科普-中华学生百科全书-第58章

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计算机自　1946　年问世以来，发展极为迅速，大致是十年左右更新换代一次。
特别是大规模集成电路技术的突破，使计算机的性能价格比显著提高，极大
地推动了电子计算机在各行各业中的应用。
　　　　然而，与科学计算、气象预报和数据处理等应用相比，计算机在控制领
域的应用起步相对较晚，早期应用进展也比较慢。造成这种现象的主要原因，
不是因为计算机不适合控制应用，也不是由于理论方面准备不足，而是因为
早期计算机的可靠性不高等原因。显然，计算机用于生产过程控制，对可靠
性的要求是比较严格的。
　　　　本世纪　50　年代中期，计算机开始用于工业控制。但总的来说，这阶段为
数不多的计算机控制系统，控制规律比较简单，如对原有人工控制系统提供
操作指导，或对原有系统提高最佳设置（系统输入）。计算机大量的时间主
要用于其他非控制作业，如制订生产规划，打印生产报表等。另外，由于早
期的计算机价格昂贵，为了充分利用，总是将各种不同的任务罗织在一起，
这就在原本可靠性不高的基础上，又增加了因组织复杂造成的新的可靠性问
题。由于这诸多原因，所以早期计算机控制技术进展缓慢。
　　　　尽管如此，也有一些比较成功的例子。如　1959　年美国的波特阿瑟（Port
Arther）炼油厂就采用了计算机控制系统，总共控制　26　个流量、72　个温度
值、3　个压力和　3　种化学成分。控制系统的基本功能是使反应器的压力最小，
确定　5　个反应器供料的最优分配、最佳的热流量循环。计算机除主要用于寻
找系统最佳运行条件外，还要完成原料调度、生产计划、报告产量和能源消
耗等任务。这个系统的成功，使计算机找到了新的应用领域，使工业界看到
了一种提高自动化的新工具。
　　　　计算机直接参与生产过程的另一个成功实例发生在英国。1962　年，英国
帝国化学工业公司（ICI）用一台名为费伦蒂．阿格斯（Ferrenti　Argus）的
计算机直接测量　224　个控制量和控制　129　个阀门，在保持原有功能的条件下
取代了原系统中所有的模拟仪表装置，这就是我们说的直接数字控制（DDC）
系统。DDC　系统显示出的巨大优越性，使它在　1963～1965　年间获得了长足进
步。
　　　　1972　年以后，由于微型计算机的出现和发展，计算机价格大幅度下降，
计算机控制技术真正得到了迅速发展。计算机控制不仅在过程控制中的应用
日渐成熟，而且在机电控制、机械加工、航天技术和各种军事装备中也得到

广泛应用，例如通讯卫星的姿态控制、卫星跟踪天线的方位角控制、飞机自
动驾驶仪、计算机数控机床、电气传动装置的计算机控制等。在许多精度要
求极高的领域，如工业机器人、现代导弹制导、航空航天等，计算机控制已
成为必不可少的重要环节。

数值控制

　　　　数值控制（Numerical　Control），简称数控，（NC），是以数字形式实
现控制的技术。比如说数控机床加工，首先将待加工的工件形状数值化（即
用数字形式表示工件形状），然后在输入纸带上用组合穿孔的方式表示出来，
由此控制加工刀具的走刀轨迹进行自动加工。常见的数控机床、数控火焰切
割机、灵敏遥控绘图机、数控冲剪机等都是属于数控范围的自动化设备。
　　　　数控技术的关键是计算机，其发展也是与电子计算机的发展分不开的。
早在　1947　年，美国的帕森斯（PARSONS）公司，为了制作检查飞机螺旋桨的
样板，首先在坐标镗床上采用了数控技术，制作出精确的样板。以后美国空
军系统为了改进导弹和飞机性能，在美国麻省理工学院（MIT）成立了伺服系
统研究所，开始了对数控机床的系统研究。1952　年，该研究所根据第一代电
子计算机原理，研制成功了世界上第一台数控机床，也叫做　MIT　数控机床。
在加工精度和效率方面比普通机床大有提高。但是由于这种数控机床用的都
是真空电子管元件，因而数控装置体积较大，运算速度较慢，可靠性也不高，
因而限制了它的广泛使用。
　　　　我国早在　1958　年就制成了数控铣床，之后沈阳第一机床厂和北京第一机
床厂也制成了不同类型的数控机床，1970　年还研制成功加工中心。从　1976
年到　1984　年，我国共生产数控机床　8，584　台。现在我国除生产数控机床外，
还试制生产了一些盘类和箱体类零件的卧式和立式加工中心，并有少量数控
机床出口。1984　年以来，在推广南京和常州生产的微型控制车床后，数控机
床的研制和使用在我国迅速推广，并且取得了可喜成果。

柔性制造系统

　　　　80　年代以来，工业技术比较发达的国家为了进一步提高劳动生产率，降
低生产成本，缩短产品研制或生产周期，增强产品更新换代和产品市场竞争
能力，开始把计算机作为中枢，组成由各类数控机床、监测设备和其他机器
构成的自动化生产系统、自动仓库系统、自动输送系统和计算机生产管理系
统。目前，人们把这些具有高度自动化的各类系统统称为柔性生产系统，各
个生产环节的设计人员只要把生产任务编写成相应的程序，输入到计算机控
制中心，由人通过电子监控装置观察机器的运转情况就行了。
　　　　机械制造自动化迄今已有几十年历史。早期由于技术水平的局限性，只
能在大规模生产领域内引入生产自动化。30　年代到　50　年代间，人们主要建
立了由机械式或液压式的自动车床、组合机床或专用机床组成的单品种生产
自动线。这种自动生产线有其固定的生产节奏，要改变加工品种是非常困难，
且费用极高，故称之为“刚性自动化生产线”。到了　60　年代，人们意识到大
批量生产只是机械制造业的小部分，约占　15％～25％，而中、小批量生产要
占到　75％～85％。比如在日本，多品种、中小批量生产企业的产量是大批量

生产企业的两倍，但是雇员却是大批量生产企业的　4　倍。由此可见，在国民
经济生产部门中比重占绝对优势的多品种、中小批量生产企业的劳动生产率
大大落后于大批量生产企业，这就迫使人们寻找新的生产方式来改变这种落
后局面。
　　　　　美国森斯特兰德公司在　1967　年建成了世界上最早的柔性制造系统
（FMS）。在随后的　10　年中，又继续开发了几十套　FMS。在此期间，FMS　的技
术先进性得到充分证明，其经济效益也十分显著。在此基础上，FMS　数目激
增　3　倍，用户的兴趣和社会需求也持续高涨。此后，每年　FMS　的平均增长率
均在　30％～40％。
　　　　　近年来，我国走国外引进和自行开发并举的道路，在　FMS　的研制和应用
方面获得了长足进步，并取得了比较明显的社会和经济效益。如北京机床研
究所为掌握当代机械制造新技术，与日本发那科公司合作，在　1985　年建立了
我国第一套柔性系统　JCS—FMS—1。该系统包括　5　台　CNC　机床、一台工业监
控计算机以及包括中央管理的计算机控制系统。

机电一体化

　　　　　机电一体化，作为新型智能产品设计的原则，作为传统产品更新换代的
方向，作为生产、办公、家庭、医疗等领域自动化的基础，正日益为企业所
重视，新产品、新系统不断涌现，呈现出一片生机勃勃的美好景象。
　　　　　机电一体化的概念是在现代微电子技术向传统机械工业渗透的过程中逐
步形成起来的，是机械、微电子、自动控制和计算机技术相互融合的产物，
是一门具有交叉性、边缘性、多学科性的综合技术。机电一体化的目标是使
产品向多功能化、高效率化、高智能化、省料节能化方向发展，并力求使产
品结构具有轻、薄、细、巧的特征，以便满足社会生产自动化和人民生活多
样化的要求。
　　　　　目前机电一体化主要有如下两种方式。第一种是机械产品电子化，即在
原有机械产品上采用新的微电子技术，使产品在质量、性能、功能、效率和
节能诸方面都有较大幅度提高，甚至能使产品结构发生质的飞跃。
　　　　　比如汽车电子化，对于节省燃料、减少环境污染和提高行驶安全性来说，
是至关重要的。用微处理器（即微电脑）控制汽车发动机的点火、燃油喷射
量、空气燃油比和废气再循环，可以促使燃烧完成，节约能源和减少大气污
染。统计资料表明，采用微机控制燃油喷射量可以节油　10％～20％。再加上
微机控制汽车速度，使汽车在不同情况下都处于最经济合理运转状态，可节
油　5％～6％。此外，电子小汽车上还采用了微电子技术控制排气，可以使排
出的废气中有毒气体（如碳氢类气体、一氧化氮和一氧化碳等）含量最低。
还有汽车高速行驶防撞车控制系统，汽车行驶闭环控制系统等，为提高汽车
行驶安全、防止交通事故提供了保障。
　　　　　机电一体化的第二种方式是机械技术与电子技术有机结合，开辟了两者
单独使用时都不能达到的效果。
　　　　　机电一体化技术革命的发展时间虽然不长，但已成为机械和电子工业发
展的巨大推动力。因此，世界工业发达国家，甚至许多中等发达国家都对开
发技术密集型的机电一体化产品，提高各种机械电子设备的自动化和智能化
极端关注。在机电一体化技术和应用方面，日本和美国走在世界的前列。

　　　　相对来说，我国的数控机床、工业机器人等机电一体化技术，起步并不
算晚，但发展速度不快。为此国家提出了振兴我国机电工业的中长远目标，
即在今后　10　到　15　年内，使我国主要机电产品达到工业发达国家　70　年代末和
80　年代初的水平，部分产品争取接近国际水平。

全面自动化

　　　　电子计算机的产生、发展及其在工业生产中的广泛应用，使得以机械工
业为代表的离散型生产方式孕育了一场新的技术革命——从局部自动化走向
全面自动化，即由原来局限于产品制造过程的自动化扩展到脑力劳动领域的
产品设计和经营管理自动化，促进机械工业，进而带动整个工业企业实现运
营综合自动化，这就是计算机集成制造系统（puter　In…tegrated
Manufacturing　Systems，简称　CIMS）的基本思想。1974　年美国的约瑟夫．
哈林顿（JOsePh　Harrington）博士在《计算机集成制造》一书中，率先提出
了这一具有划时代意义的新概念。根据他的设想，CIMS　在功能上应包含一个
工厂的全部生产经营活动，即从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理
到售后服务的全部活动。因为这些活动是一个不可分割的整体，必须统一考
虑。所以　CIMS　比传统的工厂自动化的范围广得多，是一个复杂的大系统。另
外一点要注意的是，CIMS　涉及的综合自动，不是工厂各个生产环节自动化和
计算机化的简单迭加，而是这些环节的有机集成。这里所说的集成，不仅是
物质和设备的集成，更主要的是体现在以信息集成为特征的技术集成。
　　　　综合上述两点看法，我们可以给　CIMS　下一定义：