工业自动化

定义概述

​工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控製的统称。自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、电脑等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的助产士。正是由于工业革命的需要，自动化技术才沖破了卵壳，得到了蓬勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已经被广泛的套用于机械製造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。

发展历史

第一阶段

40年代--60年代初

需求动力：市场竞争，资源利用，减轻劳动强度，提高产品质量，适应批量生产需要。主要特点：此阶段主要为单机自动化阶段，主要特点是：各种单机自动化加工设备出现，并不断扩大套用和向纵深方向发展。典型成果和产品：硬体数控系统的数控机床。

第二阶段

60年代中--70年代初期

需求动力：市场竞争加剧，要求产品更新快，产品质量高，并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。

主要特点：此阶段主要以自动生产线为标志，其主要特点是：在单机自动化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现，同时软体数控系统出现并用于机床，CAD、CAM等软体开始用于实际工程的设计和製造中，此阶段硬体加工设备适合于大中批量的生产和加工。典型成果和产品：用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。

第三阶段

70年代中期--至今

需求动力：市场环境的变化，使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重，要求自动化技术向其广度和深度发展，使其各相关技术高度综合，发挥整体最佳效能。

主要特点：自70年代初期美国学者首次提出CIM概念至今，自动化领域已发生了巨大变化，其主要特点是：CIM已作为一种哲理、一种方法逐步为人们所接受；CIM也是一种实现集成的相应技术，把分散独立的单元自动化技术集成为一个最佳化的整体。所谓哲理，就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”，从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略；而作为实现集成的相应技术，一般认为是：资料获取、分配、共享；网路和通信；车间层设备控製器；电脑硬、软体的规範、标準等。同时，并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80年代末期开始套用和活跃于自动化技术领域，并将进一步促进单元自动化技术的集成。典型成果和产品：CIMS工厂，柔性製造系统(FMS）。

市场分析

工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控製的统称。工业自动化是现代工业的重要标志，工业企业通过自动化技术，可实现提高生产效率、提高产品质量、节省人力成本、降低消耗（原材料+能源）和确保全全等多重目的。

据统计，企业对自动化系统的投入和效益提升的产出比通常达1:4-1:6 之高。受益于经济的蓬勃发展和製造业升级趋势，在过去的十年内中国工业自动化市场以年均两位数的增速快速成长。2010 年中国工业自动化市场规模已达943 亿元。

按照套用的领域划分，工业自动化设备包括过程自动化和工厂自动化（製造自动化）两大板块。过程自动化是指採用由检测仪表、调节器、电脑等元件组成的过程控製系统，实现石油化工、冶金、造纸等工业中的流体或粉体处理自动化。组成过程自动化控製系统的设备包括：1）控製层面：工业电脑（IPC）、PLC（可程式逻辑控製器）和DCS（分散式控製器）等；2）检测层面：机器视觉、检测仪表等；3）执行层面：调节器（气动调节阀、闸板阀、球阀等）。

工厂自动化则是针对离散工件，自动完成产品製造的全部或部分加工过程。

工厂自动化中使用的设备种类庞杂，我们将其划分为三个大类：

一、通用自动化装备

包括数控机床（CNC）、工业机器人和自动仓储设备等。通用自动化装备普遍套用于各类製造行业，功能以替代人工、提高生产精度和可靠性、提升效率为主。

二、自动装配检测生产线

可实现自动供料、自动装配、线上自动检验、自动打标包装等一系列装配流程的自动化，能够大幅节省人力、保证产品质量的稳定性，广泛套用于电子、电器、机械、汽车、食品饮料等行业。

三、专用设备自动化控製系统

套用于对各种电机拖动的工业专用设备（如造纸机械、纺织机械、注塑机、机床、风机等）的自动化控製，可实现调速控製、节能两种效果。按技术路线划分，工业自动化控製系统可分为变频控製和伺服控製两大类，两种方式在控製的精度和可靠性上存在差异，但均包括控製层、驱动层和执行层三个部分：

1、控製层

与过程自动化系统类似，工控系统的控製层通常包括HMI（人机互动介面）和PLC/DCS/IPC，负责接受、处理、反馈信息，是工控系统的“大脑”；

2、驱动层

为变频器或伺服驱动器，通过整流、逆变的方式改变电流工作频率，以调节电机的转速，是工控系统的“心髒”；

3、执行层

变频控製的执行层为普通电机、阀门、气动部件等，伺服控製的执行层为伺服电机，负责完成动作的输出，是工控系统的“双手”。

工业自动化设备属于智慧型装备的範畴，是“十二五”期间国家重点扶持发展的战略性新兴产业（2010 年10 月，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》）。在未来五年裏，伴随着人口红利消失和原材料、能源成本的上涨，中国製造业将经历由粗放型、低附加值模式向集约型、高附加值模式的历史性转变。作为高端製造业的“基石”，工业自动化装备面临着传统产业改造提升、新兴产业发展需求双重机遇，其中我们判断行业内将出现两条显着的高速成长主线：

1）高端智慧型装备加速成长：前期渗透率已经较高的数控机床、过程自动化系统、变频器等产品增速在明显放缓，而随着低端劳动力成本加速上行、产业升级进入白热阶段，“替代人工”属性更强、前期渗透率较低的“高端智慧型装备”（如工业机器人、自动化装配线、自动化仓储设备等）有望越过产品导入期、进入高速成长期，未来5 年保持年均20-30%的快速成长；

2）本土自动化龙头崛起：受益于国家支持国产化率提升的政策意图、关键零部件的突破，掌握核心技术、研发能力强劲的国内自动化装备企业）有望加快进口替代的速度，实现超过行业平均的高速成长。

电力自动

管理控製

随着国民经济的发展，人民生活水準的提高，电能的需要也在不断地增加，发电设备也相应增多，电网结构和运行方式也越来越复杂，人们对电能质量的要求也越来越高。为了保证使用者的用电，必须对电网进行管理和控製。

电力系统运行管理和调度的任务很复杂，但简单说来，就是：

①、尽量维持电力系统的正常运行，安全是电力系统的头等大事，系统一旦发生事故，其危害是难以估计的，因此，努力维持电力系统的正常运行是首要任务；

②、为使用者提供高质量的电能，反映电能质量的三个参数就是电压、频率和波形。这三个参数必须在规定範围内，才能保证电能的质量。稳定电压的关键是调节系统中无功功率的平衡，频率的变化，是整个系统有功功率的平衡问题，波形是由发电机决定的；

③、保证电力系统运行的经济性，使发电成本最经济。

电力系统是一个分布面广、设备量大、信息参数多的系统，发电厂发出电能供给使用者，必须经几级变压器变压才能传输。各级电压通过输电线路向使用者供电，电压从低到高，再从高到低，以利于能量的传送。电压的变换，形成不同的电压级别，形成一个个不同电压级别的变电站，变电站之间是输电线，因而形成了复杂的电力网拓扑结构。电网调度正是按照电网的这种拓扑结构进行管理和调度的。

一般情况下，电网按电压级别设定调度中心，电压级别越高，调度中心的级别也越高。整个系统是一个宝塔型的网路图。分级调度可以简化网路的拓扑结构，使信息的传送变得更加合理，从而大大节省通信设备，并提高了系统运行的稳定性。按中国的情况，电力系统调度分为国家调度中心，大区网局级调度控製中心，省级调度控製中心，地区调度控製中心，县级调度中心。各级直接管理和调度其下一层调度中心。

电网调度

电网调度自动化是一个总称，由于各级调度中心的任务不同，调度自动化系统的规模也不同，但无论哪一级调度自动化系统，都具有一种最基本的功能，就是监视控製和资料收集系统，又称SCADA系统功能（Supervisory Control And Data Acquisition）。

SCADA主要包括以下一些功能：

⑴资料採集； ⑵信息显示；⑶监视控製； ⑷报警处理；⑸信息存储及报告 ⑹事件顺序记录；⑺资料计算； ⑻具有RTU（远端终端单元）处理功能；⑼事件追忆功能。

自动发电控製功能AGC：AGC系统主要要求达到对发电机发电多少不是由电厂直接控製，而是由电厂上级的调度中心根据全局最佳化的原则来进行控製。

经济调度控製功能EDC（Economic Dispatch Control）：EDC的目的是控製电力系统中各发电机的出力分配，使电网运行成本最小，EDC常包含在AGC中。

安全分析功能SA（Security Analyze）：SA功能是电网调度为了做到“防患于未然”而配备的功能。它通过电脑对当前电网运行状态的分析，估计出可能出现的故障，预先採取措施，避免事故发生。如果电网调度自动化系统具有了SCADA+AGC/EDC+SA功能，就称为能量管理系统EMS（Energy Management System）。数位传输技术和光纤通信技术的提高，使得电网调度自动化也进入了网路化，目前电网调度中的电脑配置大多採用了开发分散式电脑系统。随着中国国民经济的发展，中国现在也进入了大电网、大机组、超高压输电的时代。完全可以相信，随着中国新增电网自动化系统的发展，中国电网调度自动化水準会进一步地提高，达到世界先进水準。

柔性製造

简介

柔性製造技术(FMS）是对各种不同形状加工对象实现程式化柔性製造加工的各种技术的总和。柔性製造技术是技术密集型的技术群，凡是侧重于柔性，适应于多品种、中小批量（包括单件产品）的加工技术都属于柔性製造技术。

柔性可以表述为两个方面。第一方面是系统适应外部环境变化的能力，可用系统满足新产品要求的程度来衡量；第二方面是系统适应内部变化的能力，可用在有干扰（如机器出现故障）情况下，这时系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比可以用来衡量柔性。“

柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高，由于设备是固定的，所以设备利用率也很高，单件产品的成本低。但价格相当昂贵，且只能加工一个或几个相类似的零件。如果想要获得其他品种的产品，则必须对其结构进行大调整，重新配置系统内各要素，其工作量和经费投入与构造一个新的生产线往往不相上下。刚性的大批量製造自动化生产线只适合生产少数几个品种的产品，难以应付多品种中小批量的生产。随着社会进步和生活水準的提高，市场更加需要具有特色、符合顾客个人要求样式和功能千差万别的产品。激烈的市场竞争迫使传统的大规模生产方式发生改变，要求对传统的零部件生产工艺加以改进。传统的製造系统不能满足市场对多品种小批量产品的需求，这就使系统的柔性对系统的生存越来越重要。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，一个製造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已佔有相当重要的位置。

分类

●机器柔性 当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。

●工艺柔性 一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是製造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

●产品柔性 一是产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用特徵的继承能力和兼容能力。

●维护柔性 採用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。

●生产能力柔性 当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的製造系统，这一点尤为重要。

●扩展柔性 当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加模组，构成一个更大系统的能力。

●运行柔性 利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品，换用不同工序加工的能力。

柔性製造系统

是有一个由电脑集成管理和控製的、用于高效率地製造中小批量多品种零部件的自动化製造系统。它具有：

●多个标準的製造单元，具有自动上下料功能的数控机床；

●一套物料存储运输系统，可以在机床的装夹工位之间运送工件和刀具；FMS是一套可程式的製造系统，含有自动物料输送设备，能在电脑的支持下实现信息集成和物流集成，它

●可同时加工具有相似形体特征和加工工艺的多种零件；

●能自动更换刀具和工件；

●能方便地上网，容易于其它系统集成；

●能进行动态调度，局部故障时，可动态重组物流路径。

目前FMS规模趋于小型化、低成本，演变成柔性製造单元FMC，它可能只有一台加工中心，但具有独立自动加工能力。有的FMC具有自动传送和监控管理的功能，有的FMC还可以实现24小时无人运转。用于装备的FMS称为柔性装备系统（FAS）。

智慧型製造

简介

智慧型製造（Intelligent Manufacturing，IM）是一种由智慧型机器和人类专家共同组成的人机一体化智慧型系统，它在製造过程中能进行智慧型活动，诸如分析、推理、判断、构思。和决策等。通过人与智慧型机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在製造过程中的脑力劳动。它把製造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智慧型化和高度集成化。

谈起智慧型製造，首先应介绍日本在1990年4月所倡导的“智慧型製造系统IMS”国际合作研究计画。许多发达国家如美国、欧洲共同体、加拿大、澳大利亚等参加了该项计画。该计画总计划投资10亿美元，对100个项目实施前期科研计画。

毫无疑问，智慧型化是製造自动化的发展方向。在製造过程的各个环节几乎都广泛套用人工智慧技术。专家系统技术可以用于工程设计，工艺过程设计，生产调度，故障诊断等。也可以将神经网路和模糊控製技术等先进的电脑智慧型方法套用于产品配方，生产调度等，实现製造过程智慧型化。而人工智慧技术尤其适合于解决特别复杂和不确定的问题。但同样显然的是，要在企业製造的全过程中全部实现智慧型化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遥远的将来。有人甚至提出这样的问题，下个世纪会实现智慧型自动化吗？而如果只是在企业的某个局部缓解实现智慧型化，而又无法保证全局的最佳化，则这种智慧型化的意义是有限的。

从广义概念上来理解，CIMS（电脑集成製造系统），敏捷製造等都可以看作是智慧型自动化的例子。的确，除了製造过程本身可以实现智慧型化外，还可以逐步实现智慧型设计，智慧型管理等，再加上信息集成，全局最佳化，逐步提高系统的智慧型化水準，最终建立智慧型製造系统。这可能是实现智慧型製造的一种可行途径。

多智慧型体Multi-Agent系统

Agent原为代理商，是指在商品经济活动中被授权代表委托人的一方。后来被借用到人工智慧和电脑科学等领域，以描述电脑软体的智慧型行为，称为智慧型体。1992年曾经有人预言：“基于Agent的计算将可能成为下一代软体开发的重大突破。"随着人工智慧和电脑技术在製造业中的广泛套用，多智慧型体系统技术对解决产品设计、生产製造乃至产品的整个生命周期中的多领域间的协调合作提供了一种智慧型化的方法，也为系统集成、并行设计，并实现智慧型製造提供了更有效的手段。

整子系统Holonic System

整子系统的基本构件是整子（Holon）。Holon是从希腊语借过来的，人们用Holon表示系统的最小组成个体，整子系统就是由很多不同种类的整子构成。整子的最本质特征是：

●自治性，每个整子可以对其自身的操作行为作出规划，可以对意外事件（如製造资源变化、製造任务货物要求变化等）作出反应，并且其行为可控；

●合作性，每个整子可以请求其它整子执行某种操作行为，也可以对其他整子提出的操作申请提供服务；

●智慧型性，整子具有推理、判断等智力，这也是它具有自治性和合作性的内在原因。整子的上述特点表明，它与智慧型体的概念相似。由于整子的全能性，有人把它也译为全能系统。

整子系统的特点是：

●敏捷性，具有自组织能力，可快速、可靠地组建新系统。

●柔性，对于快速变化的市场、变化的製造要求有很强的适应性。除此之外，还有生物製造、绿色製造、分形製造等模式。製造模式主要反映了管理科学的发展，也是自动化、系统技术的研究成果，它将对各种单元自动化技术提出新的课题，从而在整体上影响到製造自动化的发展方向。展望未来，21世纪的製造自动化将沿着历史的轨道继续前进。

热点技术

工业控製自动化技术是一种运用控製理论、仪器仪表、电脑和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控製、最佳化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保全全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软体、硬体和系统三大部分。工业控製自动化技术作为20世纪现代製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。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。

中国工控自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和套用。目前中国工业控製自动化技术、产业和套用都有了很大的发展，中国工业电脑系统行业已经形成。工业控製自动化技术正在向智慧型化、网路化和集成化方向发展。

⒈以工业PC为基础的低成本工业控製自动化将成为主流

众所周知，从20世纪60年代开始，西方国家就依靠技术进步（即新设备、新工艺以及电脑套用）开始对传统工业进行改造，使工业得到飞速发展。20世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。全球市场导致竞争空前激烈， 促使企业必须加快新产品投放市场时间（Time to Market）、改善质量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服务体系（Service），这就是企业的T.Q.C.S.。虽然电脑集成製造系统（CIMS）结合信息集成和系统集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便作出正确的决策”，即“五个正确”。然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效益同时是高风险的发展模式，很难为大多数中小企业所採用。在中国，中小型企业以及準大型企业走的还是低成本工业控製自动化的道路。

工业控製自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。

传统的自动化系统，基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程电脑或小型机组成，其硬体、系统软体和套用软体的价格之高令众多企业望而却步。

20世纪90年代以来，由于PC-based的工业电脑（简称工业PC）的发展，以工业PC、I/O装置、监控装置、控製网路组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。中国重庆钢铁公司这样的大企业的几乎全部大型加热炉，也拆除了原来DCS或单回路数位式调节器，而改用工业PC来组成控製系统，并採用模糊控製演算法，获得了良好效果。

由于基于PC的控製器被证明可以像PLC一样可靠，并且被操作和维护人员接受，所以，一个接一个的製造商至少在部分生产中正在採用PC控製方案。基于PC的控製系统易于安装和使用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择，从长远角度看，PC控製系统维护成本低。由于可程式控製器（PLC）受PC控製的威胁最大，所以PLC供应商对PC的套用感到很不安。事实上，他们现在也加入到了PC控製“浪潮”中。

近年来，工业PC在中国得到了异常迅速的发展。从世界範围来看，工业PC主要包含两种类型：IPC工控机和Compact PCI工控机以及它们的变形机，如AT96汇流排工控机等。由于基础自动化和过程自动化对工业PC的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有的IPC已经不能完全满足要求，将逐渐退出该领域，取而代之的将是CompactPCI-based工控机，而IPC将佔据管理自动化层。国家于2001年设立了“以工业控製电脑为基础的开放式控製系统产业化”工业自动化重大专项，目标就是发展具有自主智慧产权的PC-based控製系统，在3（5年内，佔领30%（50%的国内市场，并实现产业化。

几年前，当“软PLC”出现时，业界曾认为工业PC将会取代PLC。然而，时至今日工业PC并没有代替PLC，主要有两个原因：一个是系统集成原因；另一个是软体作业系统Windows NT的原因。一个成功的PC-based控製系统要具备两点：一是所有工作要由一个平台上的软体完成；二是向客户提供所需要的所有东西。可以预见，工业PC与PLC的竞争将主要在高端套用上，其资料复杂且设备集成度高。工业PC不可能与低价的微型PLC竞争，这也是PLC市场成长最快的一部分。从发展趋势看，控製系统的将来很可能存在于工业PC 和 PLC之间，这些融合的迹象已经出现。

和PLC一样，工业PC市场在过去的两年裏保持平稳。与PLC相比，工业PC软体很便宜。据Frost & Sullivan公司估计，全世界每年7亿美元工业PC市场裏，大约8500万美元为控製软体，一亿美元为作业系统。到2007年会翻一番，工业PC市场变得非常可观。

⒉PLC在向微型化、网路化、PC化和开放性方向发展

目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品。经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说PLC在中国尚未形成製造产业化。在PLC套用方面，中国是很活跃的，套用的行业也很广。专家估计，2000年PLC的国内市场销量为15（20万套（其中进口佔90%左右），约25（35亿元人民币，年成长率约为12%。预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35（45亿元人民币。

PLC市场也反映了全世界製造业的状况，2000后大幅度下滑。但是，按照Automation Research Corp的预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复甦，估计全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微成长。

微型化、网路化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。在基于PLC自动化的早期，PLC体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC（小于32 I/O）已经出现，价格只有几百欧元。随着软PLC（Soft PLC）控製组态软体的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软体和PC-based控製的市场份额将逐步得到成长。

当前，过程控製领域最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展，PLC也不例外。现在越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口。可以相信，PLC将继续向开放式控製系统方向转移，尤其是基于工业PC的控製系统。

⒊面向测控管一体化设计的DCS系统

集散控製系统DCS（Distributed Control System）问世于1975年，生产厂家主要集中在美、日、德等国。中国从70年代中后期起，首先由大型进口设备成套中引入国外的DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等进口项目。当时，中国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部进口。80年代初期在引进、消化和吸收的同时，开始了研製国产化DCS的技术攻关。

近10年，特别是“九五”以来，中国DCS系统研发和生产发展很快，崛起了一批优秀企业，如北京和利时公司、上海新华公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天测控公司、电科院以及北京康拓集团等。这批企业研製生产的DCS系统，不仅品种数量大幅度增加，而且产品技术水準已经达到或接近国际先进水準。在2001年全国套用的4426套DCS系统中，国产DCS系统为1486套，佔35%。短短几年，国外DCS系统在中国一统天下的局面从此不再出现。这些专业化公司不仅佔据了一定的市场份额，积累了发展的资本和技术，同时使得国外引进的DCS系统价格也大幅度下降，为中国自动化推广事业做出了贡献。与此同时，国产DCS系统的出口也在逐年成长。

虽然国产DCS的发展取得了长足进步，但国外DCS产品在国内市场中佔有率还较高，其中主要是Honeywell和横河公司的产品。中国DCS的市场年成长率约为20%，年市场额约为30（35亿元。由于近5年内DCS在石化行业大型自控装置中没有可替代产品，所以其市场成长率不会下降。据统计，到2005年，中国石化行业有1000多套装置需要套用DCS控製；电力系统每年新装1000多万千瓦发电机组，需要DCS实现监控；不少企业已使用DCS近15~20年，需要更新和改造。

⒋控製系统正在向现场汇流排（FCS）方向发展

由于3C（Computer、Control、Communication）技术的发展，过程控製系统将由DCS发展到FCS（Fieldbus Control System）。FCS可以将PID控製彻底分散到现场设备（Field Device）中。基于现场汇流排的FCS又是全分散、全数位化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动化系统，它将取代现场一对一的4~20mA模拟信号线，给传统的工业自动化控製系统体系结构带来革命性的变化。

根据IEC61158的定义，现场汇流排是安装在製造或过程区域的现场装置与控製室内的自动控製装置之间的数位式、双向传输、多分支结构的通信网路。现场汇流排使测控设备具备了数位计算和数位通信能力，提高了信号的测量、传输和控製精度，提高了系统与设备的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作组于1984年开始致力于推出世界上单一的现场汇流排标準工作，走过了16年的艰难历程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的标準製定就陷于混乱。

电脑控製系统的发展在经历了基地式气动仪表控製系统、电动单元组合式模拟仪表控製系统、集中式数位控製系统以及集散控製系统（DCS）后，将朝着现场汇流排控製系统（FCS）的方向发展。虽然以现场汇流排为基础的FCS发展很快，但FCS发展还有很多工作要做，如统一标準、仪表智慧型化等。另外，传统控製系统的维护和改造还需要DCS，因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个较长的过程，同时DCS本身也在不断的发展与完善。可以肯定的是，结合DCS、工业乙太网、先进控製等新技术的FCS将具有强大的生命力。工业乙太网以及现场汇流排技术作为一种灵活、方便、可靠的资料传输方式，在工业现场得到了越来越多的套用，并将在控製领域中佔有更加重要的地位。

⒌仪器仪表技术在向数位化、智慧型化、网路化、微型化方向发展

经过五十年的发展，中国仪器仪表工业已有相当基础，初步形成了门类比较齐全的生产、科研、行销体系。现有各类仪器仪表企业6000余家，年销售额约1000亿元，成为亚洲除日本之外第二大仪器仪表生产国。据海关统计，除去随成套工程项目配套引进的仪器仪表不计，去年进口各类仪器仪表近60亿美元，约佔中国仪器仪表工业总产值的50%。但目前中国仪器仪表行业产品大多属于中低档水準，随着国际上数位化、智慧型化、网路化、微型化的产品逐渐成为主流，差距还将进一步加大。目前，中国高档、大型仪器设备大多依赖进口。中档产品以及许多关键零部件，国外产品佔有中国市场60%以上的份额，而国产分析仪器佔全球市场不到千分之二的份额。

今后仪器仪表技术的主要发展趋势：仪器仪表向智慧型化方向发展，产生智慧型仪器仪表；测控设备的PC化，虚拟仪器技术将迅速发展；仪器仪表网路化，产生网路仪器与远程测控系统。

几点建议：开发具有自主智慧产权的产品，掌握核心技术；加强仪器仪表行业的系统集成能力；进一步拓展仪器仪表的套用领域。

⒍数控技术向智慧型化、开放性、网路化、信息化发展

从1952年美国麻省理工学院研製出第一台试验性数控系统，到现在已走过了51年的历程。近10年来，随着电脑技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝着标準化开放体系结构的方向前进。就结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为4种类型：1.传统数控系统；2.“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统；3.“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统；4.SOFT型开放式数控系统。

中国数控系统的开发与生产，通过“七五”引进、消化、吸收，“八五”攻关和“九五”产业化，取得了很大的进展，基本上掌握了关键技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业，也带动了机电控製与传动控製技术的发展。同时，具有中国特色的经济型数控系统经过这些年来的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被使用者认可。

国外数控系统技术发展的整体发展趋势是：新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展；驱动装置向交流、数位化方向发展；增强通信功能，向网路化发展；数控系统在控製性能上向智慧型化发展。

进入21世纪，人类社会将逐步进入知识经济时代，知识将成为科技和生产发展的资本与动力，而机床工业，作为机器製造业、工业以至整个国民经济发展的装备部门，毫无疑问，其战略性重要地位、受重视程度，也将更加鲜明突出。

智慧型化、开放性、网路化、信息化成为未来数控系统和数控机床发展的主要趋势：向高速、高效、高精度、高可靠性方向发展；向模组化、智慧型化、柔性化、网路化和集成化方向发展；向PC-based化和开放性方向发展；出现新一代数控加工工艺与装备，机械加工向虚拟製造的方向发展；信息技术（IT）与机床的结合，机电一体化先进机床将得到发展；纳米技术将形成新发展潮流，并将有新的突破；节能环保机床将加速发展，佔领广大市场。

⒎工业控製网路将向有线和无线相结合方向发展

无线区域网路（Wireless LAN）技术可以非常便捷地以无线方式连线网路设备，人们可随时、随地、随意地访问网路资源，是现代资料通信系统发展的重要方向。无线区域网路可以在不採用网路电缆线的情况下，提供乙太网互联功能。在推动网路技术发展的同时，无线区域网路也在改变着人们的生活方式。无线网通信协定通常採用IEEE802.3和802.11。802.3用于点对点方式，802.11用于一点对多点方式。无线区域网路可以在普通区域网路基础上通过无线Hub、无线接入站（AP）、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现，以无线网卡使用最为普遍。无线区域网路的未来的研究方向主要集中在安全性、移动漫游、网路管理以及与3G等其它移动通信系统之间的关系等问题上。

在工业自动化领域，有成千上万的感应器，检测器，电脑，PLC，读卡器等设备，需要互相连线形成一个控製网路，通常这些设备提供的通信接口是RS-232或RS-485。无线区域网路设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS-232串口信号与无线区域网路及乙太网络信号相互转换，符合无线区域网路IEEE 802.11b和乙太网络IEEE 802.3标準，支持标準的TCP/IP网路通信协定，有效的扩展了工业设备的联网通信能力。

电脑网路技术、无线技术以及智慧型感测器技术的结合，产生了“基于无线技术的网路化智慧型感测器”的全新概念。这种基于无线技术的网路化智慧型感测器使得工业现场的资料能够通过无线链路直接在网路上载输、发布和共享。无线区域网路技术能够在工厂环境下，为各种智慧型现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高频宽的无线资料链路和灵活的网路拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网路的不足，进一步完善了工业控製网路的通信性能。

⒏工业控製软体正向先进控製方向发展

作为工控软体的一个重要组成部分，国内人机介面组态软体研製方面近几年取得了较大进展，软体和硬体相结合，为企业测、控、管一体化提供了比较完整的解决方案。在此基础上，工业控製软体将从人机介面和基本策略组态向先进控製方向发展。

先进过程控製APC（Advanced Process Control）目前还没有严格而统一的定义。一般将基于数学模型而又必须用电脑来实现的控製演算法，统称为先进过程控製策略。如：自适应控製；预测控製；鲁棒控製；智慧型控製（专家系统、模糊控製、神经网路）等。

由于先进控製和最佳化软体可以创造巨大的经济效益，因此这些软体也身价倍增。国际上已经有几十家公司，推出了上百种先进控製和最佳化软体产品，在世界範围内形成了一个强大的流程工业套用软体产业。因此，开发中国具有自主智慧产权的先进控製和最佳化软体，打破外国产品的垄断，替代进口，具有十分重要的意义。

在未来，工业控製软体将继续向标準化、网路化、智慧型化和开放性发展方向。

工业信息化是指在工业生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的採集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。

由于大力发展工业自动化是加快传统产业改造提升、提高企业整体貭素、提高国家整体国力、调整工业结构、迅速搞活大中型企业的有效途径和手段，国家将继续通过实施一系列工业过程自动化高技术产业化专项，用信息化带动工业化，推动工业自动化技术的进一步发展，加强技术创新，实现产业化，解决国民经济发展面临的深层问题，进一步提高国民经济整体貭素和综合国力，实现跨越式发展。

自动仓库

简介

自动化仓库ABC ，自动化技术在仓储领域（包括主体仓库）中的发展可分为五个阶段：人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智慧型自动化仓储阶段。在90年代后期及21世纪的若干年内，智慧型自动化仓储将是自动化技术的主要发展方向。

发展

第一阶段，物资的输送、存储、管理和控製主要靠人工实现，其即时性和直观性是明显的优点。人工仓储技术在初期设备投资的经济指标也具有优越性。

第二阶段，物料可以通过各种各样的传带，工业输送车、机械手、吊车、堆垛机和升降机来移动和搬运，用货架托盘和可移动货架存储物料，通过人工操作机械存取设备，用限位开关，螺旋机械製动和机械监视器等控製设备的运行。机械化满足了人们速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运等要求。

第三阶段是自动化仓储技术阶段，自动化技术对仓储技术和发展起了重要的促进作用。50年代末和60年代，相继研製和採用了自动导引小车（AVG）、自动货架、自动存取机器人、自动识别和自动分拣等系统。70年代和80年代，旋转体式货架、移动式货架、巷道式堆垛机和其他搬运设备都加入了自动控製的行列，但这时只是各个设备的局部自动化并各自独立套用，被称为"自动化孤岛"。

随着电脑技术的发展，工作重点转向物资的控製和管理，要求即时，协调和一体化，电脑之间、资料採集点之间、机械设备的控製器之间以及它们与主电脑之间的通信可以及时地汇总信息，仓库电脑及时地记录订货和到货时间，显示库存量，计画人员可以方便地作出供货决策，他们知道正在生产什麽、订什麽货、什麽时间发什麽货、管理人员随时掌握货源及需求。信息技术的套用已成为仓储技术的重要支柱。

第四阶段是集成自动化仓储技术阶段，在70年代末和80年代，自动化技术被越来越多地用到生产和分配领域，显然，“自动化孤岛”需要集成化，于是便形成了“集成系统”的概念。在集成化系统中，整个系统的有机协作，使整体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和。

集成化仓库技术作为电脑集成製造系统（CIMS-Computer Integrated Manufacturing System）中物资存储的中心受到人们的重视。虽然人们在80年代已经注意到系统集成化，但至今在中国已建成的集成化仓储系统还不多。在集成化系统裏包括了人、设备和控製系统，前述三个阶段是基础。

70年代初期，中国开始研究採用巷道式堆垛机的立体仓库。1980年，由北京机械工业自动化研究所等单位研製建成的中国第一座自动化立体仓库在北京汽车製造厂投产。（将拍摄自动化仓库的照片）从此以后，立体仓库在中国得到了迅速的发展。据不完全统计，目前中国已建成的立体仓库近三百座，其中全自动的立体仓库有30多个。中国的自动化仓库技术已实现了与其他信息决策系统的集成，正在做智慧型控製和模糊控製的研究工作。

第五阶段是智慧型自动化仓储技术，人工智慧技术发展了自动化技术向更高级的阶段——智慧型自动化方向发展。现在，智慧型自动化仓储技术还处于初级发展阶段，到二十世纪仓储技术的智慧型化将具有广阔的套用前景。

分类方式

1．按建筑形式分为整体和分离式。

2．按货物存取形式分为单元货架式，移动货架式和拣选货架式。

3．按货架构造形式分为单元货架式，贯通式，水準迴圈式和垂直迴圈式仓库。

4．按所起的作用分为生产性仓库和流通性仓库。

5．按自动化仓库与生产联接的紧密程度分为独立型，半紧密型和紧密型仓库。

课程设定

工业自动化考试课程及学分

工业自动化专业报考条件

凡国家承认学历的专科及专科以上毕业生均可以报考，并根据具体情况作如下分类：

1、工业自动化、工业电气自动化技术专业专科毕业生可直接报考；

2、电工类非工业自动化、工业电气自动化技术专业专科及专科以上毕业生报考，须加考自动控製原理与系统课程；

3、其他工科类专业专科及专科以上毕业生报考，须加考电机与拖动基础（含实践）、电工原理（含实践）、自动控製原理与系统等三门课程。

五大误区

引入机器人就是进行自动化升级改造

机器人的套用是自动化升级改造最具代表性的一个方面。机器人的引入，能够大大解决人力成本攀升、提高生产效率和产品质量及稳定性。机器人作为人工替代，是最直接也是最具象征意义的自动化改造。

但有象征意义不等于能解决实际问题。实现自动化，气动液压控製及非标设备自动化也是非常重要的手段之一。尤其针对一些特殊套用，机器人不能解决的，非标自动化设备才是答案。或是同一个套用，其他方式会比机器人套用费用更低或是更方便。自动化升级改造，切不可只盯着机器人看，多种渠道才是最好。　

机器人买回来就能用

机器人作为智慧型设备，并非简单安装调试即可使用，如果忽略机器人的开发（或二次开发）与套用，将会导致许多机器人买回来却用不上或使用不当。系统集成商能够根据企业产线的实际需求提供合适的解决方案，包括使用什麽机器人，如何使用，如何与原有产线设备有效连线等等。

自动化升级改造可以一步到位

真正的自动化升级改造，并非一个简单工位或是机器的更换就能完成，而会涉及到整条生产线或是整个工厂管理体系。完全自动化升级改造也是一项及其复杂的系统工程，不论是时间还是成本上都是规模非常庞大的。

对于中小企业，自动化改造需量力而行：从比较成熟的自动化技术开始，从工厂急待升级改造的部位入手，逐步进行。对实力大型企业：要理解自动化升级改造并非有钱就能解决的，切不可追求一步到位。按目前的技术水準，真正实现“无人工厂”、“黑灯工厂”的企业在全球範围并不多见。

任何工序都可用自动化设备替代

举例来说，手机及小型家电的装配工序，例如布线专配，按目前的技术水準，还有很长一段时间依然是靠人工来完成。一些其他自动化设备也是如此。所以进行自动化改造，需要仔细衡量目前的技术水準，并非所有工序都适合进行自动化改造。

实现自动化改造就是实现了工业4.0

近来工业4.0及中国製造2025的概念非常火热，以致很多企业盲目跟风。製造业企业更应该关注的是实际技术与问题的解决方案。当有一定数量的企业从狭义的机械与过程自动化，发展到以信息为核心技术的广义管理自动化，工业4.0时代也将应运而生。