我国自动化发展史.doc

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自动化控制和应用从古到今

一提到自动化很多人就会问自动化是什么？

所谓自动化就是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。

广义的讲，自动化还包括模拟或再现人的自能活动。

自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。

采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展、放大人的功能和创新的功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。

因此自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。

在我国的古代，很多的能工巧匠就发明了许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。

其中比较著名的就有以下几种：

（1）指南车

指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合齿轮系装置的车辆。

指南车是一种马拉的双轮独辕车，车箱上立一个伸臂的木人。

《宋史·舆服志》中对指南车的构造和各齿轮大小和齿轮数都有详细的记载。

（2）铜壶滴漏

即漏壶，中国古代的自动计时装置，又称刻漏或漏刻。

漏壶的最早记载见于《周记》。

这种计时装置最初只有两个壶，由壶上滴水到下面的受水壶，液面使浮箭升起以示刻度（时间）。

（3）饮酒速度的自动调节

宋朝仇士良著的《岭外代答》（公元1178）蹭记载中国南方和西南方部落村民的一种习俗，就是常用长0.6米以上的饮酒管饮酒。

在这种竹制饮酒管中有一条银制小鱼，作为可动的开关（即浮子式阀门）。

这种阀门可用来保持均匀的饮酒速度。

（4）记里鼓车

中国古代有能自报行车里程的车制，是东汉以后出现的，由汉代改装而成，车中装设具有减速作用的传动齿轮和凸轮、杠杆等机构。

车行一里，车上木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以表示车的里程。

（5）漏水转浑天仪

公元2世纪，中国东汉的天文学家张衡创制的一种天文表演仪器。

它是一种用漏水推动的水运浑象，和现在的天球仪相似，可以用来实现天体运行的自动仿真。

（6）候风地动仪

公元132年东汉张衡发明的一种观察地震的自动检测仪器，它的工作原理涉及到检测地震信号的大小和方向。

（7）水运仪象台

北宋哲宗元祐三年，苏颂、韩公廉等人制成的水力天文装置。

它既能演示或能观测天象，又能计时及报时。

中国古代人民在原始的自动装置的创造和发明上作出了辉煌的成就，也为后来自动化的发展奠定了基础。

自动化的发展在世界的其他地方也有很大的发展。

公元一世纪古埃及和希腊的发明家页创造了教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱等自动装置。

17世纪以来，随着生产的发展，在欧洲的一些国家相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有：

法国物理学家B.帕斯卡在公元1642年发明的加法器;荷兰机械师C.惠更斯于公元1657年发明的钟表；英国机械师E.李在公元1745年发明带有风向控制的风磨；俄国机械师H.波尔祖诺夫于公元1765年发明了蒸气锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节器。

18世纪末至20世纪30年代自动化技术形成，由于第一次工业革命的需要，自动化调节有了更广泛的应用。

公元1968年法国工程师J.法尔科发明反馈调节器；到了20世纪20~30年代，美国开始采用PID调节器。

这是一种模拟式调节器，现在还在许多工厂中采用。

随着自动化装置的广泛应用，就暴露了许许多多的问题，许多人就对自动调节系统的稳定性提出了质疑。

自动调节器和控制对象组成自动调节系统。

有许多科学家对自动调节系统从理论上加以研究。

公元1868年英国物理学家J.麦克斯韦尔用微分方程描述并总结了调节器的理论。

公元1876年俄国机械学家H.A.维什捏格拉茨基进一步总结了调节其理论，归结为只要研究描述自动调节系统的线性其次微分方程的通解。

公元1877年英国数学家E.劳思、1895年德国数学家A.胡尔维茨提出代数稳定判据，沿用到现在。

公元1892年俄国数学家A.李雅普诺夫提出稳定性的严格数学定义并发表了专著。

他的稳定性理论至今还是研究分析线性和非线性系统稳定性的重要方法。

20世纪40～50年代局部自动化时期，第二次世界大战期间，为了防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种精密的制动调节装置开创可防空火力系统和控制这一新的科学领域。

第二次世界大战后工业迅速发展，随着高速飞行、核反应堆、大电力网和大化工厂提出的新控制问题：

非线性系统、时滞系统、脉冲及采样系统、时变系统、分布参数系统和有随机信号输入的系统的控制问题的深入研究，经典控制理论在20世纪50年代有新的发展。

与此同时，在工业上已广泛应用PID调节器，并用电子模拟计算机来设计自动控制系统。

20世纪50年代研制出了电动单元组合仪表，这些为工业自动化提供了必不可少的技术工具，并使得构成和设计自动控制系统更简便、更工程化了，我国也能生产系列化得国产气动单元组合仪表QDZ型和电动单元组合仪表DDZ型，在国内使用很广。

1943～1946年，美国电气工程师J.埃克托和物理学家J.莫奇利为美国陆军研制成世界上第一台基于电子管电子数字计算机——电子数字积分和自动计数器。

1950年美国宾夕法尼亚大学莫尔小组研制成世界上第二台存储程序式电子数字计算机——离散变量电子自动计算机。

电子数字计算机的发明为20世纪60～70年代开始的再控制系统广泛应用程序控制和逻辑控制以及应用数字计算机直接控制生产过程奠定了基础。

我国也在20世纪50年代中叶开始研制大型电子数字计算机，并研制出了“银河Ⅲ”电子数字计算机。

20世纪50年代末起至今进入综合自动化时期。

复杂工业、复杂工业过程和航天技术的自动控制问题，都是多变量控制系统的分析和综合问题，迫切需要加以解决。

单经典的控制理论的直接应用遇到了困难。

20世纪70年代微处理器的出现对实现各种复杂的控制任务起了重大的推动作用。

20世纪50年代末到60年代初，开始出现电子数字计算机控制化的化工厂，20世纪60年代末在制造工业中出现了许多自动生产线，工业生产开始由局部自动化想综合自动化方向发展。

20世纪70年代出现专用机床组成的无人工厂，20世纪80年代初出现用柔性制造系统组成的无人工厂。

20世纪60年代末至70年代初，美、英等国的科学家们注意到人工智能的所有技术和机器人结合起来，研制出只能机器人。

智能机器人会在工业生产、核电站设备检查及维修、海洋调查、水下石油开采、宇宙探测等方面大显身手。

从古到今，自动化技术有了很大的发展。

自动化是新的技术革命的一个重要方面。

自动化技术的研究、应用和推广，对人类的生产、生活的方式将产生深远影响。

众所周知，中国正在成为一座世界工厂。

将近100种商品生产位居世界第一，它们遍布10多个工业行业，诸如：

消费品、制药、电子器件等。

中国在刚刚过去的2003年吸引了超过500亿美元的海外投资。

近年来每年的经济增长速度保持在7~8%。

　　制造业已经成为中国最大的工业行业，然而来自装备制造业的产值仅相当于整个制造业产值的26%。

与美国和德国超过40%的比例相比，在未来20年，中国制造业需要高速发展。

这将给工厂自动化带来前所未有的机遇。

资金密集型和技术密集型的工业越来越多地受到政府支持；另一方面，鉴于中国潜在的巨大市场和丰富低廉的人力资源，许多发达国家将他们的生产线和设备转移到中国大陆开办工厂，因此在未来较长的一个时期内，发展劳动密集型产业仍将是中国政府的重要政策。

　　上面这些因素都直接影响着中国工业自动化的面貌。

例如在长春大众和上海大众的现代化工厂和nokia的北京工厂中，最先进的工业生产线和检测设备随处可见，自动化水平及质量检测水平与他们在别的国家的生产基地相比毫不逊色甚至更高。

你也可以看到很多半自动化、半人工的生产线，人们仅仅在一些关键环节加入自动检测设备，在很多情况下这种安排反而带来更高的效率和更低的成本。

这种不平衡的带有中国特色的发展格局自始至终都给工业视觉的发展产生影响。

机器视觉在中国短暂的发展历史

1990年以前，仅仅在大学和研究所中有一些研究图像处理和模式识别的实验室。

在20世纪90年代初，一些来自这些研究机构的工程师成立了他们自己的视觉公司，开发了第一代图像处理产品，例如基于isa总线的灰度级图像采集卡，和一些简单的图像处理软件库，他们的产品在大学的实验室和一些工业场合得到了应用，人们能够做一些基本的图像处理和分析工作。

　　尽管这些公司用视觉技术成功地解决了一些实际问题，例如多媒体处理，印刷品表面检测，车牌识别等，但由于产品本身软硬件方面的功能和可靠性还不够好，限制了他们在工业应用中的发展潜力。

大恒图像公司就是做的较好者之一。

　　另外，一个重要的因素是市场需求不大，工业界的很多工程师对机器视觉没有概念，另外很多企业也没有认识到质量控制的重要性。

这种状况一直持续到1998年。

所以，我们称1990~1998年为初级阶段。

期间真正的机器视觉系统市场销售额微乎其微。

主要的国际机器视觉厂商还没有进入中国市场。

　　自从1998年，越来越多的电子和半导体工厂，包括香港和台湾投资的工厂，落户广东和上海。

带有机器视觉的整套的生产线和高级设备被引入中国。

随着这股潮流，一些厂商和制造商开始希望发展自己的视觉检测设备，这是真正的机器视觉市场需求的开始。

　　设备制造商或oem厂商需要更多来自外部的技术开发支持和产品选型指导，一些自动化公司抓住了这个机遇，例如，北京和利时电机技术有限公司（原北京四通电机公司，主要做运动控制）。

他们走了不同于上面提到的图像公司的发展道路--做国际机器视觉供应商的代理商和系统集成商。

他们从美国和日本引入最先进的成熟产品，给终端用户提供专业培训咨询服务，有时也和他们的商业伙伴一起开发整套的视觉检测设备。

　　经过长期市场开拓和培育，不仅仅是半导体和电子行业，而且在汽车、食品、饮料、包装等行业中，一些顶级厂商开始认识到机器视觉对提升产品品质的重要作用。

这里，我们将1998~2002年定义为机器视觉概念引入期。

　　在此阶段，许多著名视觉设备供应商，诸如：

matsushita,omron，cognex,dvt,ccs,data

　　translation,matrix,coreco,开始接触中国市场寻求本地合作伙伴，但符合要求的本地合作伙伴寥若晨星。

例如，北京和利时电机技术有限公司曾经被五家外国公司选做主要代理商或解决方案提供商。

　　第三阶段从2002年至今，我们称之为机器视觉发展期，从下面几点我们可以看到中国机器视觉的快速增长趋势：

　　a）

　　在各个行业，越来越多的客户开始寻求视觉检测方案，机器视觉可以解决精确的测量问题和更好地提高他们的产品质量，一些客户甚至建立了自己的视觉部门。

　　b）

　　越来越多的本地公司开始在他们的业务中引入机器视觉，一些是普通工控产品代理商，一些是自动化系统集成商，一些是新的视觉公司。

虽然他们绝大多数尚没有充分的回报，但都一致认为机器视觉市场潜力很大。

资深视觉工程师和实际项目经验的缺乏是他们面临的最主要的问题。

　　c）

　　一些有几年实际经验的公司（诸如，大恒、和利时电机）逐渐给自己的定位以便更好的发展机器视觉业务。

他们或者继续提高采集卡、图像软件开发能力，或者试图成为提供工业现场方案或视觉检查设备的领袖厂商。

单纯的代理仍然是他们业务的一部分，但他们已经开始开发自己的技术或者诀窍，在元件和系统的层次上。

　　d）

　　经过几年寻找代理的过程，许多跨国公司开始在中国建立自己的分支机构。

通常他们在北京或上海建立自己在中国的分支机构，来管理关键的客户以及向合作伙伴提供技术和商务支持。

中国机器视觉领域的主要厂商

　　中国机器视觉市场经过近10年的发展，到今天这个领域依然活跃的公司和研究机构大约有几十家，另外大约10个跨国公司在国内开展业务。

其中部分如下所示：

　　跨国公司

　　i）