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工業自動化解析

發布日期:2016-09-11 | 關注:2636

工業自動化

 
工業自動化就是工業生產中的各種參數為控制目的,實現各種,在整個工業生產中,盡量減少人力的操作,而能充分利用動物以外的能源與各種資訊來進行生產工作,即稱為工業自動化生產,而使工業能進行自動生產之過程稱為工業自動化。
中文名
自動化
包    括
工業自動化軟件、硬件和
目    的
提高質量、降低消耗
作    用
提高生產效率

目錄

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定義概述

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工業自動化是機器設備或生產過程在不需要人工直接干預的情況下,按預期的目標實現測量、操縱等信息處理和過程控制的統稱。就是探索和研究實現自動化過程的方法和技術。它是涉及機械、、計算機、機器視覺等技術領域的一門綜合性技術。工業革命是自動化技術的助產士。正是由于工業革命的需要,自動化技術才沖破了卵殼,得到了蓬勃發展。同時自動化技術也促進了工業的進步,如今自動化技術已經被廣泛的應用于機械制造、電力、建筑、交通運輸、信息技術等領域,成為提高勞動生產率的主要手段。[1] 
工業自動化是德國得以啟動的重要前提之一,主要是在和領域。目前在德國和國際制造業中廣泛采用的“”,正是將機械或電氣部件完全嵌入到受控器件內部,是一種特定應用設計的專用計算機系統。數據顯示,這種“嵌入式系統”每年獲得的市場效益高達200億歐元,而這個數字到2020年將提升至400億。[2] 

簡介

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工業自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術,對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策,達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的綜合性高技術,包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。 工業自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一,主要解決生產效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業還是追求靈活、柔性和定制化企業,都必須依靠自動化技術的應用。 自動化系統本身并不直接創造效益,但它對企業生產過程起著明顯的提升作用:
(1)提高生產過程的安全性;
(2)提高生產效率;
(3)提高產品質量;
(4)減少生產過程的原材料、能源損耗。
據國際權威咨詢機構統計,對自動化系統投入和企業效益方面提升產出比約1:4至1:6之間。特別在資金密集型企業中,自動化系統占設備總投資10%以下,起到“四兩撥千金”的作用。 傳統的工業自動化系統即機電一體化系統主要是對設備和生產過程的控制,即由機械、動力部分、測試傳感部分、執行機構、部分、控制及單元、接口等硬件元素,在軟件程序和電子電路邏輯的有目的的信息流引導下,相互協調、有機融合和集成,形成物質和能量的有序規則運動,從而組成工業自動化系統或產品。
在工業自動化領域,傳統的控制系統經歷了繼基地式氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統和集散式控制系統DCS的發展歷程。
隨著控制技術、計算機、通信、網絡等技術的發展,信息交互溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理各個層次。工業控制機系統一般是指對工業生產過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。今天,對自動化最簡單的理解也轉變為:用廣義的機器(包括計算機)來部分代替或完全取代或超越人的體力。

發展歷史

編輯

第一階段

工業自動化
40年代--60年代初
需求動力:市場競爭,資源利用,減輕勞動強度,提高產品質量,適應批量生產需要。主要特點:此階段主要為單機自動化階段,主要特點是:各種單機自動化加工設備出現,并不斷擴大應用和向縱深方向發展。典型成果和產品:硬件數控系統的數控機床。

第二階段

60年代中--70年代初期
需求動力:市場競爭加劇,要求產品更新快,產品質量高,并適應大中批量生產需要和減輕勞動強度。主要特點:此階段主要以為標志,其主要特點是:在單機自動化的基礎上,各種組合、組合生產線出現,同時軟件數控系統出現并用于機床,CAD、CAM等軟件開始用于實際工程的設計和制造中,此階段硬件加工設備適合于大中批量的生產和加工。典型成果和產品:用于鉆、鏜、銑等加工的自動生產線。

第三階段

70年代中期--至今
工業自動化
需求動力:市場環境的變化,使多品種、中小批量生產中普遍性問題愈發嚴重,要求自動化技術向其廣度和深度發展,使其各相關技術高度綜合,發揮整體最佳效能。主要特點:自70年代初期美國學者首次提出CIM概念至今,自動化領域已發生了巨大變化,其主要特點是:CIM已作為一種哲理、一種方法逐步為人們所接受;CIM也是一種實現集成的相應技術,把分散獨立的單元自動化技術集成為一個優化的整體。所謂哲理,就是企業應根據需求來分析并克服現存的“瓶頸”,從而實現不斷提高實力、競爭力的思想策略;而作為實現集成的相應技術,一般認為是:數據獲取、分配、共享;網絡和通信;車間層;計算機硬、軟件的規范、標準等。同時,并行工程作為一種經營哲理和工作模式自80年代末期開始應用和活躍于自動化技術領域,并將進一步促進單元自動化技術的集成。典型成果和產品:CIMS工廠,(FMS)。

設備技術及制作

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管理控制

隨著國民經濟的發展,人民生活水平的提高,的需要也在不斷地增加,設備也相應增多,電網結構和運行方式也越來越復雜,人們對的要求也越來越高。為了保證用戶的用電,必須對電網進行管理和控制。
電力系統運行管理和調度的任務很復雜,但簡單說來,就是:
①、盡量維持電力系統的正常運行,安全是電力系統的頭等大事,系統一旦發生事故,其危害是難以估計的,因此,努力維持電力系統的正常運行是首要任務;
②、為用戶提供高質量的電能,反映電能質量的三個參數就是電壓、頻率和。這三個參數必須在規定范圍內,才能的質量。穩定電壓的關鍵是調節系統中無功功率的平衡,頻率
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的變化,是整個系統的平衡問題,波形是由決定的;
③、保證電力系統運行的經濟性,使最經濟。
電力系統是一個分布面廣、設備量大、信息參數多的系統,發出電能供給用戶,必須經幾級變壓器變壓才能傳輸。各級電壓通過向用戶供電,電壓從低到高,再從高到低,以利于能量的傳送。電壓的變換,形成不同的電壓級別,形成一個個不同電壓級別的變電站,變電站之間是輸電線,因而形成了復雜的電力網拓撲結構。電網調度正是按照電網的這種拓撲結構進行管理和調度的。
一般情況下,按電壓級別設置調度中心,電壓級別越高,調度中心的級別也越高。整個系統是一個寶塔型的。分級調度可以簡化網絡的拓撲結構,使信息的傳送變得更加合理,從而大大節省通信設備,并提高了系統運行的穩定性。按中國的情況,電力系統調度分為,大區網局級調度控制中心,省級調度控制中心,地區調度控制中心,。各級直接管理和調度其下一層調度中心。

電網調度

電網調度自動化是一個總稱,由于各級調度中心的任務不同,調度自動化系統的規模也不同,但無論哪一級調度自動化系統,都具有一種最基本的功能,就是和數據收集系統,又稱SCADA系統功能(Supervisory Control And Data Acquisition)。
SCADA主要包括以下一些功能:
⑴數據采集; ⑵信息顯示;⑶監視控制; ⑷報警處理;⑸信息存儲及報告 ⑹;⑺數據計算; ⑻具有RTU(遠端終端單元)處理功能;⑼事件追憶功能。
自動發電控制功能AGC:AGC系統主要要求達到對發電機發電多少不是由電廠直接控制,而是由電廠上級的調度中心根據全局優化的原則來進行控制。
功能EDC(Economic Dispatch Control):EDC的目的是控制電力系統中各發電機的出力分配,使電網運行成本最小,EDC常包含在AGC中。
安全分析功能SA(Security Analyze):SA功能是電網調度為
了做到“防患于未然”而配備的功能。它通過計算機對當前電網運行狀態的分析,估計出可能出現的故障,預先采取措施,避免事故發生。如果具有了SCADA+AGC/EDC+SA功能,就稱為EMS(Energy Management System)。數字傳輸技術和光纖通信技術的提高,使得電網調度自動化也進入了網絡化,如今電網調度中的計算機配置大多采用了開發。隨著中國國民經濟的發展,中國也進入了大電網、大機組、超高壓輸電的時代。完全可以相信,隨著中國新建電網自動化系統的發展,中國電網調度會進一步地提高,達到世界先進水平。[3] 

柔性制造

簡介
(FMS)是對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和。柔性制造技術是技術密集型的技術群,凡是側重于柔性,適應于多品種、中小批量(包括單件產品)的加工技術都屬于柔性制造技術。
柔性可以表述為兩個方面。第一方面是系統適應外部環境變化的能力,可用系統滿足新產品要求的程度來衡量;第二方面是系統適應內部變化的能力,可用在有干擾(如機器出現故障)情況下,這時系統的生產率與無干擾情況下的生產率期望值之比可以用來衡量柔性。“
柔性”是相對于“剛性”而言的,傳統的“剛性”主要實現單一品種的大批量生產。其優點是生產率很高,由于設備是固定的,所以設備利用率也很高,單件產品的成本低。但價格相當昂貴,且只能加工一個或幾個相類似的零件。如果想要獲得其他品種的產品,則必須對其結構進行大調整,重新配置系統內各要素,其工作量和經費投入與構造一個新的生產線往往不相上下。剛性的大批量制造自動化生產線只適合生產少數幾個品種的產品,難以應付多品種中小批量的生產。隨著社會進步和生活水平的提高,市場更加需要具有特色、符合顧客個人要求樣式和功能千差萬別的產品。激烈的市場競爭迫使傳統的大規模生產方式發生改變,要求對傳統的零部件生產工藝加以改進。傳統的不能滿足市場對多品種小批量產品的需求,這就使系統的柔性對系統的生存越來越重要。隨著批量生產時代正逐漸被適應市場動態變化的生產所替換,一個制造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發周期內,生產出較低成本、較高質量的不同品種產品的能力。柔性已占有相當重要的位置。

分類

●機器柔性 當要求生產一系列不同類型的產品時,機器隨產品變化而加工不同零件的難易程度。
●工藝柔性 一是工藝流程不變時自身適應產品或原材料變化的能力;二是制造系統內為適應產品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。
●產品柔性 一是產品更新或完全轉向后,系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力;二是產品更新后,對老產品有用特性的繼承能力和兼容能力。
●維護柔性 采用
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多種方式查詢、處理故障,保障生產正常進行的能力。
●生產能力柔性 當生產量改變、系統也能經濟地運行的能力。對于根據訂貨而組織生產的制造系統,這一點尤為重要。
●擴展柔性 當生產需要的時候,可以很容易地擴展系統結構,增加模塊,構成一個更大系統的能力。
●運行柔性 利用不同的機器、材料、來生產一系列產品的能力和同樣的產品,換用不同工序加工的能力。
柔性制造系統
是有一個由計算機集成管理和控制的、用于高效率地制造中小批量多品種零部件的自動化制造系統。它具有:
●多個標準的制造單元,具有自動上下料功能的數控機床;
●一套物料存儲,可以在機床的裝夾工位之間運送工件和刀具;FMS是一套可編程的制造系統,含有自動物料輸送設備,能在計算機的支持下實現信息集成和物流集成,它
●可同時加工具有相似形體特征和加工工藝的多種零件;
●能自動更換和工件;
●能方便地上網,容易于其它系統集成;
●能進行動態調度,局部故障時,可動態重組物流路徑。
FMS規模趨于小型化、低成本,演變成FMC,它可能只有一臺,但具有獨立自動加工能力。有的FMC具有自動傳送和監控管理的功能,有的FMC還可以實現24小時無人運轉。用于裝備的FMS稱為柔性裝備系統(FAS)。

智能制造

簡介
智能制造(Intelligent Manufacturing,IM)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化,它在制造過程中能進行智能活動,諸如分析、推理、判斷、構思。和決策等。通過人與智能機器的合作共事,去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新,擴展到柔性化、智能化和高度集成化。
談起智能制造,首先應介紹日本在1990年4月所倡導的“智能制造系統IMS”國際合作研究計劃。許多發達國家如美國、、加拿大、澳大利亞等參加了該項計劃。該計劃共計劃投資10億美元,對100個項目實施前期科研計劃。
毫無疑問,智能化是制造自動化的發展方向。在制造過程的各個環節幾乎都廣泛應用。專家系統技術可以用于工程設計,工藝過程設計,生產調度,故障診斷等。也可以將神經網絡和等先進的方法應用于產品配方,生產調度等,實現制造過程智能化。而人工智能技術尤其適合于解決特別復雜和不確定的問題。但同樣顯然的是,要在企業制造的全過程中全部實現智能化,如果不是完全做不到的事情,至少也是在遙遠的將來。有人甚至提出這樣的問題,下個世
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紀會實現智能自動化嗎?而如果只是在企業的某個局部緩解實現智能化,而又無法保證全局的優化,則這種智能化的意義是有限的。
從廣義概念上來理解,CIMS(),敏捷制造等都可以看作是智能自動化的例子。的確,除了制造過程本身可以實現智能化外,還可以逐步實現智能設計,等,再加上信息集成,全局優化,逐步提高系統的智能化水平,最終建立智能制造系統。這可能是實現智能制造的一種可行途徑。

多智能體

Agent原為代理商,是指在商品經濟活動中被授權代表委托人的一方。后來被借用到人工智能和計算機科學等領域,以描述計算機軟件的智能行為,稱為。1992年曾經有人預言:“基于Agent的計算將可能成為下一代軟件開發的重大突破。"隨著人工智能和計算機技術在制造業中的廣泛應用,系統技術對解決產品設計、生產制造乃至產品的整個生命周期中的多領域間的協調合作提供了一種智能化的方法,也為系統集成、并行設計,并實現智能制造提供了更有效的手段。

整子系統

整子系統的基本構件是整子(Holon)。Holon是從希臘語借過來的,人們用Holon表示系統的最小組成個體,整子系統就是由很多不同種類的整子構成。整子的最本質特征是:
●自治性,每個整子可以對其自身的操作行為作出規劃,可以對意外事件(如制造資源變化、制造任務貨物要求變化等)作出反應,并且其行為可控;
●合作性,每個整子可以請求其它整子執行某種操作行為,也可以對
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其他整子提出的操作申請提供服務;
●智能性,整子具有推理、判斷等智力,這也是它具有自治性和合作性的內在原因。整子的上述特點表明,它與智能體的概念相似。由于整子的全能性,有人把它也譯為全能系統。
整子系統的特點是:
●敏捷性,具有自組織能力,可快速、可靠地組建新系統。
●柔性,對于快速變化的市場、變化的制造要求有很強的適應性。除此之外,還有、綠色制造、分形制造等模式。制造模式主要反映了管理科學的發展,也是自動化、系統技術的研究成果,它將對各種單元自動化技術提出新的課題,從而在整體上影響到制造自動化的發展方向。展望未來,21世紀的制造自動化將沿著歷史的軌道繼續前進。[4] 

熱點技術

工業控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術,對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策,達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術,主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業控制自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一,主要解決生產效率與一致性問題。雖然自動化系統本身并不直接創造效益,但它對企業生產過程有明顯的提升作用。
儀器儀表
中國工控自動化的發展道路,大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收,然后進行二次開發和應用。中國工業控制自動化技術、產業和應用都有了很大的發展,中國工業計算機系統行業已經形成。工業控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發展。
⒈以工業PC為基礎的低成本工業控制自動化將成為主流
眾所周知,從20世紀60年代開始,西方國家就依靠技術進步(即新設備、新工藝以及計算機應用)開始對傳統工業進行改造,使工業得到飛速發展。20世紀末世界上最大的變化就是全球市場的形成。全球市場導致競爭空前激烈, 促使企業必須加快新產品投放市場時間(Time to Market)、改善質量(Quality)、降低成本(Cost)以及完善服務體系(Service),這就是企業的T.Q.C.S.。雖然計算機集成制造系統(CIMS)結合信息集成和系統集成,追求更完善的T.Q.C.S.,使企業實現“在正確的時間,將正確的信息以正確的方式傳給正確的人,以便作出正確的決策”,即“五個正確”。然而這種自動化需要投入大量的資金,是一種高投資、高效益同時是高風險的發展模式,很難為大多數中小企業所采用。在中國,中小型企業以及準大型企業走的還是低成本工業控制自動化的道路。
工業控制自動化主要包含三個層次,從下往上依次是基礎自動化、過程自動化和管理自動化,其核心是基礎自動化和過程自動化。
傳統的自動化系統,基礎自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷,過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進口的過程計算機或小型機組成,其硬件、系統軟件和應用軟件的價格之高令眾多企業望而卻步。
20世紀90年代以來,由于PC-based的工業計算機(簡稱工業PC)的發展,以工業PC、I/O裝置、監控裝置、控制網絡組成的PC-based的自動化系統得到了迅速普及,成為實現低成本工業自動化的重要途徑。
由于基于PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠,并且被操作和維護人員接受,所以,一個接一個的制造商至少在部分生產中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系統易于安裝和使用,有高級的診斷功能,為系統集成商提供了更靈活的選擇,從長遠角度看,PC控制系統維護成本低。由于可編程控制器(PLC)受PC控制的威脅最大,所以PLC供應商對PC的應用感到很不安。事實上,他們也加入到了PC控制“浪潮”中。
工業PC在中國得到了異常迅速的發展。從世界范圍來看,工業PC主要包含兩種類型:IPC工控機和Compact PCI工控機以及它們的變形機,如AT96總線工控機等。由于基礎自動化和過程自動化對工業PC的運行穩定性、熱插拔和冗余配置要求很高,現有的IPC已經不能完全滿足要求,將逐漸退出該領域,取而代之的將是CompactPCI-based工控機,而IPC將占據管理自動化層。國家于2001年設立了“以工業控制計算機為基礎的開放式控制系統產業化”工業自動化重大專項,目標就是發展具有自主知識產權的PC-based控制系統,在3~5年內,占領30%~50%的國內市場,并實現產業化。
幾年前,當“軟PLC”出現時,業界曾認為工業PC將會取代PLC。然而,時至今日工業PC并沒有代替PLC,主要有兩個原因:一個是系統集成原因;另一個是軟件操作系統Windows NT的原因。一個成功的PC-based控制系統要具備兩點:一是所有工作要由一個平臺上的軟件完成;二是向客戶提供所需要的所有東西。可以預見,工業PC與PLC的競爭將主要在高端應用上,其數據復雜且設備集成度高。工業PC不可能與低價的微型PLC競爭,這也是PLC市場增長最快的一部分。從發展趨勢看,控制系統的將來很可能存在于工業PC 和 PLC之間,這些融合的跡象已經出現。
和PLC一樣,工業PC市場在過去的兩年里保持平穩。與PLC相比,工業PC軟件很便宜。
⒉PLC在向微型化、網絡化、PC化和開放性方向發展
全世界PLC生產廠家約200家,生產300多種產品。國內PLC市場仍以國外產品為主,如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產品。經過多年的發展,國內PLC生產廠家約有三十家,但都沒有形成頗具規模的生產能力和名牌產品,可以說PLC在中國尚未形成制造產業化。在PLC應用方面,中國是很活躍的,應用的行業也很廣。專家估計,2000年PLC的國內市場銷量為15~20萬套(其中進口占90%左右),約25~35億元人民幣,年增長率約為12%。預計到2005年全國PLC需求量將達到25萬套左右,約35~45億元人民幣。
PLC市場也反映了全世界制造業的狀況,2000后大幅度下滑。但是,按照Automation Research Corp的預測,盡管全球經濟下滑,PLC市場將會復蘇,估計全球PLC市場在2000年為76億美元,到2005年底將回到76億美元,并繼續略微增長。
微型化、網絡化、PC化和開放性是PLC未來發展的主要方向。在基于PLC自動化的早期,PLC體積大而且價格昂貴。但在最近幾年,微型PLC(小于32 I/O)已經出現,價格只有幾百歐元。隨著軟PLC(Soft PLC)控制組態軟件的進一步完善和發展,安裝有軟PLC組態軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長。
當前,過程控制領域最大的發展趨勢之一就是Ethernet技術的擴展,PLC也不例外。如今越來越多的PLC供應商開始提供Ethernet接口。可以相信,PLC將繼續向開放式控制系統方向轉移,尤其是基于工業PC的控制系統。[5] 
⒊面向測控管一體化設計的DCS系統
集散控制系統DCS(Distributed Control System)問世于1975年,生產廠家主要集中在美、日、德等國。中國從70年代中后期起,首先由大型進口設備成套中引入國外的DCS,首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當時,中國主要行業(如電力、石化、建材和冶金等)的DCS基本全部進口。80年代初期在引進、消化和吸收的同時,開始了研制國產化DCS的技術攻關。
中國DCS的市場年增長率約為20%,年市場額約為30(35億元。由于近5年內DCS在石化行業大型自控裝置中沒有可替代產品,所以其市場增長率不會下降。據統計,到2005年,中國石化行業有1000多套裝置需要應用DCS控制;電力系統每年新裝1000多萬千瓦發電機組,需要DCS實現監控;不少企業已使用DCS近15~20年,需要更新和改造。
⒋控制系統正在向現場總線(FCS)方向發展
由于3C(Computer、Control、Communication)技術的發展,過程控制系統將由DCS發展到FCS(Fieldbus Control System)。FCS可以將PID控制徹底分散到現場設備(Field Device)中。基于現場總線的FCS又是全分散、全數字化、全開放和可互操作的新一代生產過程自動化系統,它將取代現場一對一的4~20mA模擬信號線,給傳統的工業自動化控制系統體系結構帶來革命性的變化。
根據IEC61158的定義,現場總線是安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。現場總線使測控設備具備了數字計算和數字通信能力,提高了信號的測量、傳輸和控制精度,提高了系統與設備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推出世界上單一的現場總線標準工作,走過了16年的艱難歷程,于1993年推出了IEC61158-2,之后的標準制定就陷于混亂。
計算機控制系統的發展在經歷了基地式氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統以及集散控制系統(DCS)后,將朝著現場總線控制系統(FCS)的方向發展。雖然以現場總線為基礎的FCS發展很快,但FCS發展還有很多工作要做,如統一標準、儀表智能化等。另外,傳統控制系統的維護和改造還需要DCS,因此FCS完全取代傳統的DCS還需要一個較長的過程,同時DCS本身也在不斷的發展與完善。可以肯定的是,結合DCS、工業以太網、先進控制等新技術的FCS將具有強大的生命力。工業以太網以及現場總線技術作為一種靈活、方便、可靠的數據傳輸方式,在工業現場得到了越來越多的應用,并將在控制領域中占有更加重要的地位。
⒌儀器儀表技術在向數字化、智能化、網絡化、微型化方向發展
經過五十年的發展,中國儀器儀表工業已有相當基礎,初步形成了門類比較齊全的生產、科研、營銷體系,成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產國。隨著國際上數字化、智能化、網絡化、微型化的產品逐漸成為主流,差距還將進一步加大。中國高檔、大型儀器設備大多依賴進口。中檔產品以及許多關鍵零部件,國外產品占有中國市場60%以上的份額,而國產分析儀器占全球市場不到千分之二的份額。
今后儀器儀表技術的主要發展趨勢:儀器儀表向智能化方向發展,產生智能儀器儀表;測控設備的PC化,虛擬儀器技術將迅速發展;儀器儀表網絡化,產生網絡儀器與遠程測控系統。
幾點建議:開發具有自主知識產權的產品,掌握核心技術;加強儀器儀表行業的系統集成能力;進一步拓展儀器儀表的應用領域。
⒍數控技術向智能化、開放性、網絡化、信息化發展
從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數控系統,隨著計算機技術的飛速發展,各種不同層次的開放式數控系統應運而生,發展很快。就結構形式而言,當今世界上的數控系統大致可分為4種類型:1.傳統數控系統;2.“PC嵌入NC”結構的開放式數控系統;3.“NC嵌入PC”結構的開放式數控系統;4.SOFT型開放式數控系統。
中國數控系統的開發與生產,通過“七五”引進、消化、吸收,“八五”攻關和“九五”產業化,取得了很大的進展,基本上掌握了關鍵技術,建立了數控開發、生產基地,培養了一批數控人才,初步形成了自己的數控產業,也帶動了機電控制與傳動控制技術的發展。同時,具有中國特色的經濟型數控系統經過這些年來的發展,產品的性能和可靠性有了較大的提高,逐漸被用戶認可。
國外數控系統技術發展的總體發展趨勢是:新一代數控系統向PC化和開放式體系結構方向發展;驅動裝置向交流、數字化方向發展;增強通信功能,向網絡化發展;數控系統在控制性能上向智能化發展。
進入21世紀,人類社會將逐步進入知識經濟時代,知識將成為科技和生產發展的資本與動力,而機床工業,作為機器制造業、工業以至整個國民經濟發展的裝備部門,毫無疑問,其戰略性重要地位、受重視程度,也將更加鮮明突出。
智能化、開放性、網絡化、信息化成為未來數控系統和數控機床發展的主要趨勢:向高速、高效、高精度、高可靠性方向發展;向模塊化、智能化、柔性化、網絡化和集成化方向發展;向PC-based化和開放性方向發展;出現新一代數控加工工藝與裝備,機械加工向虛擬制造的方向發展;信息技術(IT)與機床的結合,機電一體化先進機床將得到發展;納米技術將形成新發展潮流,并將有新的突破;節能環保機床將加速發展,占領廣大市場。
⒎工業控制網絡將向有線和無線相結合方向發展
無線局域網(Wireless LAN)技術可以非常便捷地以無線方式連接網絡設備,人們可隨時、隨地、隨意地訪問網絡資源,是現代數據通信系統發展的重要方向。無線局域網可以在不采用網絡電纜線的情況下,提供以太網互聯功能。在推動網絡技術發展的同時,無線局域網也在改變著人們的生活方式。無線網通信協議通常采用IEEE802.3用于點對點方式,802.11用于一點對多點方式。無線局域網可以在普通局域網基礎上通過無線Hub、無線接入站(AP)、無線網橋、無線Modem及無線網卡等來實現,以無線網卡使用最為普遍。無線局域網的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫游、網絡管理以及與3G等其它移動通信系統之間的關系等問題上。
在工業自動化領域,有成千上萬的感應器,檢測器,計算機,PLC,讀卡器等設備,需要互相連接形成一個控制網絡,通常這些設備提供的通信接口是RS-232或RS-485。無線局域網設備使用隔離型信號轉換器,將工業設備的RS-232串口信號與無線局域網及以太網絡信號相互轉換,符合無線局域網IEEE 802.11b和以太網絡IEEE 802.3標準,支持標準的TCP/IP網絡通信協議,有效的擴展了工業設備的聯網通信能力。
計算機網絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的結合,產生了“基于無線技術的網絡化智能傳感器”的全新概念。這種基于無線技術的網絡化智能傳感器使得工業現場的數據能夠通過無線鏈路直接在網絡上傳輸、發布和共享。無線局域網技術能夠在工廠環境下,為各種智能現場設備、移動機器人以及各種自動化設備之間的通信提供高帶寬的無線數據鏈路和靈活的網絡拓撲結構,在一些特殊環境下有效地彌補了有線網絡的不足,進一步完善了工業控制網絡的通信性能。
⒏工業控制軟件正向先進控制方向發展
作為工控軟件的一個重要組成部分,國內人機界面組態軟件研制方面近幾年取得了較大進展,軟件和硬件相結合,為企業測、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎上,工業控制軟件將從人機界面和基本策略組態向先進控制方向發展。
先進過程控制APC(Advanced Process Control)還沒有嚴格而統一的定義。一般將基于數學模型而又必須用計算機來實現的控制算法,統稱為先進過程控制策略。如:自適應控制;預測控制;魯棒控制;智能控制(專家系統、模糊控制、神經網絡)等。
由于先進控制和優化軟件可以創造巨大的經濟效益,因此這些軟件也身價倍增。國際上已經有幾十家公司,推出了上百種先進控制和優化軟件產品,在世界范圍內形成了一個強大的流程工業應用軟件產業。因此,開發中國具有自主知識產權的先進控制和優化軟件,打破外國產品的壟斷,替代進口,具有十分重要的意義。
在未來,工業控制軟件將繼續向標準化、網絡化、智能化和開放性發展方向。
工業信息化是指在工業生產、管理、經營過程中,通過信息基礎設施,在集成平臺上,實現信息的采集、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。
由于大力發展工業自動化是加快傳統產業改造提升、提高企業整體素質、提高國家整體國力、調整工業結構、迅速搞活大中型企業的有效途徑和手段,國家將繼續通過實施一系列工業過程自動化高技術產業化專項,用信息化帶動工業化,推動工業自動化技術的進一步發展,加強技術創新,實現產業化,解決國民經濟發展面臨的深層問題,進一步提高國民經濟整體素質和綜合國力,實現跨越式發展。[6] 

倉庫自動化

簡介
自動化倉庫ABC ,自動化技術在倉儲領域(包括主體倉庫)中的發展可分為五個階段:人工倉儲階段、機械化倉儲階段、自動化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能自動化倉儲階段。在90年代后期及21世紀的若干年內,智能自動化倉儲將是自動化技術的主要發展方向。

發展

編輯

第一階段

物資的輸送、存儲、管理和控制主要靠人工實現,其實時性和直觀性是明顯的優點。人工倉儲技術在初期設備投資的經濟指標也具有優越性。

第二階段

物料可以通過各種各樣的傳帶,工業輸送車、機械手、吊車、堆垛機和升降機來移動和搬運,用貨架托盤和可移動貨架存儲物料,通過人工操作機械存取設備,用,螺旋機械制動和機械監視器等控制設備的運行。機械化滿足了人們速度、精度、高度、重量、重復存取和搬運等要求。

第三階段

是自動化倉儲技術階段,自動化技術對倉儲技術和發展起了重要的促進作用。50年代末和60年代,相繼研制和采用了自動導引小車(AGV)、自動貨架、自動存取機器人、自動識別和自動分揀等系統。70年代和80年代,旋轉體式貨架、移動式貨架、巷道式堆垛機和其他搬運設備都加入了自動控制的行列,但這時只是各個設備的局部自動化并各自獨立應用,被稱為"自動化孤島"。隨著計算機技術的發展,工作重點轉向物資的控制和管理,要求實時,協調和一體化,計算機之間、數據采集點之間、機械設備的控制器之間以及它們與主計算機之間的通信可以及時地匯總信息,倉庫計算機及時地記錄訂貨和到貨時間,顯示庫存量,計劃人員可以方便地作出供貨決策,他們知道正在生產
工業自動化
什么、訂什么貨、什么時間發什么貨、管理人員隨時掌握貨源及需求。信息技術的應用已成為倉儲技術的重要支柱。

第四階段

第四階段是集成自動化倉儲技術階段,在70年代末和80年代,自動化技術被越來越多地用到生產和分配領域,顯然,“自動化孤島”需要集成化,于是便形成了“”的概念。在集成化系統中,整個系統的有機協作,使總體效益和生產的應變能力大大超過各部分獨立效益的總和。
集成化倉庫技術作為(CIMS-Computer Integrated Manufacturing System)中物資存儲的中心受到人們的重視。雖然人們在80年代已經注意到系統集成化,但至今在中國已建成的集成化倉儲系統還不多。在集成化系統里包括了人、設備和控制系統,前述三個階段是基礎。
70年代初期,中國開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫。據不完全統計,中國已建成的立體倉庫近三百座,其中全自動的立體倉庫有30多個。中國的自動化倉庫技術已實現了與其他信息決策系統的集成,正在做智能控制和的研究工作。

第五階段

第五階段是智能自動化倉儲技術,人工智能技術發展了自動化技術向更高級的階段——智能自動化方向發展。智能自動化倉儲技術還處于初級發展階段,到二十世紀倉儲技術的智能化將具有廣闊的應用前景。

分類方式

1.按建筑形式分為整體和分離式。
2.按貨物存取形式分為單元貨架式,移動貨架式和揀選貨架式。
3.按貨架構造形式分為單元貨架式,貫通式,水平循環式和垂直循環式倉庫。
4.按所起的作用分為生產性倉庫和流通性倉庫。
5.按自動化倉庫與生產聯接的緊密程度分為獨立型,半緊密型和緊密型倉庫。[7] 

制造業

—新時代的開端,設計自動化—CAD和CAPP,車間舊貌換新顏,數控機床、(FMS)、 虛擬機床、、淺談自動化孤島、未來工廠—CIMS、ABC、、制造自動化:并行工程、敏捷制造、精良生產、仿生制造、、虛擬制造、1、虛擬現實技術2。

課程設置

工業自動化考試課程及學分
序號
課程代碼
課程名稱
學分
01
3708
中國近現代史綱要
2
02
3709
馬克思主義基本原理概論
4
03
0015
英語(二)
14
04
0023
高等數學(工本)
10
05
0420
物理(工)
5
06
2141
計算機網絡技術
4
07
2293
檢測與轉換技術
3
08
2294
微機控制技術
3.5
09
2296
控制系統數字仿真
3
10
2297
電力拖動自動控制系統
3.5
2299
工業自動化儀表與過程控制
3.5
11
2306
自動控制理論(二)
4
12
2328
面向對象程序設計
3
13
2365
計算機軟件基礎(二)
4
14
0144
企業管理概論
5
S1
0421
物理(工)(實踐)
1
S2
2295
微機控制技術(實踐)
0.5
S3
2298
電力拖動自動控制系統(實踐)
0.5
3198
工業自動化儀表與過程控制(實踐)
0.5
S4
2307
自動控制理論(二)(實踐)
1
S5
2329
面向對象程序設計(實踐)
1
S6
2366
計算機軟件基礎(二)(實踐)
1
S7
7999
畢業設計
合計
73
15
2225
電機與拖動基礎
5
2226
電機與拖動基礎(實踐)
1
16
2269
電工原理
6
2270
電工原理(實踐)
1
17
2288
自動控制原理與系統
6
工業自動化專業報考條件
凡國家承認學歷的專科及專科以上畢業生均可以報考,并根據具體情況作如下分類:
1、工業自動化、工業電氣自動化技術專業專科畢業生可直接報考;
2、電工類非工業自動化、工業電氣自動化技術專業專科及專科以上畢業生報考,須加考自動控制原理與系統課程;
3、其他工科類專業專科及專科以上畢業生報考,須加考電機與拖動基礎(含實踐)、電工原理(含實踐)、自動控制原理與系統等三門課程。
詞條圖冊
參考資料
  • 1. .工控網[引用日期2013-03-28]
  • 2。 .中國物聯網[引用日期2016-02-2]
  • 3. .網易[引用日期2013-03-28]
  • 4. .網易[引用日期2013-03-28]
  • 5. .ofweek工控網[引用日期2015-07-15]
  • 6。 .電氣自動化技術網[引用日期2013-03-28]
  • 7。 .網易[引用日期2013-03-28]

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