第4章-13挑战与展望课件..ppt

29 4.13 自动化应用面临的挑战与展望 主要内容 自动化应用面临的问题和挑战 自动化应用的前沿领域和发展趋势 一、自动化应用面临的问题和挑战 1. 综合自动化系统的整体水平有待提高 很多应用领域的自动化系统都在朝综合自动化方向发展，就一个生产企业而言，综合自动化涉及了产品的全生命周期，各个环节和各个子系统相对独立而又相互关联、相互影响，要真正形成一个平稳、协调运转的大系统是相当艰巨的任务，同时也是一个渐进的过程，不可能一蹴而就。 现有的工业综合自动化成套产品和完整解决方案尚不够完善，离全面和深度融合尚有一定距离。 很多领域，如楼宇自动化、家庭自动化、农业自动化等还处于发展的初级阶段，需要加大投入，逐步完善和推广。 综合自动化系统的设计、构建和实施是一项复杂的系统工程，涉及到众多的技术领域，需要不同专业背景的科技和管理人员共同参与，同时还必须在很多关键技术上深入开展研究，如综合自动化系统的体系结构、信息集成技术、检测与识别技术、决策支持系统等 。 2. 复杂系统的研究尚处于探索阶段 复杂系统包括电力系统、综合工业生产系统、交通系统、社会经济系统、生物系统等，系统的网络化加剧了系统的复杂性。 现有“大系统理论”的主要成果基本上是线性系统理论在复杂结构下的推广，远远不能满足复杂系统的研究需要，而“复杂系统理论”近年来虽然取得了一些进展，但尚处于探索阶段，离实际应用还有较大距离。较普遍的看法是，复杂系统的研究应当走智能化和综合集成的道路。 3. 系统建模与系统分析、控制、决策等的结合问题 要实现有效的管理和控制，离不开系统建模。系统模型若过于复杂，会给分析、设计和决策带来很大困难；反之若过于简单，则无法反应真实特性。因此系统建模不是一个独立的过程，应充分考虑控制和管理上的需要。 目前针对线性系统的建模研究已比较成熟，但时变、非线性、不确定动态系统、复杂系统等的研究依然不多，且大多属于定量模型。如何把定量模型和定性模型结合起来，并考虑控制和管理的需要尚待深入研究。 4. 先进控制策略的推广应用 先进控制策略一般指控制性能优于PID控制、而且必须借助于计算机来实现的一类控制算法，如自适应控制、预测控制、最优控制、智能控制等。 在一个网络化的控制系统中，往往有85%以上是简单的PID控制，有5%~10%是包含了多种方式的复合控制，而先进控制系统的比例只有5%左右。 随着控制系统规模和复杂程度的不断增加，很多情况下简单的PID控制已不能满足要求，或者即使能满足要求，但并不能获得很好的效果。 现代的自动化系统绝大部分都已实现了数字化或计算机化，在计算机中以软件的形式实现先进控制或实现PID控制并无本质差别，但先进控制的效果明显优于PID控制，可以显著提高生产效率、改善产品质量、降低生产成本，从而创造出巨大的经济效益。 大力推广和应用先进控制策略不仅切实可行，而且对全面改善系统性能、提高自动化水平、实现国家倡导的节能降耗以及提高资源利用率等具有十分重要的意义。 5. 自动化在很多领域的应用水平急待提高 自动化在工业、军事等很多领域取得了巨大的成功，但仍有不少领域需要深入开展研究，拓展应用范围，提高应用水平。 家庭自动化由于实施成本的问题，基本上还停留在单机自动化水平上，虽然已经出现了具有网络接口的冰箱、空调等“信息家电”产品，但还难以实现不同系统的互连和组网，很多所谓的“智能小区” 离真正的智能自动化还相差甚远。 在农业自动化方面，发达国家早就提出了“精准农业”的概念，开发了种类繁多的农业自动化设备和系统，包括遥感遥测、环境监测、地理信息、GPS定位、农业专家数据库、自动灌溉、自动化的农业机械和机器人、自动化饲养、工厂化蔬菜生产、网络化管理等。 我国的大部分地区还停留在机械化的水平上，有些地方连“机械化”也谈不上，仍采用较原始的耕作方式。因此要提高农业的生产效率、实现农业自动化还有较长的一段路要走。 在交通运输自动化方面，对智能交通系统ITS的研究已有40年左右的历史，在欧美等发达国家已有较高的应用率，如美国的ITS应用率高达80%，而我国目前很多城市的信号灯控制还停留在定时切换的传统方式上，交通诱导和疏导还主要靠警察的现场指挥，大量公路收费站还依靠人工收费。 虽然部分大城市引进和开发了一些交通综合管理与控制系统，安装了电子收费系统、监控系统和信息服务系统，很多城市已经开始了以智能控制和综合管理为手段、以实现“一路绿波”为