎng)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。

⒌儀器儀表技術(shù)在向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化方向發(fā)展

經(jīng)過(guò)五十年的發(fā)展，中國(guó)儀器儀表工業(yè)已有相當(dāng)基礎(chǔ)，初步形成了門類比較齊全的生產(chǎn)、科研、營(yíng)銷體系?，F(xiàn)有各類儀器儀表企業(yè)6000余家，年銷售額約1000億元，成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產(chǎn)國(guó)。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，除去隨成套工程項(xiàng)目配套引進(jìn)的儀器儀表不計(jì)，去年進(jìn)口各類儀器儀表近60億美元，約占中國(guó)儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值的50%。但目前中國(guó)儀器儀表行業(yè)產(chǎn)品大多屬于中低檔水平，隨著國(guó)際上數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化的產(chǎn)品逐漸成為主流，差距還將進(jìn)一步加大。目前，中國(guó)高檔、大型儀器設(shè)備大多依賴進(jìn)口。中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件，國(guó)外產(chǎn)品占有中國(guó)市場(chǎng)60%以上的份額，而國(guó)產(chǎn)分析儀器占全球市場(chǎng)不到千分之二的份額。

今后儀器儀表技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)：儀器儀表向智能化方向發(fā)展，產(chǎn)生智能儀器儀表；測(cè)控設(shè)備的PC化，虛擬儀器技術(shù)將迅速發(fā)展；儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)儀器與遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。

幾點(diǎn)建議：開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，掌握核心技術(shù)；加強(qiáng)儀器儀表行業(yè)的系統(tǒng)集成能力；進(jìn)一步拓展儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域。

⒍數(shù)控技術(shù)向智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展

從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過(guò)了51年的歷程。近10年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展很快。目前正朝著標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)。就結(jié)構(gòu)形式而言，當(dāng)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(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)；3.“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)；4.SOFT型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。

中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，通過(guò)“七五”引進(jìn)、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進(jìn)展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開(kāi)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(dòng)了機(jī)電控制與傳動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，具有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)這些年來(lái)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(rèn)可。

國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(fā)展趨勢(shì)是：新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展；增強(qiáng)通信功能，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。

進(jìn)入21世紀(jì)，人類社會(huì)將逐步進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，知識(shí)將成為科技和生產(chǎn)發(fā)展的資本與動(dòng)力，而機(jī)床工業(yè)，作為機(jī)器制造業(yè)、工業(yè)以至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的裝備部門，毫無(wú)疑問(wèn)，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(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化成為未來(lái)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要趨勢(shì)：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(luò)化和集成化方向發(fā)展；向PC-based化和開(kāi)放性方向發(fā)展；出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備，機(jī)械加工向虛擬制造的方向發(fā)展；信息技術(shù)（IT）與機(jī)床的結(jié)合，機(jī)電一體化先進(jìn)機(jī)床將得到發(fā)展；納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流，并將有新的突破；節(jié)能環(huán)保機(jī)床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場(chǎng)。

⒎工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無(wú)線相結(jié)合方向發(fā)展

無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless LAN）技術(shù)可以非常便捷地以無(wú)線方式連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，人們可隨時(shí)、隨地、隨意地訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。無(wú)線局域網(wǎng)可以在不采用網(wǎng)絡(luò)電纜線的情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。在推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，無(wú)線局域網(wǎng)也在改變著人們的生活方式。無(wú)線網(wǎng)通信協(xié)議通常采用IEEE802.3和802.11。802.3用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，802.11用于一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式。無(wú)線局域網(wǎng)可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過(guò)無(wú)線Hub、無(wú)線接入站（AP）、無(wú)線網(wǎng)橋、無(wú)線Modem及無(wú)線網(wǎng)卡等來(lái)實(shí)現(xiàn)，以無(wú)線網(wǎng)卡使用最為普遍。無(wú)線局域網(wǎng)的未來(lái)的研究方向主要集中在安全性、移動(dòng)漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與3G等其它移動(dòng)通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問(wèn)題上。

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，有成千上萬(wàn)的感應(yīng)器，檢測(cè)器，計(jì)算機(jī)，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要互相連接形成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，通常這些設(shè)備提供的通信接口是RS-232或RS-485。無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號(hào)轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備的RS-232串口信號(hào)與無(wú)線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，符合無(wú)線局域網(wǎng)IEEE 802.11b和以太網(wǎng)絡(luò)IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效的擴(kuò)展了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了“基于無(wú)線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器”的全新概念。這種基于無(wú)線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠通過(guò)無(wú)線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人以及各種自動(dòng)化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補(bǔ)了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。

⒏工業(yè)控制軟件正向先進(jìn)控制方向發(fā)展

作為工控軟件的一個(gè)重要組成部分，國(guó)內(nèi)人機(jī)界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取得了較大進(jìn)展，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測(cè)、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎(chǔ)上，工業(yè)控制軟件將從人機(jī)界面和基本策略組態(tài)向先進(jìn)控制方向發(fā)展。

先進(jìn)過(guò)程控制APC（Advanced Process Control）目前還沒(méi)有嚴(yán)格而統(tǒng)一的定義。一般將基于數(shù)學(xué)模型而又必須用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱為先進(jìn)過(guò)程控制策略。如：自適應(yīng)控制；預(yù)測(cè)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(luò)）等。

由于先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此這些軟件也身價(jià)倍增。國(guó)際上已經(jīng)有幾十家公司，推出了上百種先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)形成了一個(gè)強(qiáng)大的流程工業(yè)應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)。因此，開(kāi)發(fā)中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件，打破外國(guó)產(chǎn)品的壟斷，替代進(jìn)口，具有十分重要的意義。

在未來(lái)，工業(yè)控制軟件將繼續(xù)向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開(kāi)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(yíng)過(guò)程中，通過(guò)信息基礎(chǔ)設(shè)施，在集成平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)信息的采集、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。

由于大力發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化是加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、提高企業(yè)整體素質(zhì)、提高國(guó)家整體國(guó)力、調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)、迅速搞活大中型企業(yè)的有效途徑和手段，國(guó)家將繼續(xù)通過(guò)實(shí)施一系列工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)，用信息化帶動(dòng)工業(yè)化，推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，解決國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的深層問(wèn)題，進(jìn)一步提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體素質(zhì)和綜合國(guó)力，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)ABC ，自動(dòng)化技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域（包括主體倉(cāng)庫(kù)）中的發(fā)展可分為五個(gè)階段：人工倉(cāng)儲(chǔ)階段、機(jī)械化倉(cāng)儲(chǔ)階段、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)階段、集成化倉(cāng)儲(chǔ)階段和智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)階段。在90年代后期及21世紀(jì)的若干年內(nèi)，智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)將是自動(dòng)化技術(shù)的主要發(fā)展方向。

第一階段，物資的輸送、存儲(chǔ)、管理和控制主要靠人工實(shí)現(xiàn)，其實(shí)時(shí)性和直觀性是明顯的優(yōu)點(diǎn)。人工倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)在初期設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也具有優(yōu)越性。

第二階段，物料可以通過(guò)各種各樣的傳帶，工業(yè)輸送車、機(jī)械手、吊車、堆垛機(jī)和升降機(jī)來(lái)移動(dòng)和搬運(yùn)，用貨架托盤(pán)和可移動(dòng)貨架存儲(chǔ)物料，通過(guò)人工操作機(jī)械存取設(shè)備，用限位開(kāi)關(guān)，螺旋機(jī)械制動(dòng)和機(jī)械監(jiān)視器等控制設(shè)備的運(yùn)行。機(jī)械化滿足了人們速度、精度、高度、重量、重復(fù)存取和搬運(yùn)等要求。

第三階段是自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)階段，自動(dòng)化技術(shù)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)和發(fā)展起了重要的促進(jìn)作用。50年代末和60年代，相繼研制和采用了自動(dòng)導(dǎo)引小車（AVG）、自動(dòng)貨架、自動(dòng)存取機(jī)器人、自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)分揀等系統(tǒng)。70年代和80年代，旋轉(zhuǎn)體式貨架、移動(dòng)式貨架、巷道式堆垛機(jī)和其他搬運(yùn)設(shè)備都加入了自動(dòng)控制的行列，但這時(shí)只是各個(gè)設(shè)備的局部自動(dòng)化并各自獨(dú)立應(yīng)用，被稱為"自動(dòng)化孤島"。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向物資的控制和管理，要求實(shí)時(shí)，協(xié)調(diào)和一體化，計(jì)算機(jī)之間、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之間、機(jī)械設(shè)備的控制器之間以及它們與主計(jì)算機(jī)之間的通信可以及時(shí)地匯總信息，倉(cāng)庫(kù)計(jì)算機(jī)及時(shí)地記錄訂貨和到貨時(shí)間，顯示庫(kù)存量，計(jì)劃人員可以方便地作出供貨決策，他們知道正在生產(chǎn) 什么、訂什么貨、什么時(shí)間發(fā)什么貨、管理人員隨時(shí)掌握貨源及需求。信息技術(shù)的應(yīng)用已成為倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的重要支柱。

第四階段是集成自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)階段，在70年代末和80年代，自動(dòng)化技術(shù)被越來(lái)越多地用到生產(chǎn)和分配領(lǐng)域，顯然，“自動(dòng)化孤島”需要集成化，于是便形成了“集成系統(tǒng)”的概念。在集成化系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)作，使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超過(guò)各部分獨(dú)立效益的總和。

集成化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS-Computer Integrated Manufacturing System）中物資存儲(chǔ)的中心受到人們的重視。雖然人們?cè)?0年代已經(jīng)注意到系統(tǒng)集成化，但至今在中國(guó)已建成的集成化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)還不多。在集成化系統(tǒng)里包括了人、設(shè)備和控制系統(tǒng)，前述三個(gè)階段是基礎(chǔ)。

70年代初期，中國(guó)開(kāi)始研究采用巷道式堆垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)。1980年，由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所等單位研制建成的中國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在北京汽車制造廠投產(chǎn)。（將拍攝自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的照片）從此以后，立體倉(cāng)庫(kù)在中國(guó)得到了迅速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)已建成的立體倉(cāng)庫(kù)近三百座，其中全自動(dòng)的立體倉(cāng)庫(kù)有30多個(gè)。中國(guó)的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了與其他信息決策系統(tǒng)的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。

第五階段是智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，人工智能技術(shù)發(fā)展了自動(dòng)化技術(shù)向更高級(jí)的階段——智能自動(dòng)化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)還處于初級(jí)發(fā)展階段，到二十世紀(jì)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的智能化將具有廣闊的應(yīng)用前景。

1．按建筑形式分為整體和分離式。

2．按貨物存取形式分為單元貨架式，移動(dòng)貨架式和揀選貨架式。

3．按貨架構(gòu)造形式分為單元貨架式，貫通式，水平循環(huán)式和垂直循環(huán)式倉(cāng)庫(kù)。

4．按所起的作用分為生產(chǎn)性倉(cāng)庫(kù)和流通性倉(cāng)庫(kù)。

5．按自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)與生產(chǎn)聯(lián)接的緊密程度分為獨(dú)立型，半緊密型和緊密型倉(cāng)庫(kù)。

凡國(guó)家承認(rèn)學(xué)歷的?？萍皩？埔陨袭厴I(yè)生均可以報(bào)考，并根據(jù)具體情況作如下分類：

1、工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)?？飘厴I(yè)生可直接報(bào)考；

2、電工類非工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)?？萍皩？埔陨袭厴I(yè)生報(bào)考，須加考自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)課程；

3、其他工科類專業(yè)專科及?？埔陨袭厴I(yè)生報(bào)考，須加考電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（含實(shí)踐）、電工原理（含實(shí)踐）、自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)等三門課程。

機(jī)器人的應(yīng)用是自動(dòng)化升級(jí)改造最具代表性的一個(gè)方面。機(jī)器人的引入，能夠大大解決人力成本攀升、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性。機(jī)器人作為人工替代，是最直接也是最具象征意義的自動(dòng)化改造。

但有象征意義不等于能解決實(shí)際問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，氣動(dòng)液壓控制及非標(biāo)設(shè)備自動(dòng)化也是非常重要的手段之一。尤其針對(duì)一些特殊應(yīng)用，機(jī)器人不能解決的，非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備才是答案?；蚴峭粋€(gè)應(yīng)用，其他方式會(huì)比機(jī)器人應(yīng)用費(fèi)用更低或是更方便。自動(dòng)化升級(jí)改造，切不可只盯著機(jī)器人看，多種渠道才是最好。　

機(jī)器人作為智能設(shè)備，并非簡(jiǎn)單安裝調(diào)試即可使用，如果忽略機(jī)器人的開(kāi)發(fā)（或二次開(kāi)發(fā)）與應(yīng)用，將會(huì)導(dǎo)致許多機(jī)器人買回來(lái)卻用不上或使用不當(dāng)。系統(tǒng)集成商能夠根據(jù)企業(yè)產(chǎn)線的實(shí)際需求提供合適的解決方案，包括使用什么機(jī)器人，如何使用，如何與原有產(chǎn)線設(shè)備有效連接等等。

真正的自動(dòng)化升級(jí)改造，并非一個(gè)簡(jiǎn)單工位或是機(jī)器的更換就能完成，而會(huì)涉及到整條生產(chǎn)線或是整個(gè)工廠管理體系。完全自動(dòng)化升級(jí)改造也是一項(xiàng)及其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不論是時(shí)間還是成本上都是規(guī)模非常龐大的。

對(duì)于中小企業(yè)，自動(dòng)化改造需量力而行：從比較成熟的自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)始，從工廠急待升級(jí)改造的部位入手，逐步進(jìn)行。對(duì)實(shí)力大型企業(yè)：要理解自動(dòng)化升級(jí)改造并非有錢就能解決的，切不可追求一步到位。按目前的技術(shù)水平，真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)人工廠”、“黑燈工廠”的企業(yè)在全球范圍并不多見(jiàn)。

舉例來(lái)說(shuō)，手機(jī)及小型家電的裝配工序，例如布線專配，按目前的技術(shù)水平，還有很長(zhǎng)一段時(shí)間依然是靠人工來(lái)完成。一些其他自動(dòng)化設(shè)備也是如此。所以進(jìn)行自動(dòng)化改造，需要仔細(xì)衡量目前的技術(shù)水平，并非所有工序都適合進(jìn)行自動(dòng)化改造。

近來(lái)工業(yè)4.0及中國(guó)制造2025的概念非?；馃?，以致很多企業(yè)盲目跟風(fēng)。制造業(yè)企業(yè)更應(yīng)該關(guān)注的是實(shí)際技術(shù)與問(wèn)題的解決方案。當(dāng)有一定數(shù)量的企業(yè)從狹義的機(jī)械與過(guò)程自動(dòng)化，發(fā)展到以信息為核心技術(shù)的廣義管理自動(dòng)化，工業(yè)4.0時(shí)代也將應(yīng)運(yùn)而生。

《工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)手冊(cè)》分為基礎(chǔ)理論與產(chǎn)品兩部分?；A(chǔ)理論部分著重介紹工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)常用術(shù)語(yǔ)和資料、檢測(cè)與控制技術(shù)、可靠性工程、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)與防爆安 全技術(shù);產(chǎn)品部分介紹各種檢測(cè)(含熱工量、機(jī)械量、成分量)、顯示、控制、執(zhí)行儀表與系統(tǒng)。手冊(cè)共有24篇，包括總論1篇、基礎(chǔ)部分7篇、產(chǎn)品部分16篇，分上下兩冊(cè)出版。

本手冊(cè)內(nèi)容完整、門類齊全、產(chǎn)品豐富、專業(yè)覆蓋面廣，基本上反映了工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品的全貌，是一部較完整的工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)專業(yè)手冊(cè)。

本手冊(cè)在表達(dá)方式上力求做到深入淺出、簡(jiǎn)明扼要、直觀易懂、歸類便查。讀者在了解工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品的同時(shí)，可起備查、提示、啟發(fā)的作用 。

本手冊(cè)可供工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)行業(yè)的科研、設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用方面的工程技術(shù)人員參考使用，也可供大專院校有關(guān)專業(yè)師生參閱。