第3章-13 挑戰(zhàn)及展望!!

1、3.13 自動(dòng)化應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)與自動(dòng)化應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)與展望展望主要內(nèi)容主要內(nèi)容l 自動(dòng)化應(yīng)用面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)自動(dòng)化應(yīng)用面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)l 自動(dòng)化應(yīng)用的前沿領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)自動(dòng)化應(yīng)用的前沿領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì) 一、自動(dòng)化應(yīng)用面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)一、自動(dòng)化應(yīng)用面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn) 自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，早已從主要面向工自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，早已從主要面向工業(yè)和國(guó)防擴(kuò)展到了能源、環(huán)境、交通、建筑、經(jīng)濟(jì)、業(yè)和國(guó)防擴(kuò)展到了能源、環(huán)境、交通、建筑、經(jīng)濟(jì)、管理、家居等幾乎所有領(lǐng)域。管理、家居等幾乎所有領(lǐng)域。 伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，自動(dòng)化應(yīng)用在深度伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，自動(dòng)化應(yīng)用在深度和廣度上也不斷拓展，新概

2、念、新技術(shù)、新問(wèn)題不和廣度上也不斷拓展，新概念、新技術(shù)、新問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，一方面給自動(dòng)化的發(fā)展提供了前所未有的斷涌現(xiàn)，一方面給自動(dòng)化的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇，同時(shí)也使自動(dòng)化面臨著眾多的挑戰(zhàn)。機(jī)遇，同時(shí)也使自動(dòng)化面臨著眾多的挑戰(zhàn)。1. 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的整體水平有待提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的整體水平有待提高 很多應(yīng)用領(lǐng)域的自動(dòng)化系統(tǒng)都在朝綜合自動(dòng)化方很多應(yīng)用領(lǐng)域的自動(dòng)化系統(tǒng)都在朝綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，就一個(gè)生產(chǎn)企業(yè)而言，綜合自動(dòng)化涉及了向發(fā)展，就一個(gè)生產(chǎn)企業(yè)而言，綜合自動(dòng)化涉及了產(chǎn)品的全生命周期，各個(gè)環(huán)節(jié)和各個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)產(chǎn)品的全生命周期，各個(gè)環(huán)節(jié)和各個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立而又相互關(guān)聯(lián)、相互影響，要真正形成一個(gè)

3、平穩(wěn)、立而又相互關(guān)聯(lián)、相互影響，要真正形成一個(gè)平穩(wěn)、協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的大系統(tǒng)是相當(dāng)艱巨的任務(wù)，同時(shí)也是一協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的大系統(tǒng)是相當(dāng)艱巨的任務(wù)，同時(shí)也是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，不可能一蹴而就。個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，不可能一蹴而就。 現(xiàn)有的工業(yè)綜合自動(dòng)化成套產(chǎn)品和完整解決方案現(xiàn)有的工業(yè)綜合自動(dòng)化成套產(chǎn)品和完整解決方案尚不夠完善，離全面和深度融合尚有一定距離。尚不夠完善，離全面和深度融合尚有一定距離。 很多領(lǐng)域，如樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)很多領(lǐng)域，如樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化等還處于發(fā)展的初級(jí)階段，需要加大投入，自動(dòng)化等還處于發(fā)展的初級(jí)階段，需要加大投入，逐步完善和推廣。逐步完善和推廣。 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建

4、和實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到眾多的技術(shù)領(lǐng)域，需要不雜的系統(tǒng)工程，涉及到眾多的技術(shù)領(lǐng)域，需要不同專業(yè)背景的科技和管理人員共同參與，同時(shí)還同專業(yè)背景的科技和管理人員共同參與，同時(shí)還必須在很多關(guān)鍵技術(shù)上深入開(kāi)展研究，如綜合自必須在很多關(guān)鍵技術(shù)上深入開(kāi)展研究，如綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、信息集成技術(shù)、檢測(cè)與識(shí)動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、信息集成技術(shù)、檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)、決策支持系統(tǒng)等別技術(shù)、決策支持系統(tǒng)等 。 2. 復(fù)雜系統(tǒng)的研究尚處于探索階段復(fù)雜系統(tǒng)的研究尚處于探索階段 復(fù)雜系統(tǒng)包括電力系統(tǒng)、綜合工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)包括電力系統(tǒng)、綜合工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)

5、濟(jì)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等，系統(tǒng)的交通系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化加劇了系統(tǒng)的復(fù)雜性。網(wǎng)絡(luò)化加劇了系統(tǒng)的復(fù)雜性。 現(xiàn)有現(xiàn)有“大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)理論”的主要成果基本上是線性的主要成果基本上是線性系統(tǒng)理論在復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的推廣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足復(fù)系統(tǒng)理論在復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的推廣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足復(fù)雜系統(tǒng)的研究需要，而雜系統(tǒng)的研究需要，而“復(fù)雜系統(tǒng)理論復(fù)雜系統(tǒng)理論”近年來(lái)近年來(lái)雖然取得了一些進(jìn)展，但尚處于探索階段，離實(shí)雖然取得了一些進(jìn)展，但尚處于探索階段，離實(shí)際應(yīng)用還有較大距離。較普遍的看法是，復(fù)雜系際應(yīng)用還有較大距離。較普遍的看法是，復(fù)雜系統(tǒng)的研究應(yīng)當(dāng)走智能化和綜合集成的道路。統(tǒng)的研究應(yīng)當(dāng)走智能化和綜合集成的

6、道路。 3. 系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析、控制、決策系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析、控制、決策等的結(jié)合問(wèn)題等的結(jié)合問(wèn)題 要實(shí)現(xiàn)有效的管理和控制，離不開(kāi)系統(tǒng)建模。系要實(shí)現(xiàn)有效的管理和控制，離不開(kāi)系統(tǒng)建模。系統(tǒng)模型若過(guò)于復(fù)雜，會(huì)給分析、設(shè)計(jì)和決策帶來(lái)很統(tǒng)模型若過(guò)于復(fù)雜，會(huì)給分析、設(shè)計(jì)和決策帶來(lái)很大困難；反之若過(guò)于簡(jiǎn)單，則無(wú)法反應(yīng)真實(shí)特性。大困難；反之若過(guò)于簡(jiǎn)單，則無(wú)法反應(yīng)真實(shí)特性。因此系統(tǒng)建模不是一個(gè)獨(dú)立的過(guò)程，應(yīng)充分考慮控因此系統(tǒng)建模不是一個(gè)獨(dú)立的過(guò)程，應(yīng)充分考慮控制和管理上的需要。制和管理上的需要。 目前針對(duì)線性系統(tǒng)的建模研究已比較成熟，但時(shí)目前針對(duì)線性系統(tǒng)的建模研究已比較成熟，但時(shí)變、非線性、不確定動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、復(fù)

7、雜系統(tǒng)等的研究變、非線性、不確定動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)等的研究依然不多，且大多屬于定量模型。如何把定量模型依然不多，且大多屬于定量模型。如何把定量模型和定性模型結(jié)合起來(lái)，并考慮控制和管理的需要尚和定性模型結(jié)合起來(lái)，并考慮控制和管理的需要尚待深入研究。待深入研究。 4. 先進(jìn)控制策略的推廣應(yīng)用先進(jìn)控制策略的推廣應(yīng)用 先進(jìn)控制策略一般指控制性能優(yōu)于先進(jìn)控制策略一般指控制性能優(yōu)于PID控制、而控制、而且必須借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的一類控制算法，如自且必須借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的一類控制算法，如自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制、最優(yōu)控制、智能控制等。適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制、最優(yōu)控制、智能控制等。 在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)中，往往有

8、在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)中，往往有85%以上以上是簡(jiǎn)單的是簡(jiǎn)單的PID控制，有控制，有5%10%是包含了多種方式是包含了多種方式的復(fù)合控制，而先進(jìn)控制系統(tǒng)的比例只有的復(fù)合控制，而先進(jìn)控制系統(tǒng)的比例只有5%左右。左右。 隨著控制系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷增加，很隨著控制系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷增加，很多情況下簡(jiǎn)單的多情況下簡(jiǎn)單的PID控制已不能滿足要求，或者即控制已不能滿足要求，或者即使能滿足要求，但并不能獲得很好的效果。使能滿足要求，但并不能獲得很好的效果。 現(xiàn)代的自動(dòng)化系統(tǒng)絕大部分都已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化現(xiàn)代的自動(dòng)化系統(tǒng)絕大部分都已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化或計(jì)算機(jī)化，在計(jì)算機(jī)中以軟件的形式實(shí)現(xiàn)先進(jìn)或計(jì)算機(jī)化，在計(jì)算

9、機(jī)中以軟件的形式實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制或?qū)崿F(xiàn)控制或?qū)崿F(xiàn)PID控制并無(wú)本質(zhì)差別，但先進(jìn)控制控制并無(wú)本質(zhì)差別，但先進(jìn)控制的效果明顯優(yōu)于的效果明顯優(yōu)于PID控制，可以顯著提高生產(chǎn)效控制，可以顯著提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，從而創(chuàng)造出率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，從而創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 大力推廣和應(yīng)用先進(jìn)控制策略不僅切實(shí)可行，大力推廣和應(yīng)用先進(jìn)控制策略不僅切實(shí)可行，而且對(duì)全面改善系統(tǒng)性能、提高自動(dòng)化水平、實(shí)而且對(duì)全面改善系統(tǒng)性能、提高自動(dòng)化水平、實(shí)現(xiàn)國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能降耗以及提高資源利用率等具現(xiàn)國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能降耗以及提高資源利用率等具有十分重要的意義。有十分重要的意義。5. 自動(dòng)

10、化在很多領(lǐng)域的應(yīng)用水平急待提高自動(dòng)化在很多領(lǐng)域的應(yīng)用水平急待提高 自動(dòng)化在工業(yè)、軍事等很多領(lǐng)域取得了巨大的自動(dòng)化在工業(yè)、軍事等很多領(lǐng)域取得了巨大的成功，但仍有不少領(lǐng)域需要深入開(kāi)展研究，拓展成功，但仍有不少領(lǐng)域需要深入開(kāi)展研究，拓展應(yīng)用范圍，提高應(yīng)用水平。應(yīng)用范圍，提高應(yīng)用水平。 家庭自動(dòng)化由于實(shí)施成本的問(wèn)題，基本上還停家庭自動(dòng)化由于實(shí)施成本的問(wèn)題，基本上還停留在單機(jī)自動(dòng)化水平上，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了具有網(wǎng)留在單機(jī)自動(dòng)化水平上，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了具有網(wǎng)絡(luò)接口的冰箱、空調(diào)等絡(luò)接口的冰箱、空調(diào)等“信息家電信息家電”產(chǎn)品，但還產(chǎn)品，但還難以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的互連和組網(wǎng)，很多所謂的難以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的互連和組網(wǎng)，很多所

11、謂的“智能小區(qū)智能小區(qū)” 離真正的智能自動(dòng)化還相差甚遠(yuǎn)。離真正的智能自動(dòng)化還相差甚遠(yuǎn)。 在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化方面，發(fā)達(dá)國(guó)家早就提出了在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化方面，發(fā)達(dá)國(guó)家早就提出了“精精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的概念，開(kāi)發(fā)了種類繁多的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的概念，開(kāi)發(fā)了種類繁多的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)，包括遙感遙測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地理信設(shè)備和系統(tǒng)，包括遙感遙測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地理信息、息、GPS定位、農(nóng)業(yè)專家數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)灌溉、自定位、農(nóng)業(yè)專家數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)灌溉、自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械和機(jī)器人、自動(dòng)化飼養(yǎng)、工廠化動(dòng)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械和機(jī)器人、自動(dòng)化飼養(yǎng)、工廠化蔬菜生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化管理等。蔬菜生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化管理等。 我國(guó)的大部分地區(qū)還停留在機(jī)械化的水平上，我國(guó)的大部分

12、地區(qū)還停留在機(jī)械化的水平上，有些地方連有些地方連“機(jī)械化機(jī)械化”也談不上，仍采用較原始也談不上，仍采用較原始的耕作方式。因此要提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)的耕作方式。因此要提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化還有較長(zhǎng)的一段路要走。農(nóng)業(yè)自動(dòng)化還有較長(zhǎng)的一段路要走。 在交通運(yùn)輸自動(dòng)化方面，對(duì)智能交通系統(tǒng)在交通運(yùn)輸自動(dòng)化方面，對(duì)智能交通系統(tǒng)ITS的的研究已有研究已有40年左右的歷史，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已有年左右的歷史，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已有較高的應(yīng)用率，如美國(guó)的較高的應(yīng)用率，如美國(guó)的ITS應(yīng)用率高達(dá)應(yīng)用率高達(dá)80%，而，而我國(guó)目前很多城市的信號(hào)燈控制還停留在定時(shí)切換我國(guó)目前很多城市的信號(hào)燈控制還停留在定時(shí)切換

13、的傳統(tǒng)方式上，交通誘導(dǎo)和疏導(dǎo)還主要靠警察的現(xiàn)的傳統(tǒng)方式上，交通誘導(dǎo)和疏導(dǎo)還主要靠警察的現(xiàn)場(chǎng)指揮，大量公路收費(fèi)站還依靠人工收費(fèi)。場(chǎng)指揮，大量公路收費(fèi)站還依靠人工收費(fèi)。 雖然部分大城市引進(jìn)和開(kāi)發(fā)了一些交通綜合管理雖然部分大城市引進(jìn)和開(kāi)發(fā)了一些交通綜合管理與控制系統(tǒng)，安裝了電子收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和信與控制系統(tǒng)，安裝了電子收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和信息服務(wù)系統(tǒng)，很多城市已經(jīng)開(kāi)始了以智能控制和綜息服務(wù)系統(tǒng)，很多城市已經(jīng)開(kāi)始了以智能控制和綜合管理為手段、以實(shí)現(xiàn)合管理為手段、以實(shí)現(xiàn)“一路綠波一路綠波”為目標(biāo)的城市為目標(biāo)的城市交通系統(tǒng)的改造和升級(jí)，但要全面實(shí)現(xiàn)交通自動(dòng)化交通系統(tǒng)的改造和升級(jí)，但要全面實(shí)現(xiàn)交通自動(dòng)化尚

14、待時(shí)日。尚待時(shí)日。 在煤礦自動(dòng)化方面，由于煤礦的生產(chǎn)環(huán)境惡劣，在煤礦自動(dòng)化方面，由于煤礦的生產(chǎn)環(huán)境惡劣，瓦斯與煤塵爆炸、水災(zāi)、火災(zāi)、冒頂?shù)仁鹿孰S時(shí)瓦斯與煤塵爆炸、水災(zāi)、火災(zāi)、冒頂?shù)仁鹿孰S時(shí)可能發(fā)生，對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。可能發(fā)生，對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。 種種原因造成我國(guó)煤礦自動(dòng)化的總體水平一直種種原因造成我國(guó)煤礦自動(dòng)化的總體水平一直不高，落后于發(fā)達(dá)國(guó)家十多年，煤礦事故頻繁發(fā)不高，落后于發(fā)達(dá)國(guó)家十多年，煤礦事故頻繁發(fā)生，人員死亡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。生，人員死亡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。 美國(guó)的煤礦每百萬(wàn)噸死亡率在美國(guó)的煤礦每百萬(wàn)噸死亡率在0.04以下，全世以下，全世界的平均水平大約是界

15、的平均水平大約是1.6，而我國(guó)則是世界平均水，而我國(guó)則是世界平均水平的平的2.3倍左右，這充分說(shuō)明了煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)倍左右，這充分說(shuō)明了煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)的嚴(yán)峻性。的嚴(yán)峻性。 我國(guó)的煤礦自動(dòng)化雖然已逐步開(kāi)發(fā)和完善了局我國(guó)的煤礦自動(dòng)化雖然已逐步開(kāi)發(fā)和完善了局部生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)，并向全礦井綜合自動(dòng)化方部生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)，并向全礦井綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，但主要應(yīng)用于較大型的煤礦，大量中、小向發(fā)展，但主要應(yīng)用于較大型的煤礦，大量中、小型煤礦的自動(dòng)化水平還非常低，有些甚至完全沒(méi)有型煤礦的自動(dòng)化水平還非常低，有些甚至完全沒(méi)有自動(dòng)化設(shè)備。自動(dòng)化設(shè)備。 煤礦自動(dòng)化的首要任務(wù)應(yīng)當(dāng)是保證人員安全，煤礦自動(dòng)化的首要

16、任務(wù)應(yīng)當(dāng)是保證人員安全，建立和健全安全監(jiān)控系統(tǒng)，并不斷利用新技術(shù)、新建立和健全安全監(jiān)控系統(tǒng)，并不斷利用新技術(shù)、新手段完善和提高煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，最終實(shí)現(xiàn)手段完善和提高煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，最終實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采作業(yè)的全自動(dòng)化、機(jī)器人化以及控制和管煤礦開(kāi)采作業(yè)的全自動(dòng)化、機(jī)器人化以及控制和管理的綜合集成化。理的綜合集成化。6. 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)新的挑戰(zhàn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)新的挑戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施現(xiàn)成，能以較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施現(xiàn)成，能以較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和遠(yuǎn)程控制；遠(yuǎn)程控制；可以利用網(wǎng)上大量的計(jì)算資源，包括各種軟件、可以利用網(wǎng)上大量的計(jì)算資源，包括各種軟件、沒(méi)有滿負(fù)荷運(yùn)行的微機(jī)和處理器等；沒(méi)

17、有滿負(fù)荷運(yùn)行的微機(jī)和處理器等；基于網(wǎng)絡(luò)的分布式控制可以突破地域的限制；基于網(wǎng)絡(luò)的分布式控制可以突破地域的限制；可以實(shí)現(xiàn)從決策管理層、規(guī)劃調(diào)度層到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)從決策管理層、規(guī)劃調(diào)度層到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的全系統(tǒng)控制和全過(guò)程綜合優(yōu)化。層的全系統(tǒng)控制和全過(guò)程綜合優(yōu)化。 基于基于Internet的控制系統(tǒng)已成為近年來(lái)的研究和的控制系統(tǒng)已成為近年來(lái)的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)主要有：應(yīng)用熱點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)主要有：網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中，會(huì)造成較大的傳輸延網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中，會(huì)造成較大的傳輸延遲，而且延遲時(shí)間不確定或不相同；遲，而且延遲時(shí)間不確定或不相同；對(duì)信號(hào)的等間隔采樣經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后將變得不再等對(duì)信號(hào)的等間隔采樣經(jīng)網(wǎng)

18、絡(luò)傳輸后將變得不再等間隔，而現(xiàn)有成熟的控制理論基于等間隔采樣；間隔，而現(xiàn)有成熟的控制理論基于等間隔采樣；信號(hào)在傳輸過(guò)程中可能丟失或被修改；信號(hào)在傳輸過(guò)程中可能丟失或被修改；傳輸過(guò)程中信號(hào)的順序可能發(fā)生變化，即后一時(shí)傳輸過(guò)程中信號(hào)的順序可能發(fā)生變化，即后一時(shí)刻的信號(hào)先傳到，前一時(shí)刻的信號(hào)后傳到。刻的信號(hào)先傳到，前一時(shí)刻的信號(hào)后傳到。 基于基于Internet的控制存在顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)，即的控制存在顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)，即可靠性差，主要體現(xiàn)在以下幾方面：可靠性差，主要體現(xiàn)在以下幾方面： 上述問(wèn)題給分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)帶來(lái)了新問(wèn)題和上述問(wèn)題給分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)帶來(lái)了新問(wèn)題和新挑戰(zhàn)，必須對(duì)現(xiàn)有的理論體系有所創(chuàng)新

19、和突破。新挑戰(zhàn)，必須對(duì)現(xiàn)有的理論體系有所創(chuàng)新和突破。二、自動(dòng)化應(yīng)用的前沿領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)二、自動(dòng)化應(yīng)用的前沿領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì) 1. 基于基于PC和以太網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)將成和以太網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)將成為工業(yè)自動(dòng)化的主流為工業(yè)自動(dòng)化的主流 目前目前PLC和和DCS已成為工業(yè)自動(dòng)化的主流產(chǎn)品，已成為工業(yè)自動(dòng)化的主流產(chǎn)品，但各個(gè)廠家有各自的總線標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)、編程但各個(gè)廠家有各自的總線標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)、編程軟件和運(yùn)行支持軟件，開(kāi)放性較差。軟件和運(yùn)行支持軟件，開(kāi)放性較差。 在這種形勢(shì)下，以在這種形勢(shì)下，以PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）為基礎(chǔ)（個(gè)人計(jì)算機(jī)）為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)開(kāi)始嶄露頭角，進(jìn)軍工業(yè)自動(dòng)的分布式控制系統(tǒng)開(kāi)

20、始嶄露頭角，進(jìn)軍工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域?；念I(lǐng)域?；诨赑C的控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：的控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：l PC具有開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)和無(wú)與倫比的市場(chǎng)具有開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)和無(wú)與倫比的市場(chǎng)占有率，形成了極其強(qiáng)大的市場(chǎng)產(chǎn)品支持占有率，形成了極其強(qiáng)大的市場(chǎng)產(chǎn)品支持和技術(shù)支持；和技術(shù)支持；l 可以像可以像PLC一樣可靠，并具有很多高級(jí)功一樣可靠，并具有很多高級(jí)功能，易于安裝使用，維護(hù)成本低；能，易于安裝使用，維護(hù)成本低；l 不僅可用作人機(jī)界面裝置，還可以覆蓋從不僅可用作人機(jī)界面裝置，還可以覆蓋從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的I/O、基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程控制直、基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程控制直至生產(chǎn)管理的全部工廠自動(dòng)化領(lǐng)域。至生產(chǎn)管理的

21、全部工廠自動(dòng)化領(lǐng)域。工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用趨勢(shì)：工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用趨勢(shì)：l 在局域網(wǎng)市場(chǎng)上處于領(lǐng)先地位，市場(chǎng)份額超過(guò)在局域網(wǎng)市場(chǎng)上處于領(lǐng)先地位，市場(chǎng)份額超過(guò)80%；l 工業(yè)以太網(wǎng)是一種開(kāi)放式、多供應(yīng)商、高性能的工業(yè)以太網(wǎng)是一種開(kāi)放式、多供應(yīng)商、高性能的區(qū)域和單元級(jí)網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)質(zhì)是在開(kāi)放的以太網(wǎng)協(xié)區(qū)域和單元級(jí)網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)質(zhì)是在開(kāi)放的以太網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)上再各自定義了用戶層協(xié)議。議基礎(chǔ)上再各自定義了用戶層協(xié)議。l 近年來(lái)，由于近年來(lái)，由于Internet的通信協(xié)議的通信協(xié)議TCP/IP已成為已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中越來(lái)越多事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中越來(lái)越多地采用工業(yè)以太網(wǎng)；地采用

22、工業(yè)以太網(wǎng)； 由于以由于以PC和工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化系統(tǒng)具和工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化系統(tǒng)具有一系列優(yōu)點(diǎn)，因此各個(gè)有一系列優(yōu)點(diǎn)，因此各個(gè)PLC和和DCS生產(chǎn)廠家都在生產(chǎn)廠家都在改造自己生產(chǎn)的改造自己生產(chǎn)的PLC和和DCS，使其越來(lái)越，使其越來(lái)越PC化，化，并大多配置了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口。并大多配置了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口。PLC將不斷向開(kāi)放將不斷向開(kāi)放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，基于式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，基于PC的的DCS將朝小型化、將朝小型化、多樣化和開(kāi)放性方向發(fā)展。多樣化和開(kāi)放性方向發(fā)展。 以以PC為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)正以每年約為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)正以每年約160%的速度增長(zhǎng)，不久就將成為工業(yè)自動(dòng)化的主流

23、產(chǎn)品，的速度增長(zhǎng)，不久就將成為工業(yè)自動(dòng)化的主流產(chǎn)品，造價(jià)將大幅度降低，開(kāi)放性和互連性、軟件的模塊造價(jià)將大幅度降低，開(kāi)放性和互連性、軟件的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化將大大提高?；蜆?biāo)準(zhǔn)化將大大提高。 2. 綜合自動(dòng)化發(fā)展前景廣闊綜合自動(dòng)化發(fā)展前景廣闊 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)包括綜合自動(dòng)化系統(tǒng)包括CIMS、DCS、CIPS等，等，其界限并不明顯，共同的最大特點(diǎn)就是多種技術(shù)的其界限并不明顯，共同的最大特點(diǎn)就是多種技術(shù)的“綜合綜合”與全企業(yè)信息的與全企業(yè)信息的“集成集成”，其次都實(shí)現(xiàn)了，其次都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，都包含了功能豐富完善數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，都包含了功能豐富完善的組態(tài)軟件、各種各樣的管理軟件和先進(jìn)

24、的控制軟的組態(tài)軟件、各種各樣的管理軟件和先進(jìn)的控制軟件包等，體現(xiàn)了信息時(shí)代企業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的方向，件包等，體現(xiàn)了信息時(shí)代企業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的方向，具有非常廣闊的發(fā)展前景。具有非常廣闊的發(fā)展前景。 不久以后，美國(guó)的大部分企業(yè)都將實(shí)現(xiàn)綜合自不久以后，美國(guó)的大部分企業(yè)都將實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化，我國(guó)已有一大批企業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)，實(shí)施了示動(dòng)化，我國(guó)已有一大批企業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)，實(shí)施了示范工程，并正在向更多的企業(yè)推廣。范工程，并正在向更多的企業(yè)推廣。3. 從追求從追求“無(wú)人化無(wú)人化”向人機(jī)結(jié)合發(fā)展向人機(jī)結(jié)合發(fā)展 傳統(tǒng)自動(dòng)化追求傳統(tǒng)自動(dòng)化追求 “無(wú)人化無(wú)人化”，而新的自動(dòng)化，而新的自動(dòng)化則追求則追求“智能自動(dòng)化智能自動(dòng)化”和和

25、“綜合自動(dòng)化綜合自動(dòng)化”，希望，希望達(dá)成人和自動(dòng)化系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。達(dá)成人和自動(dòng)化系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。 現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)論如何高明，其綜合智能現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)論如何高明，其綜合智能水平遠(yuǎn)不及人，因此人應(yīng)成為廣義自動(dòng)化系統(tǒng)的水平遠(yuǎn)不及人，因此人應(yīng)成為廣義自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。重要組成部分。 追求完全的追求完全的“無(wú)人化無(wú)人化”不僅意味著很高的成本、不僅意味著很高的成本、很大的代價(jià)，而且在技術(shù)上也常常難以實(shí)現(xiàn)，或很大的代價(jià)，而且在技術(shù)上也常常難以實(shí)現(xiàn)，或即使能夠?qū)崿F(xiàn)，能達(dá)到的整體智能化水平也不高，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，能達(dá)到的整體智能化水平也不高，因此人與自動(dòng)化系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合將成為自動(dòng)化應(yīng)因此人與自動(dòng)化系統(tǒng)

26、的有機(jī)結(jié)合將成為自動(dòng)化應(yīng)用的發(fā)展方向。用的發(fā)展方向。4. 各種自動(dòng)化手段相互借鑒，各種自動(dòng)各種自動(dòng)化手段相互借鑒，各種自動(dòng)化系統(tǒng)相互融合并走向開(kāi)放化系統(tǒng)相互融合并走向開(kāi)放 單片機(jī)、工控機(jī)、單片機(jī)、工控機(jī)、PLC、DSP、嵌入式系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、機(jī)電一體化、數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)電一體化、數(shù)控系統(tǒng)、CIMS、DCS、現(xiàn)場(chǎng)總、現(xiàn)場(chǎng)總線與線與FCS、工業(yè)以太網(wǎng)與基于、工業(yè)以太網(wǎng)與基于PC的控制系統(tǒng)等都的控制系統(tǒng)等都是目前很活躍、很流行的技術(shù)，各有自己的產(chǎn)生是目前很活躍、很流行的技術(shù)，各有自己的產(chǎn)生背景和發(fā)展歷程、各有特色、各有適宜的應(yīng)用范背景和發(fā)展歷程、各有特色、各有適宜的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。圍和領(lǐng)域。 在今后相

27、當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，這些技術(shù)將彼此在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，這些技術(shù)將彼此共存、相互競(jìng)爭(zhēng)，但同時(shí)也會(huì)相互學(xué)習(xí)、借鑒、共存、相互競(jìng)爭(zhēng)，但同時(shí)也會(huì)相互學(xué)習(xí)、借鑒、和滲透，逐漸走向融合、集成和開(kāi)放，這是發(fā)展和滲透，逐漸走向融合、集成和開(kāi)放，這是發(fā)展的大勢(shì)所趨，既適應(yīng)了實(shí)際的需要和發(fā)展的需要，的大勢(shì)所趨，既適應(yīng)了實(shí)際的需要和發(fā)展的需要，也是技術(shù)發(fā)展的必然。也是技術(shù)發(fā)展的必然。5. 傳感與檢測(cè)技術(shù)向微型化、數(shù)字化、傳感與檢測(cè)技術(shù)向微型化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 近年來(lái)，微電子、微機(jī)械、新材料、新工藝與近年來(lái)，微電子、微機(jī)械、新材料、新工藝與計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的結(jié)合創(chuàng)造出新一代的

28、傳感器計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的結(jié)合創(chuàng)造出新一代的傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智與檢測(cè)系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。能化和網(wǎng)絡(luò)化。 微型化是指敏感元件的體積小，其尺寸可做到微型化是指敏感元件的體積小，其尺寸可做到微米級(jí)，由微機(jī)械加工技術(shù)制作而成。微米級(jí)，由微機(jī)械加工技術(shù)制作而成。 數(shù)字化和智能化指采用微處理器、具有雙向通數(shù)字化和智能化指采用微處理器、具有雙向通信功能、能對(duì)檢測(cè)信息進(jìn)行補(bǔ)償和校正，并具有信功能、能對(duì)檢測(cè)信息進(jìn)行補(bǔ)償和校正，并具有自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲(chǔ)和記憶自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲(chǔ)和記憶等功能。等功能。 網(wǎng)絡(luò)化包含兩層意思：網(wǎng)

29、絡(luò)化包含兩層意思：傳感與檢測(cè)裝置具有傳感與檢測(cè)裝置具有連網(wǎng)和通信功能；連網(wǎng)和通信功能；傳感器之間可以相連，組成傳感器之間可以相連，組成傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)。 傳感與檢測(cè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，已出現(xiàn)了多種傳感與檢測(cè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，已出現(xiàn)了多種新型傳感器、新型檢測(cè)手段、以及內(nèi)置新型傳感器、新型檢測(cè)手段、以及內(nèi)置CPU并具并具有網(wǎng)絡(luò)功能的智能檢測(cè)裝置，包括無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、有網(wǎng)絡(luò)功能的智能檢測(cè)裝置，包括無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、虛擬儀表（用軟件方式實(shí)現(xiàn)儀表的功能）、軟測(cè)虛擬儀表（用軟件方式實(shí)現(xiàn)儀表的功能）、軟測(cè)量技術(shù)（通過(guò)軟件，由可測(cè)變量計(jì)算出不可測(cè)變量技術(shù)（通過(guò)軟件，由可測(cè)變量計(jì)算出不可測(cè)變量）等，并獲得廣泛應(yīng)用

30、。量）等，并獲得廣泛應(yīng)用。 6. 虛擬技術(shù)的應(yīng)用將越來(lái)越普遍虛擬技術(shù)的應(yīng)用將越來(lái)越普遍 虛擬技術(shù)主要包括虛擬技術(shù)主要包括“虛擬現(xiàn)實(shí)（虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）” 和和“虛擬儀器（虛擬儀器（Virtual Instruments）” ，已有，已有20多多年的歷史，但應(yīng)用于自動(dòng)化則是近年來(lái)的事情，而年的歷史，但應(yīng)用于自動(dòng)化則是近年來(lái)的事情，而且還處于不斷發(fā)展與完善過(guò)程中。且還處于不斷發(fā)展與完善過(guò)程中。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基于計(jì)算機(jī)三維圖形及相關(guān)硬件技虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基于計(jì)算機(jī)三維圖形及相關(guān)硬件技術(shù)，讓用戶通過(guò)多種知覺(jué)方式虛擬地與計(jì)算機(jī)所構(gòu)術(shù)，讓用戶通過(guò)多種知覺(jué)方式虛擬地與計(jì)算機(jī)所構(gòu)建的仿真環(huán)

31、境進(jìn)行交互。借助帶顯示器的數(shù)字頭盔、建的仿真環(huán)境進(jìn)行交互。借助帶顯示器的數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)手套、定位器、跟蹤器等外部設(shè)備，人們會(huì)有數(shù)據(jù)手套、定位器、跟蹤器等外部設(shè)備，人們會(huì)有“身臨其境身臨其境”的感覺(jué)，做現(xiàn)實(shí)世界中可能或不可能的感覺(jué)，做現(xiàn)實(shí)世界中可能或不可能的事情。的事情。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成功應(yīng)用來(lái)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、虛虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成功應(yīng)用來(lái)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬裝配、虛擬生產(chǎn)等，還可用來(lái)構(gòu)建擬實(shí)驗(yàn)、虛擬裝配、虛擬生產(chǎn)等，還可用來(lái)構(gòu)建一種有臨場(chǎng)感的、更直觀友好的前臺(tái)信息監(jiān)控界一種有臨場(chǎng)感的、更直觀友好的前臺(tái)信息監(jiān)控界面，可以面，可以“身臨其景身臨其景”般地考察生產(chǎn)情況，更直般地考察生產(chǎn)情況，更直

32、觀、便捷地監(jiān)視和操作底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。觀、便捷地監(jiān)視和操作底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)為核心，用軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)量虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)為核心，用軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制的一種儀器系統(tǒng)，其功能和面板是通過(guò)軟和控制的一種儀器系統(tǒng)，其功能和面板是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的，因此非常靈活方便，一臺(tái)虛擬儀器的件實(shí)現(xiàn)的，因此非常靈活方便，一臺(tái)虛擬儀器的作用可以相當(dāng)于多臺(tái)傳統(tǒng)儀器，將對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)作用可以相當(dāng)于多臺(tái)傳統(tǒng)儀器，將對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。7. 多智能體技術(shù)方興未艾多智能體技術(shù)方興未艾 工程上也常常需要多個(gè)具有一定智能的設(shè)備、工程上也常常需要多個(gè)具有一定智能的設(shè)備、裝置或程序軟件通過(guò)協(xié)調(diào)和協(xié)作來(lái)共同