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自動化旨在用機器代替人的部份勞動、提高勞動生產率井把人解放出來從事更富創造性的工作。這個概念的具體內容是不斷演變的，經歷了機械化、程序式自動機器、自動調節與控制、自動信息處理，自動管理與決策t乃至當代的綜合，智能自動化等等階段人們常把自動化理解為一個人機交互水平不斷提高的過程，而不追求某種固定的劃分標幟。自動化技術的應用范圍日益擴大，已滲透到工農業生產、國防、交通，通訊、環境、醫療、社會經濟管理以及各種科研頓域它不但產生了巨大的效益t也改變著這些技術領域的面貌。

自動化系統的多層次功能都有“可自動化”部份，它和“人的因素相輔相成。隨著靈活性和復雜層次的提高，人的因素所起作用將越大，如下囝的倒三角形所示。隨著技術進步“可自動化”部分總在不斷增加，猶如一種推力把人的因素逐漸推向上層。這可作為對自動化系統中人和機器關系及其發展趨勢柏一種形象的描述。

復雜自動化系統中的人／機關系自動化系統現展趨勢可簡單概括為復雜化、綜舍化、智能化所謂復雜t就是說它不僅很大、包括許許多多部件或子系統，而且這些于系統品種繁多，分屬不同層次并以各種形式相互作用對于復雜的系統我們要用各種不同的模型來描述其各個部份的各個側面。用不同的數學工具和技術手段來進行定性或定量的分析和求解。系統中還有許多相互作用的人，他們要在機器幫助下進行控制和決策，問題就更復雜lr。

自動化系統通常都工作在變化或預先不確知的條件下一例如環境條件、元件參數，噪聲干擾，負載變化都有不確定性。如何通過自調節、自校正、自學習，自適應而保持系統良好的性能，恰是“自動化”的最吸引人之處t但這也給系統增加了復雜因素。

自動化系統總是為達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為明確的技術要求。特別是今天參與市場競爭的產品，必須在功能、技術指標。適應環境能力，安全可靠以及成本各方面實現多目標的優化。所以人們對自動化系統的要求本身也是復雜的此外，人們設計的控制器也越來越復雜。其中可能包括各種傳感器。執行元件以及復雜的信息處理部件。這里可能包吉了大型計算機、數據庫、復雜的圖象處理和控制算法等等。而復雜控制系統又是上述對象，環境、控制要求和控制器這幾方面復雜性的綜合作用，這正是自動化系統所獨有的復雜特性。

由復雜性也就決定了自動化技術朝著綜合化的趨勢發展這一方面表明自動化系統開發或產品研制必顙綜合考慮多方面通常有些相互矛盾的要求，實現多方面的功能。另一方面則意指在一個系統。一種儀表甚至一個器件中往往都緣合了多種技術，并能完成多方面的功能。由于系統集成（太規模集成電路的集成是其一種具體形式）技術的迅速發展，現代富有生命力的計算機集成制造、光機電一體化、多媒體、多種傳感信息融合、傳感器與信息處理的集成，本身就具有感知或反應能力的所謂智能材料”等等t都反映了這種趨勢。在太規模集成電路生產中t原來是芯片在幾十臺單一功能的加工設備中往復旅行。現在則開始改為固定在單一的多功能設備（RapidThermalMuhiprocessor）上，按復雜的控制指令接受各種加工這種復雜的綜合性的設備將大大提高自動化水平，并將為微電子技術的進一步發展提供了機會。

解決這些復雜和綜合性的技術閘題往往還需要多種學科知識的集成、定量和定性方法的集成。許多過于復雜或難以精確描述的問題還要人的知識和經驗t用人機交互或人工智能的方法來解決智能自動化應運而生也是必然的趨勢。智能制造、智能控制、智能判斷、智能儀表、智能材料等等都是熱門的領域用模糊、神經元網絡、知識工程等技術進行識別、推理、學習、適應、重組等復雜功能已顯示出很強的生命力，并將成為新一代自動化技術的重要標幟。以下我們將介紹自動化技術的若干重要分枝的發展動向t也許可以得到更,具體的啟示。

1控制理論

理論工作旨在形成新的控制機制和設計方法t往往是技術實現的先導原有主要基于數學模型及計算求解的理論體系已明顯感到不足。面對前面描述的復雜性問題需要多種模型和控制機制的集成。為此形成的概念框架和具體技術的總體被稱為控制方法學（Methodology），已開始取代“控制理論”而成為控制學科劃分的一大門類。計算機在控制系統的設計和運行中都起著越來越重要的作用。各種理論結果都可用計算機仿真加以檢驗并以實現CAD來證實其應用的可能。控制系統中的信息處理要求越來越高，可能包括大容量傳感信息（特別是圖象視覺）的處理和高比壓縮，計算復雜性甚高的搜索、優化，專家知識和啟發規則的采集、表示、處理和運用，神經元網絡等并行處理技術在系統中的實現等等。有人統計，在控制系統開發項目的成本中。軟件成本大于硬件、應用軟件明顯大于基礎軟件，而啟發式規則遠遠大于數學方法控制工程師更多地談論“面向對象、概念或功能結構之類計算機方面的概念，而大型軟件的規范描述、編程技術和校驗查錯已成為他們最頭疼和最費精力的問題。在另一方面，當把計算機和物理過程聯接起來時t實時性的要求非常突出。人們必須在信息處理的粗細和快慢之間尋求恰當的折衷。為了處理計算機特有的離散邏輯過程t以及復雜系統中常有的定性、模糊和符號變量，離散事件動態系統（DEDS）和混雜系統的理論方法已引起人們的高度重視與此相應可編程邏輯控制（PLC）又找到它新的使命。

總的說來，控制理論當前比較活躍的方向多是與實際要求有關、與計算機的廣泛應用有關。有人對自動控制發展的歷史進行研究t認為從控制理論取得成果到用于實際大約有20年的滯后。由此我們得到的啟示是（I）要允許超前、探索性的研究；（2）理論研究要更加面向實際需求，應能縮短這一滯后；（3）不要茼單摒棄早年的研究成果，充分利用當前的技術條件有可能讓它們發揮新的作用。

2傳感器

傳感器是自動化系統的感官”，是獲取信息的主要來源。國際上普遍地把它列為現代科技的重點領域美國把傳感器列為影響2l世紀空軍能力的重要關鍵技術，日本認為“掌握傳感技術就支配現代科學儀器9952了新時代”并將其列人田家重點發展計劃，德國也把侍感技術列為最尖端的六項先進技術之一一都反映丁這種趨勢近年來出現丁許多新型傳感器。諸如：可測量多種理化參數的諧振傳感器；便于用微電子技術大批量生產t小型、集成化的半導體固態傳感器；應變式的薄膜傳感器；輕巧、抗干擾性強的光纖傳感器；測量化學、生物量的硅場效應管傳感器；等等均陸續投入市場。此外還有用生物活性物質為敏感材料或是對生物參量進行測量的生物傳感器t這包括酶技術、免疫技術等與微電子技術的結合，單克隆抗體技術與DNA重組技術的應用，結合基因工程、蛋白質工程與納米技術的分子級過程的傳感器，以及利用生物光現象的光生物傳感器等等。這些目前雖大多數在實驗室研制階段，但確是值得注意的動向傳感器發展的重要方向是集成化和智能化把傳感器和信號處理電路以及擻處理機集成在一起，可以對傳感器的漂移和非線性等進行修正并實現自撿和校準。集成化的向量傳感器可以測量磁場、熱流等物理量的大小和方向用陣列集成的方法可以做出十分小巧的陣列紅外傳感器，或是用于機械手的陣列壓力或觸覺傳感器、光電接近度傳感器。利用電荷耦臺器件做出的CCD面陣傳感器可以在lcm面積上傳感5l2×512象元信息。日本正在研究的人工細胞”實質上就是一種集感知、決策與控制為一體的智能感知模塊。還有一種所謂“智能材料”則是在材料結構中即摻人某些成份，使它對環境參數敏感并作出反應。

3機電一體化

這一概念最早于1971年由日本提出并稱之為Mechatronics。其基奉思想是在機構的主功能、動力功能、信息處理和控制功能上引進電子技術，將機械、電子設備和軟件等有機結合起來，使物流、能流、信息融為一體，從而造出具更多柔性和智能”的機電產品。特這一方向隨著技術不斷進步一它的具體內涵和綜合集成及智能化的水平也在不為提高。

基于這種思想，并把傳感和執行元件、信息處理和控制技術、以及新材料、新機械結構和新工藝方面的最新成就結合起來。機電一體化技術得到極廣泛的應用。其主要產品包括：（1）工業機器人，數控機床和柔性制造系統（FMS），特殊加工設備（如激光和火花加工）}（2）具有電子控制的發動機一汽車電子化系統；（3）斷層掃描（CT）等醫療或工業中的自動探傷設備；（4）電子縫紉機等家電設備；（5）照相機攝錄像機、聲盤與視盤設備、復印機等光學電子設備；（6）電子表、電話及傳真機、電腦打字機等通訊及辦公自動化（OA）設備；（7）計算機外部設備如磁盤讀取及各種終端設備；等等。可見機電一體化技術的市場是十分廣闊的。

據國外預測，機電一體化今后發展的主要方向包括：（1）徽細加工技術，如VIsI翻造技術、超微細（納米）乃至分子原子級加工技術、物質臺成由Ⅱ工、電鏡和x射線測微分析等；（2）信息技術，主要是VIsI和計算機技術、聲圖文處理等多媒體技術，人工智能和機器人等等；（3）綜合集成技術t即按問題需要把有關技術集成起來以實現多方面的綜合要求。例如智能機器人就是一個典型t它能夠自動完成的工作種類將從102發展到10總之這是個光。機、電等多種學科和技術和邊緣交叉t需要各方面知識。人員的協同合作，有人把它稱為“全際化”的趨勢。

4從NC到CIMS

隨著計算機技術發展起來的NC（數控）在7O年代很快地發展為DNC（直接數控）和CNC（計算機數控）。可以通過。編程序來安排機械加工，顯然是一大革命。隨著市場競爭加劇，多品種小批量靈活變化的柔性制造系統（FMs）在80年代后期以每年25以上的速度增長由于它使勞動力、打工操作量、生產周期、車問面積、中間庫存均大幅減少，可使總的生產成本減低75從而引起各國菁遍重視。從技術上FMS可定義為由數控機床、物料處理設備和計算機控制綜合而成的系統。進而把產品工藝設計（CAD）、生產計劃（CAPP）、制造資源規劃（MRP1）乃至更高層的經營管理、產品規劃、質量管理、銷售服務等逐步集成”到系統中來，就演化成為更為完善的計算機集成錨造系統（CIMS）了。

CIMS作為我國863高技術計蝌的一個主題已投人大量人力物力進行了多年研究。CIMS是個復雜的大系統，它不是一種可以簡單買來的現成產品要實施CIMS·首先要根據實際需求選擇適當的管理范式（Paradigm）和相應的概念體系結構。按這些結構進行系統分析、確定技術方案和指標井選用適當的設各加以實現。通常用于CIMS的技術產品包括機械手、自導小車、立體倉庫等物料處理設備t各種自動機床、FMS等先進加工設備，計算機網絡、數據庫、通訊議、電子數據交換（EDI）等基本汁算機和通訊設施t而更重要的是根據具體問題選購或編制各種應用軟件，諸如CAD、CAPP、MRPI、調度與控制、管理信息及決策支持系統等等盡管這些都有若干產品可資選購t但每個系統的實現都包含著對復雜系統的深人理解和系統集成技術的創造性應用。

C1MS還在不斷發展之中，首先是各種新的管理范式不斷涌現。諸如精良（1eaⅡ）制造、靈活（Agile）企業、整體（Holonic）制造。等等范式，及相關的并行工程、快速原型等實現技術年年都有創新。就并行工程為例一其基本思想在于從設計起就考慮到產品制造和銷售的全過程，從而縮短產品生命周期、提高應變和競爭能力為此的關鍵技術是不同部門、不同專業人員的協調合作。相應的就需要方便的信息交換環境如多媒體會議系統產品信息交換與共享（如STEP）t以及復雜的群體決策支持系統等具體的信息和決策技術的支持總之C1MS是一個仍在不斷發展、十分活躍的技術領域它把制造工程、信息技術管理科學控制與決策技術等多方面集成起來，不斷產生新的思想系統模式和技術成果，成為推動制造技術進步的最重要的因素。

5摸式識別

這是一種代替人的感官，對語音、圈象文字等類信息進行處理、描述、分類和理解的技術領域。人的眼睛接收和處理的信息量最大，相應地圖象處理和計算機視覺得到最多注意，應用廣泛模式識別起源于70年代，』崖展很快隨著理論方法的逐步成熟、更重要是大容量快速的計算機信息處理技術的迅速提高t模式識別系統的功能已大大提高并有大量技術產品在許多領域得到了重要應用，諸如：（1）文字識別，目前對印刷體字符的識別技術已比較成熟，已有大量實用系統可用于自動闋讀、文本處18理等方面。而手寫體的識別要難得多，理剛開始推出一些產品J束進行信函分揀、手寫信息輸八等。（2）產品檢驗。如印刷電路板或集成電路掩模板的檢在、裂縫或缺損的x光或超聲波自動撿駐、槍彈等產品的外觀榆查等=（3n音識別現在可以做到識別和理解特定兌話人的特定語匯，用執行特定LJ令或回答問題。（4）目標檢測與識別。Ir通過紅外或可見光、雷達識別地形或軍事目標一用于導航或偵察。（5）醫學滲斷。對心電圖腦電圖的分析和病理診斷-血液、腫癌細胞的檢測識別。等等。（6）遙感技術由多光譖圖象識別地貌和植被。環境災害或污染監測·由衛星或航空圖片進行地質或資源勘探。（7）機器』、用雙攝像機產生立體圖象進行環境判斷和位置反饋。（8）指紋臉譜識別和箍名鑒定，用于偵訊、保安。等等。

模式識別系統的功能不僅取決于信息處理和分類的方法、而且在很大程度上取決于新的硬件結構的應用。除了運用近代各種井行計算結構（如流水線、脈動陣列聯接機、神經元網絡等等）之外，還有大量針對具體算法的專用芯片在醫療工業科研各方面得到丁R益廣泛的應用。

6機器人技術

盡管機器』、早已成為科幻作家熱衷描述的十分引人人勝的話題。從現實的技術角度它們可以分為兩太方面其一是在工業生產或工程建設中廣泛應用的機器』、，它可說是一種相當靈巧、能執行比較復雜任務的自主工具。其二則為旨在實現越來越多擬』、功能的智能機器』、前者已大量用于裝卸搬運、裝配、焊接、鍛壓、噴漆等工業操作，提高了勞動生產率并產生巨大效益，從而已經形成了一個可觀的產業市場=后者一方面可用于特定目的t例如在太空、水下、戰場、核設施等危險環境，或執行護理、檢修、爬墻、鉆管道等』、類難以完成的特殊任務，另一方面則可以此帶動各有關技術的發展，不斷為機器人在工業中更新、更廣泛的應用提供原理和技術上的支持。

這兩大方面都不是孤立的。它們相輔相成、一推一拉、形成了一個蓬勃發展的技術領域。

機器人研制的基本技術支持可分為三方面第一是傳感技術。應用最多的仍是為保旺動作和零件順序的邏輯升關。

例如電感式接近升關等其次刑為識別特定工件標志和測量結果的傳感器。如光導纖維傳感器、行掃描攝像機、激光三角測雖或超聲測距裝置等。控制過程需要實時地檢制狀志偏差的傳感器。例如焊接機器人的焊縫跟蹤植測。隨著微電子集成技術的發展。現已能將傳感信號的預處理功能置于傳感器之中從而開發出各種智能傳感器t這可大為提高信號質量井減輕中央計算機的負荷=最后，機器』、控制中最具特色的還應屆觸覺和視覺傳感系統觸覺傳感器多用導電橡膠和微電子電路。其感度為2克、分辨率為2毫米L』、指的分辨率約為1毫米）。這種傳感器比較簡單、采集數據和處理量均較少t不易受環境干擾。從而應用較多近來叉發展了一種光導纖維觸覺捧感器t分辨率可進一步提高。至于視覺傳感則復雜得多一它涉及對攝象機獲得的視覺信息進行復雜的預處理和判讀。這里要用到視覺原理和人工智能技術。系統相當復雜、仍在探索階段。尚無專供機器人用的視覺系統產品支持機器』、的第二方面是控制技術。隨著控制方法和硬。軟件實現手段不斷進步t機器人控制已由固定順序、可變順序發展到示教再現，乃至更高程度智能化柔性化的階段。但是機器』、控制是個極其復雜困難的問題。它的動力學方程可能包含上千項非線性函數并相互交叉耦臺。在兒何空間和關節空間之間存在非單值、奇異性等復雜關系，目前還沒有理想的設計方法。仍是個富挑戰性的問題第三方面的重要技術是驅動機掏。

早期的機器人多用簡單、價廉的氣動液動操作機構，但它們精度低笨重、需要特殊現在應用較多的是電力驅動特別是直接驅動為了提高傳動系統和操作機構的速度和精度，直接驅動方式可以取消減速機構從而避免磨擦間隙、滯后等因素影響，巳成為重要的發展方向。

進一步研究具更復雜功能以適應特殊要求的特種機器人或智能機器人無疑是今后十分引人人勝的挑戰課題。但這種系統一般均非常復雜、昂貴，形式極為多樣，尚難以形成系列化的產品和技術市場。

7新型控原理和控制器

應當說，大量簡單控制問題仍可用傳統的方法控制井用PID之類調節器加以宴現，但由于微電子技術進步不難用專用芯片來實現各種較復雜的控制算法。而且這些芯片價格日益低廉，使它們越來越廣泛地被用于各種工業、交通、家用電器中，產生了巨大的杜會和經濟效益。

就中最熟知的當屬模糊控制器這種基于模糊理論的簡單的控制器可以較好地反映人們主觀上模糊的控制要求并體現人類經驗的控制規則。從而它被成功地應用于工業控制（特別是非線性、大時滯、分布參數等難控或模型不精確的對象。調色、釀造、勾兌等匣束靠操作人員經驗的生產過程，用于攝象機、洗衣機、空調機、電炊具等家庭用具以更好地滿足人們難以言傳的種種需求，用于電梯群控或汽車發動機控制等方面，已經形成龐大的研究、開發和技術產業系統。

模糊性理論還特別適用于表選人的知識和復雜條件下的決策行為。目前已有把模糊技術用于復雜信息處理、模糊專家系統和決策的大量研究工作，其中應用領域涉及故障檢測、醫療診斷、圖象或語音診刷、證券投資決策、經濟評估乃至航空航天（如交會對接）等方面。

模糊技術推廣應用的關鍵。無疑是研制和生產各種質優價廉的專用芯片。這將成為微電子技術的一個極有前途的發展方向。人工神經元網絡是近年崛起的另一重要發展方向。8o年代畦來的研究熱潮把它的應用領域擴展到信息處理和自動化的幾乎任何一個方面。人工神經元網絡的特點是描述能力強、能擬合極廣泛的各類系統特性。分布式信息處理、速度快、不在乎某些部件失靈、容錯能力強，可自行調整結構以“學習環境特性、適應性強，易于用微電子技術加以實現、便于推廣應用。早期的研究工作大多只能用普通的‘串行計算機進行原理性的論證和試驗。但人們一直致力于研制真正并行的硬件實現l990年海外即有人推出“人工神經元網絡（ANN）控制器”，它的通用性強、不需建立精確模型和參數整定、而能對豐日、與一類復雜的工業對象給出滿意的控制結果。叉如像INTEI.

這樣的大公司-自1991年起就推出各種神經無網絡器件。基r神經網絡信息處理方式的神經計算機也已丹始I山現這些技術成果可為神經網絡的大量研究成果提供應用的機會。從I1ji具有廣闊的前景。可編程邏輯控制器（P1，C）近年來叉得到蓬勃發展由下微電子技術進步，用固體集成電路代替賦先的繼電接點開關井利用微計算機靈活編程使PI（、面貌一新。它變得小型可靠。簡單易用、編程靈活、功能強大。從而在_r業中得到普遍應用現代的p1.C不難做到10萬個繼電器的規模，具有上百種數字運算功能可進行光纖通訊并聯成網絡內存有1M即已足夠。輸入／輸出通道而多逃一千以上并有自診、另板編程等功能使其便于應用從需求方面-則由于離散型生產過程（如機械、電子等行業）的控制特點和各種復雜過程的邏輯監控要求也推動了PIc的發展。

總之，隨著控制系統日益復雜、要求越來越多樣化。各種新的控制原理、智能化技術和人機交互的新途徑導至新型控制器不斷出現。這也是當今自動化技術迅速發展并帶來杜會效益的標志之一。

8辦公自動化和通訊系統

眾所周知，電話、傳真、復印機，計算機文字處理、檔案管理等現代化辦公設備極大地提高了辦公效率，已經成為現代機關、企業、學校不可缺少的基本條件。隨著信息技術迅速發展，辦公室”的功能日益增強，已經發展成為一種具有明確定義的信息處理和管理決策系統辦公自動化（OA）的定義多種多樣，但基本點無非是t（1）利用先進的信息技術和辦公設備；（2）設備和人員掏成人機信息系統；（3）其目標是提高辦公效率，更快，更完善地獲取和管理有關信息并做出決策值得一提的是許多近代通訊設備的應用不僅是提供了“方便”一而且在很大程度上改變了“辦公”的概念。諸如：計算機網絡提供的虛擬終端技術、遠程數據庫等可以實現不同地點辦公室的信息共享和“聯臺辦公”；多媒體通訊和交互使用可以實現遠程商會議和虛擬的聯臺工作小組（team）：電子數據交換（EDI）不僅可以在全球企業問實現無紙貿易，也已被用于企業內部數據傳輸、共享。并實現信息集成。成為計算機集成制造（CIM）的基礎。

與此相應，（）A的設計也應當按照實際需求建立各種模型進行系統分析，以得到臺理的配置。常需考慮的有功能模型、信息流模型、辦公過程模型、數據庫模型、通信模型等等。這些模型又有一定結構例如功能模型就包括事務處理、信息管理和決策支持等兒個層次。

現在通信技術發展很快信息高速公路提高了信息傳輸的廣度和速率，虛擬現實（virtualrea]ity）使人們更能“身臨其境”地感受千里以外的事物。盡管這些技術尚未完善和普及，它們對信息處理和決策過程自動化的影響而是可以想見的。

自動化技術涉及面十分寬廣，不可能在這篇報告中一一介紹。像系統仿真、生物醫學儀器、航空航天等國防軍事技術、特殊科研領域等方面都還會提出許多新的問題、新的啟示，并對自動化技術發展指出新的方向。自動化一直是塊十分誘人的園地，面臨復雜化、綜合化和智能化的挑戰，自動化技術將更快發展、為人類進步、社會發展作出更大的貢獻。