第一篇：IP Camera的技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

IP Camera(網(wǎng)絡攝像機)的核心是視頻壓縮編碼芯片，視頻壓縮編碼芯片的設計、生產(chǎn)工藝和內(nèi)嵌的數(shù)字視頻編碼技術是代表網(wǎng)絡攝像機發(fā)展的技術導向。從1996年AXIS推出世界上第一臺IP Camera至今，IP Camera的編碼芯片經(jīng)歷了從DSP可編程芯片到基于ASIC架構的SOC系統(tǒng)集成芯片的發(fā)展過程，而數(shù)字視頻編碼技術也由最初的MPEG-1編碼算法，歷經(jīng)MPEG-

2、MJEPG、MPEG-

4、MPEG-7，逐步演變?yōu)榻裉斓腍.264編碼算法。在國外視頻監(jiān)控市場，基于SOC系統(tǒng)集成芯片和 H.264數(shù)字視頻編碼技術研發(fā)、制造的IP Camera成為用戶關注的熱點和購買首選，并且發(fā)達國家和地區(qū)擁有先進的產(chǎn)品生產(chǎn)線和品質(zhì)管理體制，完全可以保證高技術含量的IP Camera穩(wěn)定、高效的運行。在國內(nèi)市場，由于整個網(wǎng)絡視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還落后于世界先進水平甚多，IP Surveillance應用環(huán)境的也不夠完備，因此國內(nèi)絕大多數(shù)的IP Camera廠商，都是基于DSP芯片和MPEG-4數(shù)字視頻編碼技術進行設計和生產(chǎn)，并且只是作坊式的生產(chǎn)模式，沒有專業(yè)的生產(chǎn)線，更不用談品質(zhì)管理體制。在眾多國內(nèi)廠商中，華為海思、希圖視鼎投入大量成本，先后推出了采用H.264編碼算法的SOC芯片。

隨著網(wǎng)絡攝像機應用領域的迅速擴張，用戶對視頻畫面的品質(zhì)，以及網(wǎng)絡攝像機的功能，提出了更高的要求，網(wǎng)絡攝像機的功能已經(jīng)不是單純的安防監(jiān)控，用戶希望通過網(wǎng)絡攝像機完成更多的功能，同時要求更方便、更系統(tǒng)的管理。目前還是主流的FULL D1畫面品質(zhì)也已經(jīng)滿足不了感觀要求，用戶希望看到更高清晰度、更大畫面的視頻效果。由此，推動各大廠商紛紛加快了技術研發(fā)的進程，網(wǎng)絡攝像機技術的發(fā)展也更加趨于功能應用型。結(jié)合對國際市場的需求調(diào)研，筆者認為百萬像素網(wǎng)絡攝像機、硬件視頻智能分析將是網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術發(fā)展的趨勢，百萬像素的網(wǎng)絡攝像機將會呈現(xiàn)給廣大用戶分辨率可達1280×1024的高清晰畫面，并且即使在拼接大屏上顯示，也不會有明顯的馬賽克現(xiàn)象，在國際國內(nèi)廠商行列中，已經(jīng)有百萬像素網(wǎng)絡攝像機在國內(nèi)上市；此外硬件視頻智能分析將使網(wǎng)絡攝像機能夠直接對視頻圖片進行一個數(shù)學上的分析處理，為視頻的使用者提供決策和行動的建議，滿足用戶的一些特殊需求，如事件預測、生物識別、行為識別、數(shù)量統(tǒng)計、自動跟蹤、動態(tài)偵測、環(huán)境檢測、視頻優(yōu)化等功能。

第二篇：淺談光纖通信技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

淺談光纖通信技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

【摘要】 光纖通信是以光波作為信息載體, 以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一。本文介紹了我國光纖通信的幾種關鍵技術及其現(xiàn)狀并進一步提出發(fā)展的道路。

【關鍵詞】 光纖通信現(xiàn)狀出路

【引言】光纖通信技術從光通信中脫穎而出,已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一,在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。光纖通信作為一門新興技術,近年來發(fā)展速度之快、應用面之廣是通信史上罕見的,也是世界新技術革命的重要標志和未來信息社會中各種信息的主要傳送工具。

---光纖的概述

光纖即為光導纖維的簡稱。光纖通信是以光波作為信息載體,以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看,構成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學特性進行分類外,在應用中,光纖常按用途進行分類,可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種,而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖,并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。

光纖通信之所以發(fā)展迅猛,主要緣于它具有以下優(yōu)點:1)通信容量大、傳輸距離遠;2)信號串擾小、保密性能好;3)抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳;4)光纖尺寸小、重量輕,便于敷設和運輸;5)材料來源豐富,環(huán)境保護好;6)無輻射,難于竊聽;7)光纜適應性強,壽命長。

一、光纖通信技術發(fā)展的現(xiàn)狀

光纖通信的發(fā)展依賴于光纖通信技術的進步。目前,光纖通信技術已有了長足的發(fā)展,新技術也不斷涌現(xiàn),進而大幅度提高了通信能力,并不斷擴大了光纖通信的應用范圍。

1.1波分復用技術

波分復用WDM(Wavelength Division Multiplexing)技術可以充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源。根據(jù)每一信道光波的頻率(或波長)不同,將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道,把光波作為信號的載波,在發(fā)送端采用波分復用器(合波器),將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端,再由一波分復用器(分波器)將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立(不考慮光纖非線性時),從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復用傳輸。自從上個世紀末,波分復用技術出現(xiàn)以來,由于它能極大地提高光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量,迅速得到了廣泛的應用。

1995年以來,為了解決超大容量、超高速率和超長中繼距離傳輸問題,密集波分復用DWDM(Dens Wavelength Division Multi-plexing)技術成為國際上的主要研究對象。DWDM光纖通信系統(tǒng)極大地增加了每對光纖的傳輸容量,經(jīng)濟有效地解決了通信網(wǎng)的瓶頸問題。據(jù)

統(tǒng)計,截止到2002年,商用的DWDM系統(tǒng)傳輸容量已達400Gbit/s。以10Gbit/s為基礎的DWDM系統(tǒng)已逐漸成為核心網(wǎng)的主流。DWDM系統(tǒng)除了波長數(shù)和傳輸容量不斷增加外,光傳輸距離也從600km左右大幅度擴展到2000km以上。

與此同時,隨著波分復用技術從長途網(wǎng)向城域網(wǎng)擴展,粗波分復用CWDM(Coarse

Wavelength Division Multiplexing)技術應運而生。CWDM的信道間隔一般為20nm,通過降低對波長的窗口要求而實現(xiàn)全波長范圍內(nèi)(1260nm～1620nm)的波分復用,并大大降低光器件的成本,可實現(xiàn)在0km～80km內(nèi)較高的性能價格比,因而受到運營商的歡迎。

1.2光纖接入技術

光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的“最后一公里”。實現(xiàn)信息傳輸?shù)母咚倩?滿足大眾的需求,不僅要有寬帶的主干傳輸網(wǎng)絡,用戶接入部分更是關鍵,光纖接入網(wǎng)是高速信息流進千家萬戶的關鍵技術。在光纖寬帶接入中,由于光纖到達位置的不同,有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的應用,統(tǒng)稱FTTx。

FTTH(光纖到戶)是光纖寬帶接入的最終方式,它提供全光的接入,因此,可以充分利用光纖的寬帶特性,為用戶提供所需要的不受限制的帶寬,充分滿足寬帶接入的需求。我國從2003年起,在“863”項目的推動下,開始了FTTH的應用和推廣工作。迄今已經(jīng)在30多個城市建立了試驗網(wǎng)和試商用網(wǎng),包括居民用戶、企業(yè)用戶、網(wǎng)吧等多種應用類型,也包括運營商主導、駐地網(wǎng)運營商主導、企業(yè)主導、房地產(chǎn)開發(fā)商主導和政府主導等多種模式,發(fā)展勢頭良好。不少城市制訂了FTTH的技術標準和建設標準,有的城市還制訂了相應的優(yōu)惠政策,這些都為FTTH在我國的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

在FTTH應用中,主要采用兩種技術,即點到點的P2P技術和點到多點的xPON技術,亦可稱為光纖有源接入技術和光纖無源接入技術。P2P技術主要采用通常所說的MC(媒介轉(zhuǎn)換器)實現(xiàn)用戶和局端的直接連接,它可以為用戶提供高帶寬的接入。目前,國內(nèi)的技術可以為用戶提供FE或GE的帶寬,對大中型企業(yè)用戶來說,是比較理想的接入方式。

二、光纖通信技術的發(fā)展趨勢

近幾年來,隨著技術的進步,電信管理體制的改革以及電信市場的逐步全面開放,光纖通信的發(fā)展又一次呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的新局面,以下在對光纖通信領域的主要發(fā)展熱點作一簡述與展望。

2.1向超高速系統(tǒng)的發(fā)展

從過去20多年的電信發(fā)展史看,網(wǎng)絡容量的需求和傳輸速率的提高一直是一對主要矛盾。傳統(tǒng)光纖通信的發(fā)展始終按照電的時分復用(TDM)方式進行,每當傳輸速率提高4倍,傳輸每比特的成本大約下降30%～40%;因而高比特率系統(tǒng)的經(jīng)濟效益大致按指數(shù)規(guī)律增長,這就是為什么光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率在過去20多年來一直在持續(xù)增加的根本原因。目前商用系統(tǒng)已從45Mbps增加到10Gbps,其速率在20年時間里增加了20O0倍,比同期微電子技術的集成度增加速度還快得多。高速系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅增加了業(yè)務傳輸容量,而且也為各種各樣的新業(yè)務,特別是寬帶業(yè)務和多媒體提供了實現(xiàn)的可能。目前10Gbps系統(tǒng)已開始大批量裝備網(wǎng)絡,全世界安裝的終端和中繼器已超過5000個,主要在北美,在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應用。

2.2向超大容量WDM系統(tǒng)的演進

采用電的時分復用系統(tǒng)的擴容潛力已盡,然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1%,99%的資源尚待發(fā)掘。如果將多個發(fā)送波長適當錯開的光源信號同時在一極光纖上傳送,則可大大增加光纖的信息傳輸容量,這就是波分復用(WDM)的基本思路。采用波分復用系統(tǒng)的主要好處是:1)可以充分利用光纖的巨大帶寬資源,使容量可以迅速擴大幾倍至上百倍;2)在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖和再生器,從而大大降低了傳輸成本;3)與信號速率及電調(diào)制方式無關,是引入寬帶新業(yè)務的方便手段;4)利用WDM網(wǎng)絡實現(xiàn)網(wǎng)絡交換和恢復可望實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)。

鑒于上述應用的巨大好處及近幾年來技術上的重大突破和市場的驅(qū)動,波分復用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。預計不久實用化系統(tǒng)的容量即可達到1Tbps的水平。

2.3實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)

上述實用化的波分復用系統(tǒng)技術盡管具有巨大的傳輸容量,但基本上是以點到點通信為基礎的系統(tǒng),其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話,無疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路,光的分插復用器(OADM)和光的交叉連接設備(OXC)均已在實驗室研制成功,前者已投入商用。

實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的基本目的是:1)實現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡;2)實現(xiàn)網(wǎng)絡擴展性,允許網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)和業(yè)務量的不斷增長;3)實現(xiàn)網(wǎng)絡可重構性,達到靈活重組網(wǎng)絡的目的;4)實現(xiàn)網(wǎng)絡的透明性,允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號;5)實現(xiàn)快速網(wǎng)絡恢復,恢復時間可達100ms。鑒于光聯(lián)網(wǎng)具有上述潛在的巨大優(yōu)勢,發(fā)達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預研。光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一新的光通信發(fā)展高潮。

2.4新一代的光纖

近幾年來隨著IP業(yè)務量的爆炸式增長,電信網(wǎng)正開始向下一代可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展,而構筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎設施是下一代網(wǎng)絡的物理基礎。傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳送網(wǎng)絡的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)勢,開發(fā)新型光纖已成為開發(fā)下一代網(wǎng)絡基礎設施的重要組成部分。目前,為了適應干線網(wǎng)和城域網(wǎng)的不同發(fā)展需要,已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖,即非零色散光纖(G.655光纖)和無水吸收峰光纖(全波光纖)。

2.5光接入網(wǎng)

過去幾年間,網(wǎng)絡的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化,無論是交換,還是傳輸都已更新了好幾代。不久,網(wǎng)絡的這一部分將成為全數(shù)字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網(wǎng)絡。而另一方面,現(xiàn)存的接入網(wǎng)仍然是被雙絞線銅線主宰的原始落后的模擬系統(tǒng)。兩者在技術上的巨大反差說明接入網(wǎng)已確實成為制約全網(wǎng)進一步發(fā)展的瓶頸。唯一能夠根本上徹底解決這一瓶頸問題的長遠技術手段是光接入網(wǎng)。接入網(wǎng)中采用光接入網(wǎng)的主要目的是:減少維護管理費用和故障率;開發(fā)新設備,增加新收入;配合本地網(wǎng)絡結(jié)構的調(diào)整,減少節(jié)點,擴大覆蓋;充分利用光纖化所帶來的一系列好處;建設透明光網(wǎng)絡,迎接多媒體時代。

三、結(jié)束語

21世紀以來,光通信技術取得了長足的進步,在上文中我們主要討論了光通信技術及其應用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,但這些進步的取得,是包括光傳輸媒質(zhì)、光電器件、光通信系統(tǒng),以

及網(wǎng)絡應用等多方面技術共同進步的結(jié)果。隨著光通信技術進一步發(fā)展,必將對21世紀通信行業(yè)的進步,乃至整個社會經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。

第三篇：機電一體化技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

賀州學院畢業(yè)論文（設計）

1前言

現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結(jié)構、產(chǎn)品結(jié)構、功能與構成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。概述

2.1 機電一體化

機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結(jié)合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。

機電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術及電力電子技術，根據(jù)系統(tǒng)功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產(chǎn)品”兩個方面。機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術由純技術發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制、自動診斷與保護等。也就是說，機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

覃家源

機電一體化技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

2.2 機電一體化技術的地位與作用

機電一體化技術在工業(yè)現(xiàn)代化的地位與作用十分顯著，它對世界各國的國名經(jīng)濟發(fā)展和科學技術的進步起巨大的推動作用。在國內(nèi)外已顯示強大的作用。它順應當代技術的發(fā)展使得傳統(tǒng)的工業(yè)革命發(fā)生變革和驚人的經(jīng)濟效益，也對機械產(chǎn)品產(chǎn)生巨大的影響。主要有：性能提高、功能增強、產(chǎn)品結(jié)構簡化、可靠性能提高、節(jié)約能源和材料等等。

機電一體化技術以促使當今的產(chǎn)業(yè)結(jié)構、產(chǎn)品結(jié)構、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生了深刻的變化，引起社會經(jīng)濟結(jié)構的巨大變化。機電一體化的發(fā)展狀況

3.1 機電一體化發(fā)展大體的三個階段：

（1）20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

（2）20世紀70—80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的出現(xiàn)，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎。這個時期的特點是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機電一體化技術和產(chǎn)品給予很大的關注和支持。

賀州學院畢業(yè)論文（設計）

（3）20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎，并且逐漸形成完整的學科體系。

因此，機電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下4個方面:

(1)機電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領域。在工業(yè)發(fā)達國家，數(shù)控機床占機床總數(shù)的30%～40%。

工業(yè)機器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，數(shù)量在未來十年將以25%～30%的速度增長。智能機器人將逐步進入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領域。

(2)機電一體化從單機向整個制造業(yè)的集成化過渡。計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)是當今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢,它打破原有部門之間的界線以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。CIMS的實現(xiàn)是全局動態(tài)的最優(yōu)綜合。

(3)激光技術進入機電一體化領域。光機電一體化是激光技術與機械、電子技術相結(jié)合,不僅大大擴展了機電一體化的應用領域,而且使一些行業(yè)出現(xiàn)重大變革，是當今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結(jié)合點。

(4)微細加工技術與設備發(fā)展迅猛。微電子技術及其產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,帶動了大量高新技術的興起,微細加工技術和裝備不僅支持了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而且對微機械的誕生和發(fā)展也起了決定性的作用

覃家源

機電一體化技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

3.2國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

我國從20世紀80年代初開始進行機電一體化的研究和應用，國務院成立了機電一體化領導小組并將其列為“863計劃”。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響，許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用做了大量的工作。雖然目前國內(nèi)機電一體化技術與日本、歐美等先進國家相比仍有一定差距[6]，但隨著新技術革命的迅猛發(fā)展，我國加大了機電一體化技術的研究力度，并將其確定為國家高技術重點研究領域，給予優(yōu)先支持，并取得了一定的成績。

3.2.1 數(shù)控技術方面。

我國數(shù)控技術起步于1958年，在“九五”末期,國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達50%,配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)普及型也達到了10%。縱觀我國數(shù)控技術近50年的發(fā)展歷程,特別是經(jīng)過4個5年計劃的攻關,總體來看取得了很好成績。目前,已具有年產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)3000多套、主軸與進給裝置5000多套的生產(chǎn)能力。近十年來,普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密級加工中心則從3～5μm,提高到1～1.5μm,并且超精密加工精度已開始進入納米級0.01μm[7]。3.2.2 工業(yè)機器人方面。

我國1986年將機器人的研究開發(fā)列入國家科技計劃,現(xiàn)已掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)和軟件編程技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術,生產(chǎn)了部分機器人的關鍵元器件,并進入實用化階段，開發(fā)出弧焊、點焊、噴漆、裝配、搬運、注塑、沖壓及能前后行走、爬墻、水下作業(yè)的多種機器人。目前，國內(nèi)相關科研機構和企業(yè)已掌握了工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化制造技術，解決了工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的設計技術，機器人軟件的設計和編程等關鍵技術，還掌握弧焊、點焊及大型機器人自動生產(chǎn)線（工作站）與周邊配套設備的開發(fā)和制備技術?，F(xiàn)在，我國從事機器人研發(fā)的單位有200多家，專門從事機器人產(chǎn)業(yè)開發(fā)的企業(yè)有50家以上，中國市場上總共擁有近萬臺工業(yè)機器人，其中完全國產(chǎn)的賀州學院畢業(yè)論文（設計）

工業(yè)機器人（行業(yè)內(nèi)規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機器人企業(yè)）行業(yè)集中度占30%左右。

3.3.3 計算機集成制造系統(tǒng)方面。

我國經(jīng)過多年的理論和技術準備,CIMS已經(jīng)有了較快發(fā)展。目前,已在清華大學建成國家CIMS工程研究中心,在著名高校和研究單位建立了7個CIMS單元技術實驗室和8個CIMS培訓中心[9]。2000年,全國已有20多個省市、10多個行業(yè)、200多家不同規(guī)模和類型的企業(yè)通過實施CIMS應用示范工程,取得了巨大的經(jīng)濟效益。當前,CIMS的進一步試點推廣應用已經(jīng)擴展到機械、電子、航空、航天、輕工、紡織、冶金、石油化工等諸多領域,正得到各行各業(yè)越來越多的關注和投入。

我國是從20世紀80年代初才開始進行這方面的研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組，并將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。機電一體化的發(fā)展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展。機電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個方面： 4．1 智能化

智能化是21世紀機電一體化技術的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用之一。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、覃家源

機電一體化技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要。4．2 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口和環(huán)境接口等的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置等。有了這些標準單元就可迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。為了達到以上目的，還需要制定各項標準，以便于各部件、單元的匹配。由于利益沖突，近期很難制定出國際或國內(nèi)這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)，還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。4．3 網(wǎng)絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到、質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術的應用使家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

賀州學院畢業(yè)論文（設計）

4．4 微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小，耗能少，運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。4．5 環(huán)?；?/p>

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前景。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。4．6 系統(tǒng)化

系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外，還有RS485等智能化通信接口。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化；另一層是模仿生物機理，研制出各種機電一體化產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)而研制出來的。

綜上所述，機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學技術發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。當然，與機電一體化相關的技術還

覃家源

機電一體化技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

有很多，并且隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發(fā)展前景也將越來越光明。結(jié)論

機電一體化是許多科學技術發(fā)展的結(jié)晶,是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。21世紀,機電一體化技術將成為機械工業(yè)的主角，在各方面均可帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的,它是許多科學技術發(fā)展的結(jié)晶,是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。隨著科學技術的發(fā)展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，以機械技術、微電子技術的有機結(jié)合為主體的機電一體化技術是機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，機電一體化技術的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。

科學技術的進步為機電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展創(chuàng)造了條件，社會之需求則提供動力。反過來機電一體化的發(fā)展不斷促進科學技術的進步和社會的需求，機電一體化已顯示出了強大的生命力，并以空前的速度和力度沖擊著傳統(tǒng)的技術思想、生產(chǎn)方式和方法即傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)結(jié)構，國名經(jīng)濟的各個領域都將因此而發(fā)生深刻的變革。

參考文獻：

［1］李建勇．機電一體化技術［M］．北京：科學出版社，2004.［2］李運華．機電控制［M］．北京：北京航空航天大學出版社，2003.

第四篇：機器人焊接的技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢（最終版）

焊接機器人的技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

摘要 焊接機器人逐漸走入人類社會，在人們生產(chǎn)、生活中發(fā)揮著重要作用。文章介紹了焊接機器人應用意義和應用狀況，從機器人用焊接工藝、焊接機器人系統(tǒng)仿真技術、機器人專用弧焊電源技術、多機器人及外圍設備的協(xié)調(diào)控制技術、焊縫跟蹤技術、離線編程與路徑規(guī)劃技術、遙控焊接技術七個方面闡述了焊接機器人的研究現(xiàn)狀。并對焊接機器人技術的未來發(fā)展趨勢進行了闡述。

關鍵詞 焊接機器人、技術現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、智能控制

0 前言

近年來，隨著我國勞動力成本的逐漸提升，以廉價勞動力為支撐的“中國制造”經(jīng)濟模式難以為繼。焊接作為工業(yè)“裁縫”是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，焊接質(zhì)量的好壞對產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的影響，同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常惡劣。隨著先進制造技術的發(fā)

展，實現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動化、柔性化與智能化已經(jīng)成為必然趨勢，采用機器人焊接已經(jīng)成為焊接技術自動化的主要標志。焊接機器人應用的重要意義

（1）焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度和干伸長量等對焊接結(jié)果有著決定作用。采用機器人焊接時，每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人為因素影響較小，降低了對工人操作技術的要求，因此焊接質(zhì)量穩(wěn)定。而人工焊接時，焊接速度、干伸長量等都是變化的，很難做到質(zhì)量的均一性。

（2）改善了勞動條件。采用機器人焊接，工人只需要做一些簡單的參數(shù)調(diào)節(jié)停開機操作，遠離了焊接弧光、煙霧和飛濺等。對于點焊來說，工人無需搬運笨重的手工焊鉗，使工人從高強度的體力勞動中解脫出來。

（3）提高勞動生產(chǎn)率。機器人可 24h 連續(xù)生產(chǎn)。隨著高速高效焊接技術的應用，采用機器人焊接，效率提高得更為明顯

（4）產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計劃非常明確。

（5）縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減小相應的設備投資。可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化。機器人與專機的最大區(qū)別就是可以通過修改程序以適應不同工件的生產(chǎn)。焊接機器人技術研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國內(nèi)外對焊接機器人的技術方面的研究都主要集中在七個方面：機器人用焊接工藝、焊接機器人系統(tǒng)仿真技術、機器人專用弧焊電源技術、多機器人及外圍設備的協(xié)調(diào)控制技術、焊縫跟蹤技術、機器人離線編程與路徑規(guī)劃技術以及遙控焊接技術。

2.1 機器人用焊接工藝

在機器人焊接方面，目前最常用的弧焊技術是氣體保護焊，這種方法主要包括融化極氬弧焊和富氬混合氣體保護焊。其次是鎢極氬氣保護焊，等離子弧焊、切割以及機器人激光焊的數(shù)量有限，比例較低。國外先進國家的弧焊機器人已普遍采用高速、高效氣體保護焊接工藝，如雙絲氣體保護焊、T.I.M.E焊、熱絲TIG焊、熱絲等離子焊等先進的工藝方法，這些工藝方法不僅有效地保證了優(yōu)良的焊接接頭，還使焊接速度和熔敷效率提高數(shù)倍至幾十倍。2.2 焊接機器人系統(tǒng)仿真技術

機器人研究的跨學科性是很多研究者對其著迷的關鍵點，在研發(fā)、設計和制造過程中經(jīng)常會遇到動力學、運動學方面的問題，又因為機器人是多連桿空間結(jié)構、自由度較高，在研發(fā)過程中遇到的問題就會更加復雜多變了。以機械手的仿真技術為例，在設計過程中使用機器人理論、CAD和計算機圖形設計等技術在計算機中以動畫形式呈現(xiàn)出來，然后對機械手的操作臂控制、運動學正反解分析和實際運行中在環(huán)境中遇到的抗干擾和避讓問題進行仿真模擬，通過這種方法可以很好地解決遇到的問題。

2.3 機器人專用弧焊電源技術

在研發(fā)焊接機器人時，不僅要關注機器人系統(tǒng)的研究、設計和機器人的焊接技術，還要對弧焊電源給予重視?；『鸽娫淳哂辛己玫碾姎庑阅?，能夠使焊接機器人的功能得到更大發(fā)揮。近年來，弧焊逆變器的技術已趨于成熟，機器人專用弧焊逆變電源大多為單片機控制的晶體管式弧焊逆變器，并配以精細的波形控制和模糊控制技術，工作頻率20～50kHz，最高可達 200kHz，焊接系統(tǒng)動特性優(yōu)良，適合于機器人自動化和智能化焊接。還有一些特殊功能的電源，如適合鋁及其鋁合金TIG焊的方波交流電源、帶有專家系統(tǒng)的焊接電源等“目前有一種采用模糊控制方法的焊接電源，可以更好地保證焊縫熔寬和熔深基本一致，不僅焊縫表面美觀，還能減少焊接缺陷。弧焊電源不斷向數(shù)字化方向發(fā)展，其特點是：焊接參數(shù)穩(wěn)定，受網(wǎng)路電壓波動、溫升、元器件老化等因素的影響小，具有較高的重復性，焊接質(zhì)量穩(wěn)定、成形良好”另外，利用DS、快速響應，通過主控制系統(tǒng)指令精確控制逆變電源的輸出，使之具有輸出多種電流波形和電弧電壓高速穩(wěn)定調(diào)節(jié)功能，適應多種焊接方法對電源的要求。2.4 多機器人及外圍設備的協(xié)調(diào)控制技術

嚴格來講，焊接機器人是一個焊接機器人系統(tǒng)或工作站，通常包括焊機系統(tǒng)、機器人控制柜、機器人本體以及送絲單元等。在實際操作中，只有將變位機、焊接機器人以及弧焊電源等進行柔性化集成，才能發(fā)揮其作用。當給定多機器人系統(tǒng)某項任務時，首先面臨的問題是如何組織多個機器人去完成任務，如何將總體任務分配給各個成員機器人，即機器人之間怎樣進行有效地合作。目前，多機器人焊接的協(xié)調(diào)控制是一個目前的研究熱點問題。2.5 焊縫跟蹤技術

一般情況下弧焊就能夠保證機器人的焊接質(zhì)量，但在焊接工作的條件、環(huán)境、或者焊接過程中加工誤差，應力精度發(fā)生變化時，往往會使焊炬偏離焊縫，致使焊縫質(zhì)量缺陷甚至失敗。在這種情況下，就要對焊縫進行實時測查，檢測焊縫偏差，調(diào)節(jié)焊接參數(shù)和焊接路徑等，以保障焊縫質(zhì)量。焊縫跟蹤技術是以傳感器技術以及焊縫跟蹤控制理論為基礎的。

（1）傳感器技術。近些年，隨著智能技術的不斷發(fā)展，在原有的基本傳感器的基礎上出現(xiàn)了一種新型的傳感器，智能傳感器。智能傳感器技術在機器人傳感研究方面起到了重要的推動作用。電弧傳感器的工作原理是直接從焊接電弧本身獲取焊縫偏差信息，不需要任何附加裝置，具有成本低、實時性強等優(yōu)點。光傳感器中最具吸引力的莫過于視覺傳感器。它是光傳感技術與計算機的圖像和視覺處理方法有機整合后產(chǎn)生的技術，可以有效提高弧焊機器人的適應能力。光傳感器除了視覺傳感器外，還包括光譜、光纖、光電、紅外等種類。

（2）焊縫跟蹤控制理論與方法。智能控制的雛形是模糊控制，它借鑒了人類思維的模糊性，結(jié)合模糊數(shù)學中的模糊關系、推理和決策等得出了控制動作。模糊控制具有魯棒性和自適應等優(yōu)點，能夠很好地適應時變的焊接機器人系統(tǒng)，它為機器人焊接技術的發(fā)展和研究奠定了一個良好的技術基礎。

神經(jīng)網(wǎng)絡控制是由人類大腦神經(jīng)的工作機理受到啟發(fā)而研究出的控制系統(tǒng)，對非線性的、時變的焊接系統(tǒng)具有很好的適應能力。機器人通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡的硬件和軟件系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境和工作進行記憶、聯(lián)想和學習。和傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)不同，神經(jīng)網(wǎng)絡在對焊接參數(shù)的處理上有其獨特特點：

系統(tǒng)在經(jīng)歷的環(huán)境和任務中能夠進行學習，在遇到事件時，系統(tǒng)可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)或經(jīng)歷過的事例中進行數(shù)據(jù)記錄和調(diào)出，無需專家指導。

由于神經(jīng)網(wǎng)絡算法的自身特點，使用神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的機器人接收到的數(shù)據(jù)可以是模糊的或是不精確、不完整的。

輸入和輸出數(shù)據(jù)的關系沒有直接關系時，是沒有成型的算法或模型可以使用的。

2.6機器人離線編程與路徑規(guī)劃技術

機器人離線編程系統(tǒng)是機器人編程語言的拓廣，它利用計算機圖形學的成果，建立起機器人及其工作環(huán)境的模型，利用一些規(guī)劃算法，通過對圖形的控制和操作，在不使用實際機器人的情況下進行軌跡規(guī)劃，進而產(chǎn)生機器人程序。自動編程技術的核心是焊接任務、焊接參數(shù)、焊接路徑和軌跡的規(guī)劃技術。針對弧焊應用，自動編程技術可以表述為在編程各階段中輔助編程者完成獨立的具有一定實施目的和結(jié)果的編程任務技術，具有智能化程度高、編程質(zhì)量和效率高等特點。離線編程技術的理想目標是實現(xiàn)全自動編程，即只需輸入工件模型，離線編程系統(tǒng)中的專家系統(tǒng)會自動制定相應的工藝過程，并最終生成整個加工過程的機器人程序。目前，還不能實現(xiàn)全自動編程，自動編程技術是當前研究的重點。2.7遙控焊接技術

遙控焊接是指人離開現(xiàn)場在安全環(huán)境中對焊接設備和焊接過程進行遠程監(jiān)視和控制，從而完成完整的焊接工作。如核電站設備的維修，海洋工程建設以及未來的空間站建設中都要用到焊接，這些環(huán)境中的焊接工作不適合人親臨現(xiàn)場，而目前的技術水平還不可能實現(xiàn)完全的自主焊接，因此需要采用遙控焊接技術。目前美國、歐洲、日本等對遙控焊接進行了深入的研究，國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學也正在進行這方面的研究。焊接機器人技術的發(fā)展趨勢

3.1 虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實技術是一種包括 3D 電腦圖形學技術、多功能傳感器的交互接口技術和高清顯示技術在內(nèi)的對事件的現(xiàn)實性從空間和時間上進行分解后重新組合的技術，它能夠被用在臨場感通訊和遙控機器人等方面。另外，虛擬現(xiàn)實技術還能夠被用于焊接過程的模擬，這樣一來我們就可以在實際焊接之前先在電腦上先完成c數(shù)字化d焊接過程，再用已經(jīng)完成的數(shù)字化操作來指導實際的焊接工作。這一仿真過程可以讓用戶在還沒有進行后期焊接就可先了解未來產(chǎn)品的情況，進而達到有效預測評價生產(chǎn)系統(tǒng)的性能的效果，而且實際操作前先進行仿真實驗，可以對各種工藝方案進行比較，進而選取和優(yōu)化多機器人焊接軌跡。3.2 焊接機器人控制系統(tǒng)

開放式、模塊化控制系統(tǒng)將是焊接機器人控制系統(tǒng)研究的重點方向。其他的研究熱點還有基于PC機網(wǎng)絡式控制器以及機器人控制器的標準化和網(wǎng)絡化。離線編程的實用化將是在線編程的可操作性之外的編程技術的研究重點。3.3 多傳感器信息智能融和技術

隨著傳感器種類和數(shù)量愈來愈多地使用在機器人系統(tǒng)中，諸如靜電電容式距離傳感器、超聲波觸覺傳感器、基于光纖陀螺慣性測量的 3D 運動傳感器等各種新型傳感器如雨后春筍般出現(xiàn)。但是，我們都知道單一傳感信號在輸入信息方面的可靠性不是特別保準，而智能機器人對這一條件有要求很高，所以它就無法達到其要求，在此情形下多傳感器智能信息融合技術便出現(xiàn)了，它可以 對各種信息進行綜合的處理，并通過這些信息正確理解環(huán)境，進而達到機器人系統(tǒng)可以準而快地處理獲得的各種信息的目的。

4結(jié)論

不可否認，焊接機器人技術在以前和當前的工業(yè)發(fā)展中均扮演中十分重要的角色，在未來肯定還會繼續(xù)甚至扮演越來越重要的角色。最近幾年，我國在機器人弧焊電源、仿真技術與離線編程、信息傳感、智能控制、焊縫跟蹤等方

面進行了大量研究，并對多項技術進行了攻關。相信在不久的將來，焊接機器人將為我們在越來越廣的領域提供更加優(yōu)質(zhì)高效的服務。

參考文獻

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第五篇：先進制造技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

先進制造技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

摘要

近年來, 制造業(yè)出現(xiàn)了世界范圍的研究并采用“先進制造技術”的浪潮，先進制造技術已成為當代國際間的科技競爭的重點。本文論述了先進制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，指出：信息化、精密化、集成化、柔性化、動態(tài)化、虛擬化、智能化、綠色化將是未來制造技術的必然發(fā)展方向。

1.先進制造技術簡介

1.1先進制造技術的定義

先進制造技術AMT(advanced manufacturing technology)是制造業(yè)不斷吸收機械、電子、信息(計算機與通信、控制理論、人工智能等)、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。它集成了現(xiàn)代科學技術和工業(yè)創(chuàng)新的成果，充分利用了信息技術，使制造技術提高到新的高度。先進制造技術是不斷利用新技術逐步發(fā)展和完善的技術，因而它具有動態(tài)性和相對性。先進制造技術以提高企業(yè)競爭能力為目標,應用于產(chǎn)品的設計、加工制造、使用維修、甚至回收再生的整個制造過程，強調(diào)優(yōu)質(zhì)、高效、清潔、靈活生產(chǎn)，體現(xiàn)了環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展和制造的柔性化。

1.2 先進制造技術的內(nèi)涵和技術構成

先進制造技術的技術構成可以分為以提高生產(chǎn)效率和快速響應市場需求為目的的技術構成和以滿足特種需求為目的的技術構成。

以提高生產(chǎn)效率和快速響應市場需求為目的的技術構成強調(diào)制造系統(tǒng)與制造過程的柔性化、集成化和智能化。包括：

(1)系統(tǒng)理論與技術(著重制造系統(tǒng)組織優(yōu)化與運行優(yōu)化,以提高制造系統(tǒng)的整體柔性與效率)。

(2)制造過程的單元技術(著重制造過程的優(yōu)化,以提高單元的效率與精度)。系統(tǒng)理論與技術涉及范圍包括：CIMS、敏捷制造、精益生產(chǎn)、智能制造等。制造過程單元技術涉及的范圍包括：設計理論與方法、并行工程、系統(tǒng)優(yōu)化、運行、控制、管理、決策與自組織技術、虛擬制造技術、制造過程智能檢測、信息處理、狀態(tài)檢測、補償與控制、制造設備的自診斷與自修復、智能機器人技術、智能數(shù)控技術、精密成型技術等。

以滿足特種需求為目的的技術構成使傳統(tǒng)制造工業(yè)與加工方法發(fā)生根本變化，其技術構成包括：

(1)精密與超精密加工、細微與超細微加工技術等。

(2)快速成型制造(RPM)；激光加工；電子加工；離子加工；化學加工技術等。

先進制造技術在不同發(fā)展水平的國家和同一國家所處的不同階段，先進制造技術的內(nèi)涵和技術構成是不同的。

1.3先進制造技術的分類

(1)現(xiàn)代設計技術：現(xiàn)代設計技術是根據(jù)產(chǎn)品功能要求，應用現(xiàn)代技術和科學知識，制定方案并使方案付諸實施的技術。它是一門多學科、多專業(yè)相互交叉的綜合性很強的基礎技術。現(xiàn)代設計技術主要包括：現(xiàn)代設計方法，設計自動化技術，工業(yè)設計技術。

(2)先進制造工藝：現(xiàn)代制造工藝技術主要包括精密和超精密加工技術、精密成型技術、特種加工技術、表面改性、制模和涂層技術。

(3)自動化技術：自動化技術包括數(shù)控技術、工業(yè)機器人技術、柔性制造技術、計算機集成制造技術、傳感技術、自動檢測及信號識別技術和過程設備工況監(jiān)測與控制技術等。

(4)系統(tǒng)管理技術：系統(tǒng)管理技術包括工程管理、質(zhì)量管理、管理信息系統(tǒng)等，以及現(xiàn)代制造模式(如精益生產(chǎn)、CIMS、敏捷制造、智能制造等)、集成化的管理技術、企業(yè)組織結(jié)構與虛擬公司等生產(chǎn)組織方法。

2.我國先進制造技術的發(fā)展狀況

(1)在設計方面，計算機助設計(CAD)技術普及化。計算機輔助設計(CAD)技術，是電子信息技術的一個重要組成部分，是促進科研成果的開發(fā)和轉(zhuǎn)化，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和學科的更新和改造，實現(xiàn)設計自動化，增強企業(yè)及其產(chǎn)品在市場上競爭能力，加速國民經(jīng)濟發(fā)展和國防現(xiàn)代化的一項關鍵性高新技術，也是進一步向計算機集成制造(CIMS)發(fā)展的重要技術基礎。CAD技術的廣泛應用，提高了我國企業(yè)整體的設計水平和產(chǎn)品開發(fā)能力。以二維CAD和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為重點，在軟件市場和企業(yè)應用方面得到充分的發(fā)揮。

(2)在應用方面，各種高新技術發(fā)展迅速，并取得了顯著的成效。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：快速原型制造技術由起步邁向成熟，應用初具規(guī)模；精密成形與加工技術水平顯著提高，在汽車零部件、重大裝配制造中獲得廣泛應用；熱加工工藝模擬優(yōu)化技術取得重要進展，使材料熱加工由“技藝”走向“科學”；激光加工在基礎研究和技術開發(fā)方面有實質(zhì)性進展，產(chǎn)業(yè)應用獲得經(jīng)濟效益；數(shù)控技術取得重要進展，國內(nèi)市場占有率有所提高；現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)獲重要進展，應用已有一定的基礎；現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)研究和應用取得突破，在國際上已占有一席之地。

(3)在管理方面，新生產(chǎn)模式的研究和實踐具有特色，推動了我國制造業(yè)的技術進步和管理現(xiàn)代化。通過學習和引進工業(yè)發(fā)達國家的先進管理經(jīng)驗，采用計算機管理，重視組織和管理體制、生產(chǎn)模式的更新發(fā)展，推出了準時生產(chǎn)(JIT)，敏捷制造(AM)，精益生產(chǎn)(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術，通過精簡機構、減少管理層次和消除各種浪費現(xiàn)象，顯著提高了企業(yè)的經(jīng)營效益。

3.先進制造技術的前沿

3.1無余量精密成形技術

目前，某些中小零件經(jīng)過精密成形制成的，可以做到不經(jīng)切削加工或極少余量加工即可裝配，因此國外某些學者提出成形的工件應該由“接近零件形狀(Near Net Shape Products)”向“完全成零件形狀(Net Shape Products)”發(fā)展, 即所謂的“凈成形技術(Net Shape Technique)”。

3.2毫微米技術與微型機械

“毫微米技術”又稱之為“超精密工程”，是高精度加工的技術前沿，據(jù)預測到2000年，普通加工、精密加工和超精密加工的精度可分別達到1um，0.01um和0.001um(毫微來一一納米)，而且“超精密工程”正在向原子級加工精度逼近。毫微米技術的發(fā)展還引發(fā)了微型機械的出現(xiàn)。微型機械是機械技術與電子技術在毫微米水平上相融合的產(chǎn)物。國外有人將毫微米技術與微型機械稱為“21世紀的核心技術”。

3.3自由造型制造與快速零件制造技術

近年來國外正在發(fā)展一種嶄新的稱為快速零件制造一的新技術，它是將 與各種自由造型制造等新的制造技術直接結(jié)合起來，從而使直接生產(chǎn)出零件的實體物理模型、樣件、鑄模或沖模。的出現(xiàn)將是制造技術的一場新的變革，它將使傳統(tǒng)的金屬切削加工技術面臨被部分或逐步替代的挑戰(zhàn)。

3.4新型材料的成型、加工技術

隨著材料使用結(jié)構的不斷變化, 新型材料的成形、加工技術的重要性越來越突出，未來的重點是超硬材料、功能梯度材料、復合材料、工程陶瓷、非晶微晶合金及各種功能材料的某些嶄新的成形，加工技術將不斷出現(xiàn)并得到應用，如未來的超導材料成形加工技術等。

3.5極限條件下的成形加工技術

下個世紀人類的活動區(qū)間將從陸地擴展到空間和海洋。宇航工程及海洋工程提出了極限條件下真空、失空、水下高壓等的成形加工技術要求，其中最重要的是空間焊接及水下切割、焊接技術。

4.先進制造技術的發(fā)展趨勢

4.1信息化

信息化是制造技術發(fā)展的生長點，信息技術正在以人們難以想象的速度高速發(fā)展。網(wǎng)絡技術特別是Internet/Intranet/Extranet技術的迅速發(fā)展，正在給制造業(yè)帶來新的變化和重大影響，制造網(wǎng)絡化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢之一?；诰W(wǎng)絡的制造技術（NMT）是指網(wǎng)絡技術和制造技術相結(jié)合的有關技術和研究領域。NMT的技術內(nèi)容框架由計算機網(wǎng)絡技術和數(shù)據(jù)技術及其支撐下的基于網(wǎng)絡的制造系統(tǒng)管理和營銷技術群、基于網(wǎng)絡的產(chǎn)品設計與開發(fā)技術群、基于網(wǎng)絡的制造過程技術群、基于網(wǎng)絡的系統(tǒng)集成技術群構成。NMT具有一系列的創(chuàng)新功能特點，如時域特點、空間特點、生產(chǎn)方式特點、組織模式特點等。4.2精密化

現(xiàn)代高新技術產(chǎn)品需要高精度制造，社會的發(fā)展對機械產(chǎn)品的質(zhì)量提出了越來越高的要求。這決定了發(fā)展精密加工、超精密加工技術是機械制造未來的一個重點。目前，加工制造技術向著超精密、超高速、創(chuàng)新裝備的方向發(fā)展。

4.3集成化

計算機集成制造(CIM)是信息技術和生產(chǎn)技術的綜合應用，旨在提高制造企業(yè)的生產(chǎn)效率和響應能力。因此，企業(yè)的所有功能信息和組織管理都是一個集成起來的整體的各個部分。其通俗含義就是用計算機通過信息集成實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造，求的企業(yè)的總體效益。SIM的實現(xiàn)方法就是CIMS。

理想的CIMS能夠?qū)崿F(xiàn)5個R：在正確的時間(Right time)將正確的信息(Right information)送到正確的地點(Right place)的正確的人(Right person)，從而幫助他做出正確的決策(Right decision)他通過管理、生產(chǎn)控制、工程設計等子系統(tǒng)的集成，使企業(yè)具有快速響應市場的能力(T)、較好的產(chǎn)品質(zhì)量(Q)、較低的生產(chǎn)成本(C)和較好的服務(S)。

現(xiàn)代制造業(yè)的方向并不只是計算機的集成，信息的集成，而是人、技術、組織的整體集成，包括功能集成、組織集成、信息集成、過程集成、知識集成和企業(yè)間的集成。

4.4柔性化

柔性制造系統(tǒng)(FMS)集高效、高質(zhì)量、高柔性三者于一體，它既是CIMS的重要組成部分，也是當前和未來制造業(yè)的一個主要生產(chǎn)系統(tǒng)，故發(fā)達國家都把FMS當作是制造業(yè)自動化的一個重點發(fā)展領域。目前，F(xiàn)MS在發(fā)達國家已發(fā)展成熟，并正向規(guī)模大型化、功能復雜化(柔性制造車間)及小型化、簡單化(FMC)這兩極方向發(fā)展。

80年代中期以來，國外的柔性制造設備開始與CAD/ CAPP/ CAM 等自動化技術和生產(chǎn)管理中的MIS等進行集成，借助計算機和網(wǎng)絡技術，將企業(yè)所有的技術、信息、管理功能和人員、財務、設備等資源與制造活動有機結(jié)合在一起，向CIMS發(fā)展，構成一個覆蓋企業(yè)制造全過程(產(chǎn)品訂貨、設計、制造、管理營銷)，能對全廠物質(zhì)流、能量流、信息流進行有效控制和集成管理的完整系統(tǒng)，實現(xiàn)全局動態(tài)綜合優(yōu)化、協(xié)調(diào)運作和整體高柔性、高質(zhì)量、高效率，從而創(chuàng)造出巨大生產(chǎn)力。

現(xiàn)在柔性化不僅是指企業(yè)的制造技術柔性化，還包括生產(chǎn)方式柔性化，管理模式柔性化。

4.5動態(tài)化

由于先進制造技術本身是針對一定的應用目標、不斷吸收各種高薪技術逐漸形成、不斷發(fā)展的新技術，因而其內(nèi)涵不是絕對的和一成不變的。

4.6虛擬化

虛擬制造系統(tǒng)(VMS)是指在虛擬環(huán)境下，以圖形虛擬和仿真技術為前提，通過不消耗實際資源和能量的生產(chǎn)活動，生產(chǎn)可視的虛擬產(chǎn)品，并具有現(xiàn)實制造系統(tǒng)所具有的一切特征、功能及運行機制從而做出可制造性和可裝配性評價及產(chǎn)品性能預測，做出收益和風險評價，并發(fā)現(xiàn)潛在的問題。

VMS是集CAD/CAM技術、計算機技術、可視技術、并行工程、快速原型虛擬逼真設計等多學科先進技術的綜合應用。其關鍵技術中最核心的是：虛擬環(huán)境下服務于產(chǎn)品全生命周期的建模、分布式并行協(xié)同求解技術、全局最優(yōu)化決策理論與技術，實現(xiàn)虛擬制造系統(tǒng)對實際制造系統(tǒng)映射的虛擬設備、虛擬傳感器、虛擬車間和工廠的建立基于真實動畫感的產(chǎn)品制造、裝配、生產(chǎn)調(diào)度過程仿真等。

VMS的應用可以縮短產(chǎn)品的設計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高對市場變化的響應能力。

4.7智能化

智能制造是指綜合利用各個學科、各種先進技術和方法，解決和處理制造系統(tǒng)中的各種問題。系統(tǒng)能領會設計人員的意圖，能夠檢測失誤，回答問題，提出建議方案等。

智能制造技術旨在將人工智能融進制造過程的各個環(huán)節(jié)，通過模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環(huán)境中的部分腦力勞動，從而在制造過程中，系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在受到外界或內(nèi)部激勵時能夠自動調(diào)整其參數(shù)，以期達到最佳狀態(tài)，具有自組織能力。

4.8綠色化

綠色制造技術是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源利用的一種現(xiàn)代制造模式。其主要技術是：

(1)綠色設計技術。在產(chǎn)品設計階段就考慮在其生命周期全過程的無污染、資源低耗和回收。

(2)清潔生產(chǎn)技術。清潔生產(chǎn)(Clean Production)或稱清潔工藝(Clean Technology)技術，是近年來，根據(jù)社會、環(huán)境要求而發(fā)展的一種新型生產(chǎn)技術。它與一般的環(huán)保技術的區(qū)別在于要求將加工過程產(chǎn)生的廢物減量化、資源化、無害化，使污染盡量消滅在生產(chǎn)過程之中，以達到末端排放最小的目的。

(3)拆卸回收技術。

(4)生態(tài)工廠的循環(huán)制造技術。

(5)ISO140000環(huán)保管理標準。

4.9快速化

快速化是指對市場的快速響應，對生產(chǎn)的快速重組。它要求生產(chǎn)模式有高度的柔性與高度敏捷性?？焖倩軓娪辛Φ赝苿又圃旒夹g的進步與發(fā)展，它是先進制造技術發(fā)展的“動力”。

4.10全球化

新世紀制造業(yè)將從單一企業(yè)或企業(yè)集團為主的競爭模式發(fā)展成為完全調(diào)和、多企業(yè)共同合作的全球化生產(chǎn)體系的競爭，全球化的制造系統(tǒng)將成為21世紀的主要制造模式。面向全球制造環(huán)境(GME)的制造技術主要有：面GME企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟；面向GME的并行產(chǎn)品設計技術；面向GME的異地設計與制造技術；面向GME的產(chǎn)品信息集成技術；面向GME的并行產(chǎn)品集成開發(fā)系統(tǒng)等。

先進制造技術的競爭正在導致制造業(yè)在全球范圍內(nèi)的重組，新的制造模式不斷出現(xiàn)，更加強調(diào)實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、清潔、靈活的生產(chǎn)。

5．結(jié)束語

近幾十年來，以微電子、信息、新材料、控制論、系統(tǒng)科學等為代表的科學與技術的迅猛發(fā)展及其在制造領域的廣泛滲透、應用、融合與衍生，極大地拓展了制造活動的深度和廣度，急劇地改變了現(xiàn)代制造業(yè)的設計方法、產(chǎn)品結(jié)構、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝和設備以及生產(chǎn)組織結(jié)構，產(chǎn)生了一大批新的先進的制造技術和制造模式。新世紀的制造業(yè)將成為發(fā)展速度快、技術創(chuàng)新能力強的技術密集乃至知識密集的產(chǎn)業(yè)部門。

工業(yè)發(fā)達國家都把先進制造技術作為國家級關鍵技術和優(yōu)先發(fā)展領域。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，我國的制造工業(yè)已經(jīng)取得了長足的進步。但和先進國家相比還存在很大差距。主要表現(xiàn)在：技術投入相對不足，原有技術基礎和研究開發(fā)能力薄弱，制造業(yè)產(chǎn)品落后，技術水平低，信息含量少，更新?lián)Q代慢，以及市場營銷、經(jīng)營管理、人才素質(zhì)相對落后，缺乏國際競爭能力等方面。面對這樣形勢，我們必須注重科技人才的培養(yǎng)，大力發(fā)展對高新技術的研究，加強政策與法規(guī)建設，建立與發(fā)展我國自主的NC，CAD/CAM，F(xiàn)MS，CIMS，IMS等制造自動化單元技術，提高制造業(yè)現(xiàn)代化管理水平，發(fā)展適應我國國情的生產(chǎn)模式。努力縮小我國與先進國家之間的差距，使我國的制造業(yè)站在世界先進行列。

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