自動化概論06

1、1控制和自動化技術的發(fā)展展望控制和自動化技術的發(fā)展展望 自動化技術的發(fā)展水平是一個國家在自動化技術的發(fā)展水平是一個國家在高技術領域發(fā)展水平的重要標志之一，它高技術領域發(fā)展水平的重要標志之一，它涉及到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設、商業(yè)、家涉及到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設、商業(yè)、家用電器、個人生活諸多方面。用電器、個人生活諸多方面。 西安交通大學電子與信息工程學院西安交通大學電子與信息工程學院 蔡遠利蔡遠利 教授教授26.1 6.1 計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)（計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的產(chǎn)生和發(fā)展的產(chǎn)生和發(fā)展 在制造業(yè)中產(chǎn)生了利用計算機不僅實現(xiàn)單元生產(chǎn)柔性自在制造業(yè)中產(chǎn)生了利用

2、計算機不僅實現(xiàn)單元生產(chǎn)柔性自動化，動化， 并把制造過程（產(chǎn)品設計、生產(chǎn)計劃與控制、生產(chǎn)過并把制造過程（產(chǎn)品設計、生產(chǎn)計劃與控制、生產(chǎn)過程等等）集成為一個統(tǒng)一系統(tǒng)的設想，同時企圖對整個系統(tǒng)程等等）集成為一個統(tǒng)一系統(tǒng)的設想，同時企圖對整個系統(tǒng)的運行加以優(yōu)化。的運行加以優(yōu)化。3計算機集成制造系統(tǒng)的初始概念計算機集成制造系統(tǒng)的初始概念效益包括：效益包括：（1）降低生產(chǎn)成）降低生產(chǎn)成本；本；（2）提高生產(chǎn)效）提高生產(chǎn)效率；率；（3）提高生產(chǎn)的）提高生產(chǎn)的柔性；柔性；（4）增強產(chǎn)品對）增強產(chǎn)品對市場的適應性；市場的適應性；（5）提高產(chǎn)品質(zhì)量；（）提高產(chǎn)品質(zhì)量；（6）減少生產(chǎn)準備時間和庫存；）減少生產(chǎn)準備時

3、間和庫存；（7）增加企業(yè)員工對企業(yè)的滿足感；（）增加企業(yè)員工對企業(yè)的滿足感；（8）增加用戶滿意度。）增加用戶滿意度。4計算機集成制造系統(tǒng)所涉及的自動化技術計算機集成制造系統(tǒng)所涉及的自動化技術 包括包括: 數(shù)控技術、計算機輔助設計（數(shù)控技術、計算機輔助設計（CAD）與計算機輔助與計算機輔助制造（制造（CAM）等、立體倉庫與自動化物料運輸系統(tǒng)、自動等、立體倉庫與自動化物料運輸系統(tǒng)、自動化裝配與工業(yè)機器人化裝配與工業(yè)機器人、計算機輔助生產(chǎn)計劃制定、計算機輔計算機輔助生產(chǎn)計劃制定、計算機輔助生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度、質(zhì)量監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)助生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度、質(zhì)量監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng) 、辦公自動化、辦公自動化與經(jīng)營輔助決

4、策與經(jīng)營輔助決策 。 5我國發(fā)展我國發(fā)展CIMSCIMS技術的前景技術的前景l(fā) 我國在我國在1987年開始實施年開始實施“863高技術計劃高技術計劃”的的CIMS主題主題l 以少量的科技投入，鼓勵一批專業(yè)技術人員很快初步掌握以少量的科技投入，鼓勵一批專業(yè)技術人員很快初步掌握了計算機集成制造系統(tǒng)及其單元技術，為我國發(fā)展該領域了計算機集成制造系統(tǒng)及其單元技術，為我國發(fā)展該領域的高技術奠定了基礎。的高技術奠定了基礎。l 高等院校的?？萍既藛T積極走向社會，與企業(yè)結合，大力高等院校的?？萍既藛T積極走向社會，與企業(yè)結合，大力在企業(yè)中推廣在企業(yè)中推廣計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)及有關單元技術。及有關

5、單元技術。l 通過通過計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)計劃示范項目的實施，推動了企計劃示范項目的實施，推動了企業(yè)應用信息技術以提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)營管理水平。業(yè)應用信息技術以提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)營管理水平。l 建立了建立了計算機集成制造計算機集成制造系統(tǒng)工程技術研究中心和一批實驗系統(tǒng)工程技術研究中心和一批實驗網(wǎng)點與培訓中心，為網(wǎng)點與培訓中心，為計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)技術的研究、試技術的研究、試驗、人員培訓打下了良好的基礎。驗、人員培訓打下了良好的基礎。 6先進的計算機集成制造系統(tǒng)可以實現(xiàn)生產(chǎn)、加工、設計及管理等綜合自動化。76.2 機器人應用于生產(chǎn)和社會生活的各方面機器人應用于生

6、產(chǎn)和社會生活的各方面l 機器人機器人作為人類作為人類20世紀最偉大的發(fā)明之一，在短世紀最偉大的發(fā)明之一，在短短的短的40年內(nèi)發(fā)生了日新月異的變化。年內(nèi)發(fā)生了日新月異的變化。l 機器人已經(jīng)不僅成為先進制造業(yè)不可缺少的自動機器人已經(jīng)不僅成為先進制造業(yè)不可缺少的自動化裝備，而且正以驚人的速度向海洋、航空、航化裝備，而且正以驚人的速度向海洋、航空、航天、軍事、農(nóng)業(yè)、服務、娛樂等各個領域滲透。天、軍事、農(nóng)業(yè)、服務、娛樂等各個領域滲透。l 機器人機器人主要分為兩大類：主要分為兩大類：用于制造環(huán)境下的用于制造環(huán)境下的工業(yè)機器人工業(yè)機器人（如焊接、裝配、噴涂、（如焊接、裝配、噴涂、搬運等機器人）搬運等機器人）

7、用于非制造環(huán)境下的用于非制造環(huán)境下的特種機器人特種機器人（如水下機器人、農(nóng)業(yè)（如水下機器人、農(nóng)業(yè)機器人、微操作機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、娛機器人、微操作機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、娛樂機器人等）。樂機器人等）。8 智能移動機器人智能移動機器人是機是機器人研究領域中的一個重器人研究領域中的一個重要分支。機器人也正在向要分支。機器人也正在向個人機器人的方向發(fā)展。個人機器人的方向發(fā)展。特種機器人特種機器人在海洋與農(nóng)業(yè)、在海洋與農(nóng)業(yè)、服務與醫(yī)療、生物與基因服務與醫(yī)療、生物與基因工程、航空與航天等領域工程、航空與航天等領域的應用顯示出強大的生命的應用顯示出強大的生命力力，如安全微創(chuàng)的腦外科，如

8、安全微創(chuàng)的腦外科輔助定位機器人、雕刻機輔助定位機器人、雕刻機器人、導游機器人等都進器人、導游機器人等都進入實用化階段。入實用化階段。 機器人正在清洗瓷磚壁面9二十一世紀的中國二十一世紀的中國機器人機器人圖6.3 焊接機器人 我國把我國把智能機器人智能機器人列為列為高技術發(fā)展計劃，主要是圍高技術發(fā)展計劃，主要是圍繞特種機器人進行攻關。完繞特種機器人進行攻關。完成成1000m水下無纜自治機器水下無纜自治機器人的研制人的研制 ，并完成了無人，并完成了無人駕駛振動式壓路機、隧道鑿駕駛振動式壓路機、隧道鑿巖機、大型噴漿機、機器人巖機、大型噴漿機、機器人化裝載機、自動攤鋪機等機化裝載機、自動攤鋪機等機器人

9、化工程機械。我國在研器人化工程機械。我國在研制出遙控移動機器人及爬壁制出遙控移動機器人及爬壁機器人以后，又根據(jù)市場需機器人以后，又根據(jù)市場需求開發(fā)出排爆機器人、面壁求開發(fā)出排爆機器人、面壁清洗機器人、醫(yī)療輔助機器清洗機器人、醫(yī)療輔助機器人、機器人足球等。人、機器人足球等。10我國蛟龍?zhí)栞d人機器人實現(xiàn)了7000米的深海航行，其技術難度和價值堪比載人航天飛行。11可以與人互動的家庭機器人12機器人涉及的自動化技術機器人涉及的自動化技術l 變結構控制與學習控制變結構控制與學習控制 變結構滑動模控制一變結構滑動?？刂埔恢笔菣C器人控制研究的重點，因其直觀上的合理直是機器人控制研究的重點，因其直觀上的合理

10、性而得到特別的重視。自適應滑動模控制等新的性而得到特別的重視。自適應滑動?？刂频刃碌姆椒▽鹘y(tǒng)的方法做了重要的改進。方法對傳統(tǒng)的方法做了重要的改進。l 機器視覺與機器智能機器視覺與機器智能 如何獲取場景和目標的如何獲取場景和目標的圖像信息，并把其處理成機器能夠理解的特征或圖像信息，并把其處理成機器能夠理解的特征或模式，是機器智能中非常困難的研究課題模式，是機器智能中非常困難的研究課題。l 智能控制與信息融合智能控制與信息融合 室外智能移動機器人所室外智能移動機器人所涉及的關鍵技術包括移動機器人的控制體系結構、涉及的關鍵技術包括移動機器人的控制體系結構、機器人視覺信息的實時處理、車體的定位系統(tǒng)、

11、機器人視覺信息的實時處理、車體的定位系統(tǒng)、多傳感器信息融合技術，以及路徑規(guī)劃技術與車多傳感器信息融合技術，以及路徑規(guī)劃技術與車體控制技術等。體控制技術等。136.3 高速列車和太空飛行器的智能控制高速列車和太空飛行器的智能控制 采用交流傳動技術，采用交流傳動技術，流線型頭形、輕量化鼓流線型頭形、輕量化鼓形車體、動力學性能較形車體、動力學性能較好的小輪徑動力車轉向好的小輪徑動力車轉向架等，架裝了導流板，架等，架裝了導流板，而 控 制 系 統(tǒng) 采 用而 控 制 系 統(tǒng) 采 用MITRAC分布式微機分布式微機控制裝置等，使該車組控制裝置等，使該車組技術性能進一步完善和技術性能進一步完善和提高。我國高

12、速提高。我國高速“子彈子彈頭頭”列車，時速達列車，時速達300多多km/h。磁懸浮高速列車磁懸浮高速列車已在上海運行，最高速每小時已在上海運行，最高速每小時430km。14人類太空飛行與人類太空飛行與國際空間站國際空間站 國際空間站國際空間站是一座有兩是一座有兩個足球場大小的空間站，將個足球場大小的空間站，將成為人類歷史上第一個完備成為人類歷史上第一個完備的太空實驗室。的太空實驗室。神舟號載人飛船已經(jīng)成功進神舟號載人飛船已經(jīng)成功進行了行了4次載人飛行。次載人飛行。15 6.4 虛擬現(xiàn)實技術虛擬現(xiàn)實技術常用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)常用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（1）飛行仿真系統(tǒng)）飛行仿真系統(tǒng) （2）作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)）作戰(zhàn)

13、仿真系統(tǒng)（3）與虛擬生物對話）與虛擬生物對話 （4）用于遙控機器人的遙）用于遙控機器人的遙現(xiàn)技術現(xiàn)技術 動態(tài)環(huán)境建模技術動態(tài)環(huán)境建模技術 、實時三維圖形生成技術、實時三維圖形生成技術 、立體顯示和傳感、立體顯示和傳感器技術器技術 、應用系統(tǒng)開發(fā)工具、應用系統(tǒng)開發(fā)工具 、系統(tǒng)集成技術、系統(tǒng)集成技術 虛擬現(xiàn)實涉及的自動化關虛擬現(xiàn)實涉及的自動化關鍵技術鍵技術: 166.5 巡航導彈和預警飛機巡航導彈和預警飛機巡航導彈及其測巡航導彈及其測控系統(tǒng)控系統(tǒng) 在翼式導彈和無在翼式導彈和無人駕駛遙控飛機的基人駕駛遙控飛機的基礎上，利用紅外成像礎上，利用紅外成像技術、精密制導技術技術、精密制導技術、隱形技術，配之

14、以、隱形技術，配之以先進的電子集成電路先進的電子集成電路、微型計算機等，研、微型計算機等，研制出小巧、機動靈活制出小巧、機動靈活、精度高、成本低的低空突防武器、精度高、成本低的低空突防武器巡航導彈巡航導彈。巡航導彈巡航導彈在在現(xiàn)代戰(zhàn)爭特別是局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭特別是局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要作用。 17采用吸氣式?jīng)_壓發(fā)動機的高超聲速飛行器將帶來一場變革，具有非常重要的軍事和民用價值。18預警飛機是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的信息采集與協(xié)調(diào)控制中心預警飛機是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的信息采集與協(xié)調(diào)控制中心機載預警系統(tǒng)中的自機載預警系統(tǒng)中的自動化技術動化技術 ： 空中預警飛機空中預警飛機是用是用于搜索、監(jiān)視和跟蹤空于搜索、

15、監(jiān)視和跟蹤空中和海上目標的作戰(zhàn)支中和海上目標的作戰(zhàn)支援飛機。其目的是達到援飛機。其目的是達到快捷準確發(fā)現(xiàn)敵人目標、快捷準確發(fā)現(xiàn)敵人目標、有效跟蹤目標，并指揮有效跟蹤目標，并指揮攔截或阻擊敵人目標。攔截或阻擊敵人目標。 圖6-9 美制E-3“望樓”空中預警飛機有源相控陣雷達技術、陣列信號、空時二維信號處理技術、機有源相控陣雷達技術、陣列信號、空時二維信號處理技術、機載環(huán)境下光學探測及圖像處理技術、多目標跟蹤與多傳感信息載環(huán)境下光學探測及圖像處理技術、多目標跟蹤與多傳感信息融合技術、敵我識別技術融合技術、敵我識別技術 、機載并行計算機技術、態(tài)勢評估、機載并行計算機技術、態(tài)勢評估、威脅評估和戰(zhàn)斗輔助

16、決策指揮技術威脅評估和戰(zhàn)斗輔助決策指揮技術 、導航技術、導航技術 196.6 數(shù)字地球與機敏傳感網(wǎng)絡數(shù)字地球與機敏傳感網(wǎng)絡l 數(shù)字地球北京宣言數(shù)字地球北京宣言設想把有關地球海量的、多分辨的、設想把有關地球海量的、多分辨的、3-維的、動態(tài)的數(shù)據(jù)維的、動態(tài)的數(shù)據(jù)按地理坐標集成起來，形成一個一體化的按地理坐標集成起來，形成一個一體化的“數(shù)字地球數(shù)字地球” 。把整個地球把整個地球“數(shù)字化數(shù)字化”之后，裝進計算機里面，借助它，之后，裝進計算機里面，借助它，人們無論走到哪里都可以按地理坐標了解地球上任何一人們無論走到哪里都可以按地理坐標了解地球上任何一處、任何方面的信息。處、任何方面的信息。l 機敏傳感網(wǎng)絡機敏傳感網(wǎng)絡機敏傳感網(wǎng)絡機敏傳感網(wǎng)絡將為士兵提供實時圖像、微觀氣象、移動將為士兵提供實時圖像、微觀氣象、移動目標、集成信息等有用信息，所采用的技術可能包括物目標、集成信息等有用信息，所采用的技術可能包括物理模型、動態(tài)數(shù)據(jù)庫、無線通信和下一代互聯(lián)網(wǎng)等。理模型、動態(tài)數(shù)據(jù)庫、無線通信和下一代互聯(lián)網(wǎng)等。在未來的社會中，傳