书城科普走向未来的现代工业(新编科技大博览·A卷)
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第28章 自动化技术(2)

日本的日立公司早在1987年就在仙台地铁实现了模糊控制的列车自动运行控制系统。三菱公司在基于知识工程的智能化行车指挥系统的研究开发方面已于1983年和1985年分别实现了基于专家系统和规划技术的自动控制,1987年又将模糊逻辑引入该系统,1991年实现了基于知识工程的列车计划与指挥系统。日立公司于1988年实现了基于模糊推理的智能计划与行车指挥系统。日本铁路综合技术研究所于1991年实现了基于知识工程的行车指挥与仿真系统。最近,日本又提出了实现智能列车和智能铁路的宏伟计划。欧洲及其他发达国家也取得了不少重大进展。在意大利,基于知识的铁路规划和恢复系统,智能化车站站长助理和车站控制专家系统,已于1989年,1992年和1993年分别投入使用,而将这些系统组成为智能化的车站综合控制系统的工作正在加紧进行。德国西门子公司于1992年成立智能技术研究部。目前,其列车运行模糊控制系统和智能化的行车指挥决策支持系统的研究与开发已接近实用化阶段。另外,美国最大的铁路信号专业公司USS,联合卡内基、梅隆等三所大学正在加紧开发基于模糊逻辑的列车智能控制系统和基于实时专家系统的行车指挥决策支持系统。南非的智能化柔性列车控制系统已投入实验运行近两年,而最近其基于模糊逻辑的智能化列车控制系统已完成首次实验运行。可以预计,铁路运输智能自动化技术在不远的将来在世界各国将取得重大进展。我国铁道科学院等单位早在1987年即开始了铁路运输智能自动化方面的研究,在国家自然科学基金会及铁路有关部门的支持下,开展了大量的理论研究工作。其中,在运用模糊控制和神经网络来构造智能列车运行控制系统方面取得了不少具有突破性的理论研究成果。目前,这方面的研究已建立了较为完整的基于模糊决策的分布智能指挥系统的理论,并正结合国家重大项目进行实用化的研究。

为什么铁路运输智能自动化受到高度重视呢?因为要实现具有尽可能高的控制与决策响应速度和精度,同时又在一定程度上具备人类智能的新一代铁路运输自动化系统,就必须使人的经验、知识、控制策略以及人特有的智能行为在控制和指挥中得到体现。而人的经验、知识和控制策略中含有大量不精确的概念,人的思维推理过程也具有不精确的特点,列车运行过程和列车群的动态行为中也存在只有人的智能才能处理的复杂性和不精确性。所有这些,用传统的理论与技术都无法进行有效的描述和处理,而新兴的智能信息技术为解决这些阻碍铁路自动化技术取得革命性进展的困难提供了强大的手段。

随着列车速度日益提高,运行环境日益复杂,人(尽管具有高度的智能)作为控制器已不能适应高速列车运行对控制的响应速度和信息处理速度的要求。作为行车指挥决策的核心,人已无法适应高速列车群和动态行为的急剧变化和高度的复杂性。另外,人的疲劳使其控制与决策的品质急剧下降,而在高速高密度条件下,司机和行车指挥人员将极易疲劳。

铁路运输智能自动化涉及模糊控制与决策、基于知识的控制与决策、复杂动态系统智能建模、智能自动化系统的体系结构、智能控制中的知识表示及处理、人类行为描述和建模、人机相互作用、多智能运动体集体行为描述与协调、柔性分布控制系统等诸多与智能科学和技术相关的理论、方法及基础理论问题。因而,铁路运输智能自动化理论与实现技术的研究,将带动和促进一大批铁路自动化及智能信息技术理论及技术问题的研究和解决,并为已有的智能信息技术提供实际的工程应用背景,其意义是巨大的。

办公自动化

进入20世纪90年代以来,以计算机技术与通信技术为支柱的办公自动化技术正以前所未有的速度迅猛发展着,并日益渗透到我们的为用户创造一个良好的自动化的办公环境,以提高工作人员的办公效率和信息处理能力日常办公环境中。办公自动化技术正成为计算机应用领域中显赫的一族。

现代办公自动化正朝着计算机网络化和智能化方向发展。电子计算机是办公自动化的核心设备,是办公自动化设备中最主要的门类。办公自动化环境中计算机设备包括各式个人计算机、各类计算机终端设备、工作站以及文字处理机等。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展,促使微处理器和微型机更新换代的速度不断加快。

从传统的办公室处理工具发展到电子化的办公室,局域网的发展和使用在办公自动化中起着关键作用。目前,使用网络最普遍的是办公自动化系统。办公环境用的局域网带给用户的直接利益是资源共享,使每一台单机在网络中发挥出更多的工作能力。网络能打破地理位置上的限制,连接大量的用户,支持范围广泛的设备。办公人员所需要的各种信息,可通过网络获得。通过电脑联网可将单项办公业务系统连成完整的办公系统,借助网络互联技术将多个局域网连接成更大范围的办公自动化系统。

在现代化的办公系统中,声音仍是最重要的通信手段。新近发展起来的声音邮件系统可将电话发出的声音信息数字化,用语言压缩技术存储、发送,形成模拟形式供接收人在电话中听取。声音邮件系统是基于邮箱机制的非实时通信,可保证邮件信息不丢失,适用于信息量大、人员流动性强的办公场合,为简单有效地交流信息开辟了一条新的渠道。

传真机是办公室不可缺少的工具,然而我们并不满足传统传真机能够发送和接收的功能。目前,出现了集传真技术、通信技术和计算机技术于一身的传真卡。只要将传真卡插入PC机的扩展槽中,并与电话网络相连,就构成了一个以PC机为基础的多功能图像传真系统。它集文件存储、自动发送、自动答应接收、图像处理和后台接收等功能于一体,且价格不足目前传真机价格的一半,可望成为传真机的新一代替换产品。

在办公自动化环境中,汉字信息的处理技术是办公自动化系统能否实用的关键一环。经过近十年的努力,我国的汉字处理技术已日趋成熟,汉字键盘输入方案达几百种,出现了“万马奔腾”的局面。在汉字手写联机识别方面已有多种产品问世。汉字与其他文种的机器自动翻译技术也有实用化的产品推出。各种文字处理软件的功能愈加丰富,图文合一,即打即得,使得一般的办公人员也可以设计出复杂的版面内容。在汉字处理系统的硬设备方面,从点阵式打印方式到喷墨、激光等打印方式,输出质量都大为提高。在优秀的文字处理软件的支持下,可以打印出多种字体和字号,汉字字模更加精益求精。高级点阵汉字经平滑放大后,实现了量化误差不增大,特大汉字无锯齿畸变,打印质量已接近传统的印刷品。如果辅以轻印刷系统,则基本能够满足普通办公自动化的要求。90年代的汉字信息技术已向更高层次发展,如将汉字识别技术与汉字语法和语义技术相结合,开发语句输入和处理的汉字输入方法,将人工智能技术和语言学知识运用到语音识别技术中,进一步提高语音识别的正确率等。另一个研究重点是多文种信息处理技术,使中文信息处理与其他文种处理融合成一个整体。

在办公自动化环境中,长期以来,实现信息表示和人机关系的自然化,达到系统性能与办公行为的和谐性,是计算机界努力追求的目标。而多媒体技术顺应了这种需求,它将成为人机界面技术发展的下一个热点。多媒体技术是一项综合性技术,它是在原有计算机运算能力的基础上,扩充了数字信号处理器、大容量磁盘和其他外部设备作为系统基本配置,以多种形式表达和处理信息。文本、语音、图像的数字化,使大量信息变为计算机可处理的信息。多媒体技术使微机由单纯的文字与数据处理进化为能处理音乐、文字、照片、图形、动画、电视等,多种传播媒介的综合信息处理系统。多媒体环境下的人机交互技术可充分调动人的各种感官,使人和计算机之间以问答和对话方式进行直观和自然的交流,而多媒体视像会议系统可以使在地理位置上相距遥远的人们“坐在一起”交流经验。多媒体技术的产生是计算机应用技术的一次重大变革,必将对办公自动化环境产生重大和深远的影响。一种新技术的诞生往往会伴生一种新的文化,多媒体支持下的办公环境将变得更加生动、活泼、自然、有趣,甚至会对办公人员的思维方式、工作方式和办公组织结构产生影响。

工厂自动化

工厂自动化是一个很广泛的概念,也是一个相对的概念。一个实现自动化的工厂,应做到以下几点:

1.有一个内部联网的现代化的信息管理系统,即通过网络实现全厂生产、信息采集与处理、财务、人事、技术与设备等的计算机自动化管理;工厂的自动化大大提高了工作效率(图为机械手正在焊接机械零件)。

2.生产设备实现自动化,即单个设备由计算机控制,生产过程中实现自动传输等;

3.建成一个“柔性生产系统”,即具备一种新型的多品种、少批量生产的加工设备。这种系统比较容易适应设计的改变和加工物形状、数量的变化。这种系统可大可小,大的由若干个工业机器人、数控机床及控制装置、监控电脑及无人运输车组成,可以构成整条生产线;小的则可以独立完成各种类型的加工任务;

4.产品设计与生产工艺设计实现自动化,并采用了计算机辅助设计的方法,这样既节省了设计时间和费用,又大大提高了生产率;

5.建立了自动化仓库,这是实现工厂自动化的一个必备条件。对一个工厂的原材料、半成品和成品实现自动化管理,不仅能提高场地的利用效率,减少管理费用,还能使物品的存取变得井然有序,一旦某种物品告缺,采购部门将立即获得信息,及时进货。

自动化工厂中的“无人化自动工厂”,是一个自动化程度很高的自动化工厂,它不仅具备以上各项条件,还建有自动化仓库,原材料、半成品及成品自动传送线和现代化的信息管理系统,使生产线上的人员减少到最低限度。除少数维修人员外,生产线上的整个生产过程无人参与,可以一天24小时连续不停地生产,产品的质量稳定可靠,生产效率极高。

C3I综合自动化系统

C3I是指挥(Command)、控制(Control)、通信(Communication)、情报(Intelligence)等词的英文缩写,C3I综合自动化系统即军队自动化指挥系统。C3I系统产生于20世纪70年代,是一个以计算机为核心的,集收集情报、传递信息、指挥决策与战术控制为一体的高效作战指挥系统。我们知道,现代高技术战争是陆、海、空立体战争,战场上各军兵种及武器系统之间需要密切联系、协同作战;战场上风云变幻,时间就是生命、信息就是胜利,需要及时准确地知己知彼,迅速决策;如何能够真正具有运筹于千里之外、决策于瞬息之间、调动千军万马于股掌之中的超常能力呢?必须仰仗C3I系统。在现代战争中,C3I系统是军队的神经中枢,与电子战装备、精密制导武器一起构成了克敌制胜的三大法宝。

C3I系统主要由侦察探测系统、通信系统、指挥决策系统和战术控制系统等四部分组成。侦察探测系统借助卫星等高技术手段,探测和跟踪监视敌方飞机、导弹及军队,为国家军事指挥机构提供所需的准确情报;通信系统凭借数字化技术,实现了战场上信息捕捉、传递和处理的一体化,建立了上至国家最高指挥机构下至最基层作战组织的通信网络,使战场上的联络、调动、指挥简单易行、快捷准确;指挥决策系统是一种自动处理信息系统,能够快速将收集到的情报分类、比较、判定,并制定出作战方案,为指挥机构提供高效率的参谋服务;战术控制系统以前三个系统为依托,能在极短的时间之内使有关的战略力量进入战备状态,并将部队部署到指定区域,使决策指挥与作战几乎同步。对于一个国家来说,应用C3I系统,便会使各军兵种和武器系统之间的作战协同更加完善、周密,使部队的行动节奏和反应能力大幅度提高,使武器装备的打击能力更为强大,从而在整体上有效地提高国家军事力量水平。以美国的全球战略C3I系统为例,一旦有国家发射洲际导弹,它的预警卫星系统能在60~90秒钟之内探测到,并在3~5分钟之内判定是否对自己构成威胁;如果判定危险存在,其指挥决策系统将迅速制定作战方案并进行作战模拟,并可在1分钟之内使所有武装力量进入战备状态。

经过20多年的研究和发展,C3I系统已被广泛运用,并且显示出极大的威力。如在海湾战争中,多国部队运用C3I系统屡建奇功。展望未来,新型C3I系统将向着进一步提高生存能力的方向发展,通过中心隐蔽、提高机动性、自动或半自动重新组织等手段,使之具有较强的抗破坏、抗干扰性。

模糊控制技术

模糊控制技术是以模糊数学为理论基础的应用技术。