关键词：智能；智能科学与技术；语义分析；知识体系；课程体系
中图分类号：G642 文献标识码：A
1 引言
“智能科学与技术”专业教育意指将“智能科学与技术的知识体系”传授给本科生或研究生。构建智能科学与技术的知识体系通常有两种途径：(1)经验归纳法，从社会实践和科学研究已经获得的知识集合中选择出若干，认为这些知识应该归属于“智能科学与技术”，且将其结构化与系统化。(2)概念演绎法。追问“智能科学与技术”的确切含义为何，由此联想其涉及的主要方面，概念推演形成的轨迹即是知识体系。两种方法的结论应是一致的。就实际操作而言，前者的主要环节是“选择知识”和“搭建体系”，而“选择什么”和“搭建成何样”就与研究者的偏好相关，常出现观点相左的情形；后者的主要环节是“明确语义”和“语义延伸”，能被称为概念的东西总是成熟的，即已有大量的先前研究，对此人们的分歧较少，而从概念出发的语义延伸又是遵循演绎逻辑的，由此而得的知识体系就易被公认。
本文的研究采用概念演绎法，具体的讨论依层次递进展开，首先明确“智能科学与技术”的中文语义，其次讨论该语义涉及的关键概念之内涵，进而合成这些关键概念的具体内容，继之概括“智能科学与技术的知识体系”，最后设计“智能科学与技术专业教育的课程体系”。
2 “智能科学与技术”的语义
尽管有逻辑上的先后，“科学”与“技术”通常被认为是并列的两种人类文化活动。“智能科学与技术”就应被分为“智能科学”与“智能技术”。
智能是某种行为主体所具有的能力和所表现的行为。这种具有智能的行为主体目前(也许永远)只有两类：生物(其中主要是人类)和机器。若以人类代表生物，智能就有两种表现形态，人类智能(human intelligence)和人工智能(artificial intelligence)，后者是对前者的模仿与延展。
科学是为了获得所考察对象的知识体系，技术则是依据某种原理设计制造各种人工系统。由此，“人类智能科学”、“人工智能科学”、“人工智能技术”是无歧义的，而“人类智能技术”就不成立(确切地说，是间接地通过“人工智能技术”的方式表现出来)。
基于上述分析，“智能科学与技术”的语义由三部分构成，“关于人类智能的科学”、“关于人工智能的科学”和“应用人工智能的技术”。根据惯常的教育与研究分工，前者是心理科学领域的重点所在，后二者则是信息科学领域的前沿方向。目前国内所开办的“智能科学与技术”专业教育大多属于理工科本科，其侧重所在自然是“人工智能”。
支撑着“智能科学与技术”及其三部分构成的关键概念是“智能”、“科学”与“技术”，对其进行深入剖析有助于推演出“智能科学与技术的知识体系”。
3 关键概念的剖析
3.1 “智”对应于Intelligence
汉语中的“智”是“知”的后起字，而“知”是“出于口者疾如矢也”，意指认识的事物可以脱口而出。“知”添加了“曰”即为“智”，再清楚不过，“智，知而道出也”。智，就是人们日常口语中的“知道”。
英语中的Intelligence源于拉丁语的动词intellegere，意思是to understand。而intellegere是inter(interl与legere(to choose)的合成词，故它所表达的是“在推理基础上的理解”。
可见，汉语的“智”关注知识(识，知也。《说文》)及其共享；英文的Intelligence则强调知识及其可靠来源。有所差异并不妨碍将不同文化系统中的这两个概念对应起来。
3.2 “智”的派生词
尽管语义十分贴切，却不可将Intelligence直接汉译为“智”。在现代汉语中，单字形式的名词一般不用于表达抽象概念，因为单音节的高频率使用在言语交流中难以通畅顺口。通常都是采用双字形式的名词。“智”需要再添加一字。处理的办法无非两类，同义重复或附加意义。前者生成的是“智慧”，后者得到的是“智能”和“智力”。
智慧之“慧”，一方面与“智”同义(知或谓之慧。《方言》)，另一方面又与佛教名词“般若”(Praina)相连，在中国的文化传统中，佛是高深至上的，这样，智慧的真理性就毋庸置疑。作为汉语词汇的“智慧”固定下来之后，除了与英文的Intelligence相对应，还与英文的wisdom(wise“聪明的”+dom“性质或状态”)相一致。更重要的是，wisdom就是希腊语的sophy，由此构成了philosophia(英文philosophy)。“智慧”连接着中国的佛教(与中国哲学相通)和西方的哲学。智慧是哲学层面的。
“智能”和“智力”都是“智的能力”的简称。推敲其中的意味饶是有趣。作为物理学概念的“能”和“力”，二者是一种源流关系，因而在汉语的习惯中，“能”更本质，“力”则外显，暗含着有高下之分。这样，智能有“智能人”、“智能机器”、“智能科学”等，智力则是“智力游戏”、“智力玩具”、“智力商数”等。层次的感觉是明显的。智能和智力是科学层面的。
“智”的派生词最常用的有三个：智慧、智能和智力，它们均可英译为Intelligence，但在汉语中分别属于三个层次，即哲学领域、科学领域(较高层次)和科学领域(较低层次)。
3.3 关键概念的文化比较
将与“智”相关的中文概念和与Intelligence相关的英文概念进行对比，可看出中西方文化的相通与差异，有助于更深刻明晰地理解“智能”的语义。表1是基于英语概念的文化比较。从中可见，“智能”较高于“智力”在西方文化中表现为对现在分词的偏爱。
表2是基于汉语概念的文化比较。英语的Intelligence可以笼统地表示汉语的“智、智慧、智能、智力”。现限定“构建智能科学与技术的知识体系”是一项科学研究(即不考虑“智慧”)，再用“智能”作为“智能”和“智力”的统称，这样，“智能”就成为将要继续讨论的唯一概念。
3.4 智能之“能”
前已阐明，智能就是“智的能力”。这种能力究竟为何，学者们曾有过大量的讨论。其中一种通俗简洁的表述 被包含于后者之中。在人工智能中将二者分开，缘于它们的对象不同，前者针对的是自然界，后者则面向人类已有的知识积累。“推理”是生命体存在的基本前提。所以，关于人工智能的科学只有两个分支：机器感知／发现理论(派生于人的认识论)和机器推理理论(基于人脑推理理论的讨论)。
(4)应用人工智能的技术。第3.6节说明，技术就是应用手段、技能和方法设计与制造人工系统。图4模型所示意要设计与制造的人工系统只有专家系统和机器人。所以，应用人工智能的技术主要有两个：专家系统技术和机器人技术。
(5)基于现状的人工智能科学与人工智能技术的内容调整。前面将“机器感知”和“知识发现”归于科学范畴，其根据就是因为它们均是客观存在。然而，现在的“机器感知”还非常简单，对于诸如表情、语气等稍微复杂的客观现象就无能为力：“知识发现”也主要依赖于基于语法的关键词匹配，而对于如何有效地理解语义特别是语用还差得很远。鉴于如此现状，将“机器感知”和“知识发现”归于技术更合适一些。
(6)智能科学与技术的知识体系。集成上述的观点可得图5所示的知识体系。理论是概念、原理的体系(《辞海》)，本身就是知识体系。技术包括手段、技能和方法，也是知识或知识指导下的操作。所以，智能科学与技术的知识体系由两个理论和四种技术构成。
图5的表示是粗线条的。正是因为它没有将与“智能”有关的科学理论和技术方法全部罗列出来，才有了一个简洁的框架，以便在此基础上进一步细分和添加，最终形成一个系统的图景。
6 “智能科学与技术”专业教育的课程体系
“智能科学与技术”专业教育的使命就是将图5所示的知识体系教授给本科生或研究生。学校教育总是以课程方式进行的。智能科学与技术的知识体系必须转化为课程体系。基于图5所示模型、兼顾目前大学课程设置的现状、特别是参照国内学者的研究成果和国内率先开办智能科学与技术专业的大学的探索性经验，提出“智能科学与技术专业教育的课程体系”的一种方案，见表3。
如表3所示，“智能科学与技术”专业的课程设置对应于智能科学与技术知识体系的主要内容(见图5)，共六门主干课程：
(1)“脑与认知科学”。包括“脑科学”与“认知科学”。
(2)“机器学习”。推理是学习过程中所采用的主要方法，机器学习包含机器推理，在一般意义上可以认为二者同义。目前讲授机器学习的大学课程主要有：“机器学习”、“模式识别”(是实现机器学习的一种方法)、“计算智能”。后者包括“模糊计算”、“神经计算”、“进化计算”，讲授一些具有前沿性的理论与方法。
(3)“机器感知”。包括“机器视觉”模仿人类的视觉、“计算机语音技术”模仿人类的听觉、“自然语言理解”模仿人类对语言与文字的理解。
(4)“知识发现”。包括“信息检索”和“数据挖掘”，前者在数据库中进行关键字匹配、在万维网上进行关键字匹配、在语义网上进行语义匹配以获取所需要的信息，后者将信息组织到数据仓库中以便寻求信息之间的规律性关联即获得知识。
(5)“专家系统”。该课程所讲授的内容包括管理信息系统、专家系统、决策支持系统、多Agent系统。它们是人工智能为人类提供的实用型信息产品。
(6)“机器人”。利用机器来获得身心的解放与扩展是人类的梦想和永远的追求。拟人机器的设计与制造涉及诸多学科，在大学的专业教育中只能讲授一些基础概念。
可以将整个“智能科学与技术的知识体系”看作是一个对知识进行“输入一加工一输出”的结构。由表3可见，与知识输入有关的是“机器感知技术”和“知识发现技术”；与知识加工有关的是“脑科学理论”和“机器推理理论”；与知识输出有关的是“专家系统技术”和“机器人技术”。在智能科学与技术学科中，分工专门研究知识输入、知识加工、知识输出，就构成了其三个主要的研究方向：知识处理、智能理论与方法、智能系统与应用(如表3所示)。
7 结论
(1)智能科学与技术是人类智能科学、人工智能科学和人工智能技术的总称。技术的标志是用于设计与制造人工系统，因而“人类智能技术”并不直接存在。
(2)“智能”是“智的能力”的统称。中文的“智”之本义是“知而道出”，与英文的Intelligence(本义“推理基础上的理解”)尽管侧重不同，仍被认为语义相等。现代汉语不习惯单字形式的概念，“智”便有了三个常用派生名词“智慧”、“智能”和“智力”。前者属于哲学概念：后二者属于科学对象，是“智的能力”的两种不同简称，亦有层次高下之分。在科学领域，“智能”通常涵盖“智能”和“智力”。
(3)智能科学是指，认知智能事实、归纳智能规律、总结智能理论。
(4)智能技术是指，设计与制造人工智能系统的手段、技能和方法。
(5)智能(intelligence)应该是“能智”。即能知、能日、能推理、能理解、能应用。
(6)智能是以知识为主线的三个环节的序贯过程。智能表现为知识在知识获取、知识推理、知识应用三类活动中的定向流动和逐级提升。
(7)智能首先遇到的问题是知识表示。人类智能的知识表示是在文化传承中自然实现的，而人工智能的知识表示则依赖于专门的人为规定。这样，智能的内容就有四个部分：知识表示、知识获取、知识推理、知识应用。
(8)智能最简明最本质的定义是：知识+推理。人类智能的特征是，知识用自然语言表示、推理在人脑中进行；人工智能的特征是，知识用机器语言表示、推理用机器实现。
(9)人类智能的内容主要有五个：感官感知、信息检索、人脑推理、实际问题解决方案、实际问题解决方案的执行。
(10)人工智能是对人类智能的模仿与延伸，其主要内容也相应有五个：机器感知、知识发现、机器推理、专家系统、机器人。
(11)智能科学与技术的知识体系由两个理论和四种技术构成。智能科学与技术的知识体系涉及关于人类智能的科学、关于人工智能的科学、应用人工智能的技术，具体有脑科学理论、机器推理理论、机器感知技术、知识发现技术、专家系统技术、机器人技术。
关键词：机器人教育；发展综述；机器人；内容研究
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1673-8454（2012）12-0014-04
2003年颁布的普通高中新课程标准将“简易机器人制作”列入中小学选修内容，使得我国机器人教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶。近年来，涌现大量机器人教育方面的研究文献，对其进行综述分析有助于了解机器人教育的现状，把握其发展趋势，为机器人教育的研究与发展提供参考。
一、文献来源
在中国知网数据库中以主题 “机器人教育”进行检索，截至2011年12月31号，共得到149条记录，剔除不相关内容后，① 得到94篇样本文章，其中，硕士学位论文24篇，其余为学术论文。通过前期分析，发现学术论文和学位论文各有侧重点，学术论文代表了此领域的最新研究动态，学位论文则从一定深度探讨了机器人教育的相关情况。
二、研究综述与分析
为了解国内机器人教育的研究重心，选取文章内容和文章篇数两个维度，运用Excel分析工具统计，结果见图1。
从研究的目的及内容上看，样本文献主要从以下八方面展开研究：理论探讨、教学模式构建与实践应用、课程与教材的设计开发、技术工具、社会效益、机器人比赛、师资培养以及综述等。
从数量比例上看，上述八类不同侧重点的文献所占比例差别很大，理论探讨、教学模式构建与实践应用、课程与教材的设计开发是本领域研究的重点。
1.发展综述类
综述类文献是了解并把握整体研究动态的有力工具。［1］从图1可以看出，目前有关机器人教育综述类的文献比例较小。舒慧东通过中国知网搜集相关文献，从文献数量、研究内容、学校类型、研究的时间阶段等方面，回顾了国内中小学机器人教育发展的历程，梳理了机器人教育研究的情况，指出机器人教育研究速度在不断加快，并开始注重研究的实用性，中小学机器人的教育逐渐向深层迈进。［2］王吉岱等从教育机器人研制的角度，论述了国内外教育机器人的发展状况。
2.理论探讨类
针对机器人教育的理论探讨方面的文章所占比例最大，占总数的33%。主要探讨了机器人教育的概念及分类、相关理论指导下的机器人教学的模式、方法以及组织策略、机器人教育与学生创新意识、创新能力、科学素养之间的关系等。
概念界定方面的文献主要从机器人教育的概念和特征出发，对其进行分类。其中，彭绍东教授的论述最为详尽，他认为“机器人教育是指学习、利用机器人, 优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。”［3］并指出教学机器人具有教学性、人机友好性、高智能性、自主性、知识丰富性、多功能性、多形态性、专业性和安全性。
相关理论指导下的机器人教育的研究主要集中在STS教育理念、多元智能理论、模块化思想以及合作学习在机器人教育中的应用。以STS教育思想为架构，以中小学机器人教育为例，从教学目标、教学内容、教学策略、教学评价方面对如何在机器人教学中融入STS教育理念进行了探索与设计。［4］而胡卫俊则结合自身实际经历论述了多元智能理论对机器人教育的指导作用。王海芳等根据小学机器人教学特点，从教学目标、教学实施、教学评价三个方面进行了具体分析，指出模块化思想在小学机器人教学中的应用方式。赵加兴等通过归纳合作学习的相关概念及理论，结合机器人教学实际，提出了合作学习应用于机器人教学中的教室布置方案、优质二人组分组方式和“任务轮换—组内互教”合作学习模式。［5］
机器人教育与学生创新意识、创新能力、科学素养之间关系的研究主要探讨开展机器人教育在学生创新意识、创新能力的培养中的作用和可行性。例如，王荣良通过阐述工程思维的含义、本质特性，指出机器人教育培养中小学生开展工程思维培养的可行性和重要性。［6］
3.课程和教材设计开发类
国内机器人教育从《普通高中技术课程(实验)标准》中“通用技术”科目设立的“简易机器人制作”模块才正式开始，起步相对较晚，目前还没有形成自己的课程体系，没有统一的教材和课程标准，大多学校以机器人竞赛为背景或前提，以机器人产品说明书和编程软件为蓝本自编教材。［7］对此，一些学者进行了有针对性的研究，内容主要集中在校本课程建设、立体教材的设计开发、教学活动设计等方面。
4.模式构建与实践应用类
2007年以来机器人教学模式的构建及实践应用开始成为热点问题，此方面的文章大量涌现，关注的是机器人教育在创新人才培养方面的模式、方法、组织策略以及实践应用问题，主要集中在中小学机器人教学方面，少量涉及高职高专机器人教育的探索。
这类研究主要结合机器人教育教学的实践，针对遇到的问题或困惑提出解决策略或在相关理论指导下研究机器人教学模式和方法，并进行实践验证。例如，孙世杰结合机器人教学的实践，指出可以通过组织各种文化活动培养学生的兴趣，以任务驱动的形式开展机器人项目教学，加强机器人校本课程开发和学科整合，培养学生创新精神。齐元沂在“社会建构主义理论”、“群体动力学”、“集体智慧构建”等理论的指导下，结合Lego机器人教学，开发了适合于小学四年级学生学习的机器人教学案例，并与授课教师一起研讨教学方案，共同开展教学活动，探索小学生集体智慧的培养策略。
张存鹰则针对高职院校开展机器人教育的相关问题进行了探讨，在对高职院校开展机器人教学的可行性分析的基础上，提出了高职院校开展机器人教学的若干方案。
[关键词]工业电气自动化;仪器仪表;控制
中图分类号：TM930 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0195-01
我国工业发展的不断深入，在工业生产中对于电气设备的自动化要求越来越高，企业的稳定长远发展已经离不开先进电气自动化仪表和自动化控制技术的支持，对这方面技术应用的熟练掌握是企业的内在要求。
一、工业自动化仪表概述
自动化仪表是操作装备的中心，是使用时保证安全的重要保证，也是其仪器构成成分。随着时代在进步，科技也不断发展，国内的制造行业需要不断的更新原本仅仅使用低成本和获得的市场优势，这是必然现象，也是振兴民族工业的关键所在。现在发展工业显得尤为重要，也得到国家的全力支持，与此同时很多公司也出现了社会认可的仪器，这种现象对于自动化仪器以及体系的形象进行了全面的保障，这就让国内产业的形式以及竞争能力都得到了很大的进步，增加在国际市场的比重，国内的很多公司已经可以向世界尖端企业进行比较。尤其这几年历来，发展特别迅速，国内自行研发了职能化执行构造、流量计和标变送器，这些已经在市场当中广泛的使用。而针对工业自动化仪表，其原理是通过先进的技术手段，不需要人员的现场操作与实际监控，可以将人们需要的数据与信息传递到末端，并在这里对数据与信息进行再次处理。这个阶段的工作原理是依据力矩平衡、电平衡、力平衡等原理通过传感器把现场测试的压力、温度、电流等参数通过变送器进行转换，并且将上述数字进行进一步放大，将放大的数值发送到显示元件，通过元件获得的数据与测试值进行对比，使之达到平衡状态。其是企业安全生产，排除重大隐患的前提。同时也是企业采集科学有效的数据与信息集成的前提。更是企业提高效益与良性循环的前提。相对与过去传统的热工仪表而言，它不需要手工操作，也不需要人在现场进行监督，而是自动地完成其记录、测量、控制等操作任务。并且会把这些信息最终传输到人们需要的数据终端。它不但省时、省力，更提高了记录、检测的准确与时效性。这也是现代化技术中所体现的低能耗、高效益产品。
二、关于工业电气自动化仪器仪表的技术分析
工业电气自动化仪器仪表在当下工业生产领域得到了较为广泛地应用，其在提升生产效率，实现产品质量方面，发挥着越来越重要的作用。在对这一问题进行研究时，我们必须明确工业自动化仪器仪表的相关概念。工业电气自动化仪器仪表，是对计算机技术、电子技术应用的一种高新技术手段，通过相关参数设定，可以更好地实现生产自动化目标。仪器仪表在发展过程中，相关功能得到了极大的丰富，其功能多样化发展模式，是当下仪器仪表发展的一个特点。在工业电气自动化发展过程中，如何提升控制效果，是我国工业化发展必须关注的一个问题。一般来说，工业自动化仪器仪表在应用过程中，涉及的技术手段主要有以下几种：
1、系统集成技术
系统集成技术是工业自动化仪器仪表应用过程中的一项关键技术，注重设计相应的模块通信、系统分析、物理层配置等方面，更好地满足对生产环节的有效监控。同时，系统集成技术更多是侧重于大规模生产而设计的， 它能够更好地提升生产效率，降低生产成本，实现工业化的效益型发展目标。
2、传感技术
传感技术更多应用于系统监控方面， 能够为系统控制提供有效地数据支持。传感技术是实现生产系统监测的重要构成部分，也是实现自动化控制过程中，不可或缺的一部分。
3、 智能技术
智能技术在工业电气自动化仪器仪表领域的应用， 主要表现为智能控制技术。在实际应用过程中， 需要根据实际情况，选择相应的控制工具和设备。在仪器仪表中的应用，能够实现高测控系统效益， 并且更好地使信息技术与工业仪器仪表进行了有效融合。
4、人机界面技术
人机界面技术的发展， 是实现对工业仪器仪表控制的关键内容，在设计过程中，需要为操作人员提供一个较好的人机互动界面。人机界面的设置，是进行系统操控的前提。操作人员通过设置相应的指令，利用通信线路将指令进行传达，实现设备的有效生产目标。同时，在进行人机界面设计过程中，需要考虑到人机界面的可维护性以及可拓展性，这一问题，对于工业自动化仪器仪表技术发展，具有十分重要的意义。
三、对工业电气自动化仪器仪表控制措施的研究
1、 理论体系完善
在工业电气的自动化仪器仪表的作用中，应当特别关心系统的智能化、自动化的实行，这对整个计算机技术的应用都有着关键的影响，在工业生存的过程中，由于计算机技术的推广，可以很顺利的实现工业电气自动化，这需要构建比较完善的理论体系，更加要明确工业电气的发展目标，不仅要完善工业电气的理论体系，更要完善计算机应用的实践，保证设计的相关要求符合设计理论的要求规定，根据实际发展的需要，更好的完善设计理论体系的要求规定，同时注意创新理念的应用，从而完善理论体系开始加强工业化的理论发展，有效的推进理论体系创新。
2、 技术手段应用问题
在工业电气自动化的仪器仪表控制应用中，对于会应用的技术手段主要包括两种，一种是嵌入式的技术手段，一种是网络的技术手段，而对于前者潜入式的技术手段主要应用在工业电气的相应系统中，在相关的系统设计过程中，应当加强相关技术的环节应用，对各个环节的功能有清晰的了解，并充分做好系统功能的量化工作，处理好工程进程中诸多问题的合理、有效解决。另外，在系统功能的另一个方面，应当根据系统的芯片设置问题，做好网络的连接准备，真正发挥系统功能的作用，在嵌入式的系统构成中，应当将计算机的技术应用做好相应的功能准备和寿命计算，从而更大程度上发挥系统功能的作用。对计算机技术的应用，除了嵌入式的技术而言，还有网络技术可以应用，在工业电气仪表仪器自动化的过程中，应当必须考虑如何应用网络技术的问题。该项技术的实施可以有效实现收集信息的传输和接收，并且在应用的过程中，还要注意通信与网络的两方面内容，如果在电气自动化的过程中能更好的利用该技术的话，会更有效的实行对生产系统的控制，从而提高达到提高生产效益的目的。
在我国经济不断发展，人民生活水平不断提升的过程中，应当需要加强对高科技技术的应用，并真正应用到工业技术产品中，从而更好的提升工业企业的经济效益，客观上也有利于提升整体社会的生产力。文章对工业工业电气自动化仪器仪表控制进行研究是侧重于对于这一技术的应用为前提的，这需要大量的技术投入才能实现。
参考文献
[1] 高磊.工业自动化仪表与自动化控制技术探讨[J].科技创新与应用，2015（14）.
关键词：物联网；网络；信息；理论；技术
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 14-0000-01
物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”，顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这包含两层意思：（1）物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；（2）其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。
物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0（即Innovation 2.0，是面向知识社会的下一代创新）是物联网发展的灵魂。
物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。
从中国物联网的市场来看，至2015年，中国物联网整体市场规模将达到7500亿元，年复合增长率超过30.0%。物联网的发展，已经上升到国家战略的高度，必将有大大小小的科技企业受益于国家政策扶持，进入科技产业化的过程中。从行业的角度来看，物联网主要涉及的行业包括电子、软件和通信，通过电子产品标识感知识别相关信息，通过通信设备和服务传导传输信息，最后通过计算机处理存储信息。而这些产业链的任何环节都会开成相应的市场，加总在一起的市场规模就相当大，可以说，物联网产业链的细化将带来市场进一步细分，造就一个庞大的物联网产业市场。所以，想要更好地应用物联网就需要抓好基础理论和关键技术的研究。
一、物联网的基础理论体系研究
物的属性决定了物联网的特性。感知性、智能性、自组织性对于物联网的拓扑结构和网络测量、网络控制影响较大；生态系统特性对物联网的类型、规模和演化方式影响较大；生命周期特性对物联网的健壮性、安全性与可用性影响较大。
物联网是联系自然界和人类社会的复杂网络，普遍存在小世界现象、无标度特性、健壮性、安全性、动态随机性、统计分布性和进化稳定性。有关复杂网络的综述和研究在2005年后不断涌现。研究内容主要包括非线性动态复杂网络系统（物理系统、互联网和相关社会网络）、网络科学理论框架、复杂性与普适性、动力学同步与控制方法等。物联网具有广泛的学科交叉性，研究其规律必然涉及众多学科的背景知识和基础理论。物联网的自反馈特性、“3C”技术特性可以利用现代控制论、现代通信理论、云计算理论进行研究；其复杂网络特性和复合生态系统特性可以利用网络科学、数学物理、系统工程、复合生态系统等理论进行研究。
二、物联网的关键技术研究
物联网涉及的新技术很多.其中的关键技术主要有RFID标签技术、传感器技术、网络通信技术和嵌入式系统技术等。
（一）RFID标签技术。RFID标签技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。
完整的RFID系统由电子标签、读写器和数据处理系统组成。当读写器扫描贴有电子标签的物体时，标签被读写器激活通过无线电波将标签中携带的数据传送到读写器再由读写器传送到数据处理系统，完成数据的自动采集工作。数据处理系统根据需求做出相应的数据控制和处理工作。
（二）传感器技术。传感器技术是计算机应用中的关键技术。众所周知，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。作为摄取信息的关键器件，传感器是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集手段。
如果把计算机看作处理和识别信息的大脑，把通信系统看做是传递信息的“神经”系统的话，则传感器就是感觉器官。所渭传感器，是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能。并使之按照一定规律转换成与之对应的输出信号的元器件或装置。离开了传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现
（三）网络通讯技术。传感器的网络技术分为两类：近距离通信技术和广域网络通信技术。在广域网路通信方面。互联网、2G/3G移动通信、卫星通信技术等实现了信息的远程传输，特别是以IPv6为核心的下一代互联网的发展，将为每个传感器分配IP地址创造可能，也为物联网的发展创造了良好的网络基础条件。
通信网络技术为物联刚数据提供传送通道，如何在现有网络上进行增强，适应物联网业务的需求（低数据率、低移动性等），是该技术研究的重点。物联网的发展离不开通信网络，更宽、更快、更优的下一代宽带网络将为物联网发展提供更有力的支撑，也将为物联网应用带来更多的可能。
（四）嵌入式系统技术。嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见；小到人们身边的MP3，大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。
在信息社会的信息基础之下，物联网为我们国家的信息传播拓展了新的疆界，物联网代表着人们生活方式的转变。根据物联网的内涵可知，要真正实现物联网需要感知、传输、控制及智能等多项技术。物联网的研究将带动整个产业链或者推动产业链的共同发展。RFID标签技术、网络通信技术、传感器技术与嵌入式系统技术的研究与应用，将直接影响物联网的发展与应用，只有综合研究解决了这些关键技术问题，物联网才能得到快速推广，造福于人类社会，实现智慧地球的美好愿望。
参考文献：
[1]王瑞刚.物联网主要特征与基础理论研究[J].计算机科学，2012，S1.
[2]李旭港.物联网的关键技术与应用前景[J].魅力中国，2010，27.
本文通过对智能控制的发展轨迹和特点进行简单的介绍，对智能控制的技术方法进行了分析，对比了智能控制和传统控制的优缺点，对智能控制在机器人领域的应用进行了分析和探究+提出了智能控制的未来发展方向应该是由多种智能控制模式组成以及把智能控制模式和传统控制相结合的思维方法。
关键词：
智能控制；机器人；应用
1.控制的概述
从20世纪初到今天，控制理论已经由以传递函数为理论基础的传统模式发展到了以状态空间理论为依据的现代模式。到了今天，控制理论经历了由人工智能向自动控制的转变过程，从而形成了智能控制的相关理论。
2.智能控制的发展轨迹和特点
智能控制的理论思想最早被提出时是由人工智能思想和自动控制交叉的思想相融合而得出的一种思想理论，并且把智能控制的系统分为人工控制器为核心的智能控制、人工和机器同时作为核心的智能控制系统、纯机器控制作为核心的智能控制系统。智能控制的理论基础是运筹学的相关理论、人工智能的相关理论以及自动控制理论相结合的一种控制理论学说；智能控制系统是由传统控制理论进化而来，主要利用自主智能机来达到预设目标，从而实现无人操作的目的。智能控制的整套系统结构具有开放式、分级式以及分布式的特点，处理综合信息的能力非常强大。但是智能控制的终极目标却不是高级自动控制，而是优化系统的各个方面。智能控制的服务对象主要是一些非线性和不确定性的研究对象，这种研究对象是主要研究线性结构的传统控制理论无法操作的内容。智能控制在对数学模型的描述以及对符号和相关环境的识别等方面都十分擅长。
3.智能控制的技术方法
智能控制的主要技术方法有神经网络智能控制、模糊网络智能控制以及分层递阶智能控制等。在日常实际操作中，进行智能控制应用时常用的方法是把几种智能控制模式融合在一起来使用。比较典型的智能控制方法有以下几个。（1）模糊智能控制方法。模糊智能控制方法主要是把知识库和模糊模式推理机以及输出量清晰化的模块等进行组合，模糊智能控制的具体方式是，由模糊量的互相转化以及推理，最后得出具体的参数来执行。[1]（2）专家智能控制方法。专家智能控制方法就是把智能控制与传统控制理论相融合的一种典型的智能控制方法。这种方法就是以专家智能控制的理论基础作为依据，对控制方法进行优化。
4.智能控制在机器人领域的应用
机器人领域是智能控制的主要应用研究方向之一，随着科技的迅速发展，机器人领域的科学技术越来越全面。比如，还处于发展阶段的人工智能相关技术以及传感器的相关技术都被应用到了机器人领域当中。我们从动力学的角度上来看，机器人的相关技术特点是非线性的，随时发生变化的，在机器人的控制技术上所追求的是多样的任务，这恰恰就是智能控制的相关优势，所以说智能控制技术是机器人研究领域一个十分关键的组成部分。
（1）机器人的行动控制。有一种由四条连杆和从动滚轮组成腿部的机器人，这种机器人的移动依靠后补两条滚轮来实现，移动方向由滚轮的滚动角度来决定。如果要预设这种机器人的移动路线，面对这种非线性系统组成的机器人，一般的控制器是无法实现对其控制的，此时就要使用智能控制理论中的模糊神经网络自适应控制方法。这种控制模式可以减少机器人的系统误差，并且可以有效地对机器人的移动路线进行控制。[2]
（2）机器人的行动计划。如果在一个十字路口同时进行多个机器人的行动控制，就会涉及机器人的回避和协调问题，在解决这个问题的方法上，智能控制理论为机器人提供了集中式路线设计和分布式行动特点设计等方法。即首先设定每个机器人在不遇到障碍的基础上可以按照预先设计的路径到达设计目的地；其次通过在机器人内部设定一整套规则，采用分布式行动特点设计的方式来让机器人在行动的过程中在可能发生冲突的区域进行避让，从而达到避免机器人碰撞的目的。这个实验结论可以证明智能控制可以完美解决多数机器人一起进行行动时的协调和碰撞问题。
智能控制在现阶段的很多方面都不是特别成熟，在具体方法的应用上局限性也很大，如果把多种智能控制的方法结合在一起，也许是解决这些问题的关键途径。
参考文献：
[1]王印束，程秀生，冯巍，等.湿式双离合器式自动变速器起步智能控制[J].江苏大学学报（自然科学版），2011，32（6）：658-662.
关键词 应用型本科；工业机器人；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）21-0093-03
1 引言
近年来，由于现代技术的发展、产业结构的调整和产业能级的提升，劳动力市场对技术型人才的需求不断旺盛。为了适应社会新的需求，实现与传统本科院校的错位竞争，很多新升本科院校将学校定位于培养适应社会需要的高层次应用型人才，实施“技术应用型本科教育”[1-2]。上海电机学院提出“培养本科层次技术应用型人才”的人才培养定位，并确立了“技术立校，应用为本”的办学指导方针[3]。
工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是计算机、自动控制、传感器、先进制造等领域技术集成的典型代表。这一技术在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用[4-5]。社会对掌握机器人技术的人才需求旺盛。作为技术应用型院校，为努力培养适合市场需要的技术应用型人才，上海电机学院开设了“工业机器人”这门课程。机器人是机械类专业学生的一门专业课，课程的开设与学院培养应用型人才的目标是一致的。本文对工业机器人课程教学现状进行分析，指出目前教学中存在的问题，提出相应的改进措施。
2 课程性质与特点
“工业机器人”安排在本科的第七学期，是唯一一门系统介绍某一设备的课程，主要内容与学时分布如表1（包括4学时实验）所示。根据应用型本科的办学理念，课程内容侧重实践和应用，注重理论和应用技术紧密结合。通过本课程的学习，要求学生理解掌握机器人的基本概念和基础理论，掌握典型工业机器人的机械结构、运动分析，理解动力学原理和机器人控制技术并能进行简单的机器人编程。培养独立思考和分析问题的能力，使得学生能够在较短的时间内掌握生产现场最需要的工业机器人的实际应用技术，为今后从事工业机器人使用和相关研究工作打好基础。
3 教学过程中存在的问题
3.1 课程内容综合性强，各章节知识点较独立
本课程主要讲述工业机器人的基本组成、机械结构、运动学、环境感觉技术、控制系统、机器人编程等，包括机械学、自动控制、传感技术、计算机等相关内容。学习这门课程需要较多知识储备以及一定的数学基础，学习时需要将各种知识综合运用。学生普遍感到学习内容广、涉及知识面宽、综合性强，严重影响了学习的积极性。另外，机器人课程各章节之间内容相对比较独立，由结构到运动学，由运动学到控制，没有一个贯穿的主线，使得学生在学习过程中容易分不清前因后果。
3.2 重讲授，学生独立思考少
授课过程中以教师讲授为主要方式。传统填鸭式教学方式在采用现代多媒体教学手段时显得更加不合理。采用幻灯片授课，虽然能让教师从繁重的书写任务中解放出来，提高教学效率，但是一掠而过不留痕迹的做法让学生根本无暇进行独立思考，有时一堂课下来学生对授课内容都没有印象，致使授课效果变差。
3.3 重理论轻实践
本课程对学生的动手能力要求较高，然而目前的课程设置中比较侧重理论部分，实践环节相对薄弱。在总课时32学时中，实验只占4学时，这对掌握机器人应用技术来说是远远不够的。且均为验证性实验，不能激发学生的学习积极性，没有真正提高学生的实践动手能力。
4 改革措施与实践
针对目前教学中存在的问题，根据上海电机学院的办学方针，结合课程本身特点和现实情况，总结课题组多年教学经验，提出改革措施，并在课程教学中进行一系列尝试。
4.1 合理安排教学内容，由浅入深逐步递进
针对课程内容综合性强，各章节知识点较独立的问题，教师在教学过程中要合理安排课程内容，找到贯穿各章节的主线，理清各知识点的前因后果。先从机械专业学生比较熟悉的机械结构入手，通过对机器人三大组成部分（机械部分、控制部分、传感部分）之间关系的讲解，进入机器人的控制系统和环境感觉技术的学习。机器人运动学的部分理论性较强，学习起来相对吃力。遵循由浅入深、逐步递进的原则，先介绍齐次坐标和位姿描述等基本概念，在对机器人的位姿分析的基础上，引入机器人运动学方程建立的方法和步骤，既要使学生掌握关键知识，又不过多纠缠于繁琐的公式推导。最后讲解机器人编程，使学生对机器人控制的认识提高到实际操作的层面上来。
另外，在讲每个章节时，适当引入相关知识的前沿进展、最新的成就成果，既扩大了学生的知识面，又提高了学习兴趣。
4.2 采用案例教学，改进教学方式
1）丰富实例激发兴趣。在进行新的知识点讲解前，通过图片、视频等多媒体技术，将收集的教学案例展现在学生面前。以实验室现有的FANUC机器人为一基础案例，并将该案例贯穿到整个教学过程中，把机器人各章节内容有机地联系起来，如图1所示。在讲解案例过程中指出相关知识在该机器人上的应用并提出问题，目的是引导学生将课堂理论与应用实际有机结合在一起。由于这个实际案例就在学生身边，拉近了理论知识与学生的距离，能够激发学生积极思考，增加学习兴趣，同时又能提高学生解决实际问题的综合能力，授课中取得了较好的效果。
2）注重课堂互动。在课堂教学中，一改传统填鸭式教学，采用启发式、引导式教学，鼓励学生进行讨论。例如，机器人机械结构部分内容相对枯燥乏味，教师在讲解时将各部分结构设计的要点以及常用的运动形式指出；然后让学生利用机械原理及机械设计中学过的知识，设想和讨论可以实现相应运动的机构有哪些，可以采用什么样的驱动方式；最后鼓励学生自己做一套完整的机器人机械结构方案，由教师对相应方案做出评估。
在机器人应用现状和未来前景等较活跃的领域开设课堂互动内容，鼓励学生从最新的科技文献、新闻甚至与相关专家的交流中去了解获得，搜集整理第一手资料。这不仅提高了学生的学习兴趣和主动性，也活跃了学生的专业思路。
3）增加现场教学环节。机器人中有些内容和概念比较抽象，比如机器人的自由度、精度、坐标系和机构简图等，学生理解起来会有困难。采用现场教学法，先由教师提出思考题，让学生通过对实际机器人的观察进行思考。然后教师结合机器人的运动对每个概念进行讲解，最后集体讨论。
坐标系在机器人学习和使用中是一个很重要的概念。常用的有全局参考坐标系、关节参考坐标系和工具坐标系。机器人可以相对于不同的坐标系运动，在每一个坐标系中的运动都不相同，学生很容易产生混淆。利用现场教学法，讲到每一个坐标系时，可以操作机器人让其在相应坐标系下运动。设定同样的参数，最终到达的位置不同，形象直观地展示出不同坐标系下的运动。
现场教学法给学生提供了充分的想象和思考空间，加深了对相应知识点的理解，效果比较显著。
4.3 改革实验教学内容，注重理论联系实际
课题组结合实验室现有条件，在机器人认知和机器人编程两个实验的基础上，自主开发FANUC机器人故障诊断实验。实验时，教师预先设置机器人常见故障，要求学生对工业机器人运行过程中故障进行诊断，能根据系统报错代码判断故障含义及原因，并通过实验排除故障。故障排除后，能重新校准初始位置，并在新坐标系内实现系统正常运行。该实验具有一定的综合性，能够锻炼学生灵活运用所学知识分析问题、解决问题的能力。
虽然在实验过程中，不免会碰到各种各样的问题，有时可能会找不到原因，但学生学习兴致很高，小组里每一名学生都会积极查找故障原因。学生反映这个实验虽然难度较高，但能让他们体会到用自己掌握的知识解决实际问题的成就感，提高了学习的积极性。
4.4 注重师资培训，及时更新教学内容
工业机器人涉及许多专业领域，对任课教师知识的广度和深度有较高的要求，同时还要保持知识技能的不断更新。上海电机学院采取鼓励青年教师攻读博士学位、派遣教师到企业挂职锻炼、青年教师“导师制”等措施，加强师资队伍建设，形成一支具有一定科研能力的教师队伍。
5 结束语
本文结合学校实际情况，探讨应用型本科“工业机器人”课程教学中存在的问题和相应改革措施。课题组将其应用于平时教学中，授课效果有了一定的增强。但教学改革是一个长期积累的过程，需要教师不断探索，并在实践中继续改进和完善。
参考文献
[1]夏建国.技术应用型本科院校办学定位思考[J].高等工程教育研究，2006（6）：80-83.
[2]王洪，高林，杨冰.应用型大学是高等教育大众化的必然结果[J].教育与职业，2006（12）：5-7.
[3]夏建国.技术本科创新型人才培养：定位、特征与思路[J].中国高教研究，2011（7）：67-68.
【关键词】机电 实训内容 实训过程 实训耗材管理
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2012）19－0006－02
应用型本科教育与研究型本科教育相比，最大的特点是培养实践动手能力强的应用工程型人才。而应用工程型人才的培养，必须以就业岗位所需能力为基础构建一套科学合理的实训体系。通过对我系以往毕业生工作情况的调查，大部分同学认为我系机电专业实训环节基本足够，但是实训内容较为分散，仅仅注重了与课本理论知识结合，却缺乏系统性、整体性，学生就业后很难适应工作岗位对技术的全面整体性要求。为培养企业所需人才，达到应用型本科教育的培养目标，必须对实训进行改革。改革原则是以理论课程为基础，以项目为导向，建立系统的实训体系。
一 实训内容安排
机电专业从大一到大四总共八个学期，其中，最后一学期为毕业设计，前七个学期每学期都安排1～3周的实训环节。整个大学四年的实训内容安排应以某个项目为主线，上下衔接，形成一个系统，如功能型机器人的设计和制作。同时要符合本学期专业基础课和专业课的理论要求。具体的每学期实训名称、实训周数安排详见下表所示。
第一学期，新生刚刚入校，主要学习工程制图这一门基础课。对机电专业学生来说，对机械制图的学习要求不亚于机械专业的学生。开展为期1周的机械制图实训，通过徒手
绘制机器人平台和各基础部件，让学生掌握工程制图的绘制方法和标准等。大一第二学期，学生已经学习了AutoCAD、电子线路CAD等机械、电路绘图课程，因此在本学期开设机电产品认知实训，为期3周。此实训的主要内容有：计算机绘制机器人模型、参观工厂企业，邀请企业工程师开展讲座，识别电子、电气元件，学习焊接、绑线，制作简易小电路板等。本实训的主要目的是让学生真正开始进入机电实践环节中，从最基本的基本功学起、练起，给学生建立一个机电专业的感性认识。第三学期，学生已经学习了电工技术、电子技术等电路基础课程。此学期实训称为电子技术实训，实训内容主要围绕机器人的基本电路展开，如机器人寻线电路、避障电路、电机驱动电路、电源电路、音频电路等。这些电路板的设计和制作是机器人最基本的电路。同时本学期还有一个金工实习，打破传统的锤头、钢球等的实训内容，根据功能型机器人改为机器人底盘、手臂、车轮、手、轴承等的加工。第四学期学生学习了机械原理、液压与气压传动、三维绘图等课程，由此开设机械设计实训，让学生自主设计机器人模型，机器人可以采用不同的驱动方式，完成机器人二维图纸绘制和三维动画演示，该实训为期2周。第五学期开设检测与控制实训，把本学期所学的单片机原理与接口技术、传感器检测技术、机电传动与控制三门理论课综合起来。学生可以根据能力大小自行完成机器人核心电路板的设计和制作，并为机器人增加功能模块，如机器人寻迹、机器人颜色识别、机器人语音等。第六学期的电气控制系统实训主要针对本学期的PLC电气控制技术展开，让学生在机器人上增加气动驱动方式、用PLC控制完成机器人夹持物品、机器人物料运输等功能。第七学期安排机电一体化系统综合实训，需要把三年来学的专业知识综合起来。学生把以前做的功能型机器人进一步完善和强大，然后根据老师拟定的机器人比赛规则组织机电专业学生举行一场机器人对抗赛。总之，把大学四年来学的所有知识综合应用起来，为第八学期的毕业设计做好铺垫。
二 实训过程管理
严格的实训过程管理对实训质量起着一个监督、保障的作用。可根据实训内容、性质对实训环节分散或集中进行。如：机电产品认知实训中的讲座、企业参观等就可分散进行，充分利用学生的课余时间举行。为保证良好的实践动手效果，其他实训建议停课在实验室集中进行。实训过程包括以下环节：实训开题动员、实训专题技术讲解、学生集中设计和制作、实训验收答辩、实训论文提交等。在实训动员时具体告诉学生详细的实训时间安排、实训内容、实训检查、实训考核方式等，让学生完全进入实训状态。根据题目难易程度和学生能力可把实训专题讲解放在实训初或实训中。如电子技术实训是学生接触的第一个专业基础实训，那么最好在实训初给学生具体讲解一下每个题目的大致思路和实训报告的撰写方法。机械设计实训和检测与控制实训可让学生拿到题目后首先自行设计，在学生设计过程中发现问题后再针对问题进行讲解。实训过程中相应地安排指导老师在实验室值班，负责学生考勤、答疑、指导和实验室管理等工作。在此期间，学生按班次、时间段到实验室分批设计和制作。一般，实训最后几天为实训验收或答辩时间。排好时间段，几位指导老师共同验收，根据学生做的实物进行提问。最后，学生提交实训报告。实训报告撰写方法原则上同毕业设计论文写法、格式相近。这也是为学生毕业设计的论文撰写奠定基础。
三 实训耗材的可持续利用
对机电类专业来讲，由于学生必须制作实物，因此实验耗材开支较大。如果每次实训都购买耗材，这将是极大的浪费。系统性的实训内容安排已为循环利用实验耗材做好保障。每一学期的实训作品都是下一学期实训的地基，犹如必须一步步做好底层才可以最后建造出金字塔来。如何在保证作品质量的前提下，合理、可持续利用实验耗材是实训管理中较难解决的问题。例如，从实训性质来说，电子技术实训和检测与控制实训主要让学生做电路板来实现一定的功能，这两个实训的主要成品都是电路板。可以在这两门实训结束后，由实训负责老师把电路板收集起来统一放在大纸箱里集中保管。机电产品认知实训部分内容，如电子元件识别、电路板焊接就可以使用这些保存的电路板让低年级学生练习，大大节省电子元器件的开支。机电产品认知实训购买的电气元件可以继续为电气控制系统实训服务。当然，实训中常用的各种电子、电气元器件可以由实验室早期统一购买，实训时到实验室领取并做好登记。不常用的，或有些特殊的，由学生提出申请，指导老师同意后方可购买。由于大学四年的实训内容是系统性的，如果严格做好实训耗材的进出管理，妥善保管好每一次实训作品，都可重复、循环使用实验耗材，为节约实训耗材成本提供保障。
四 结论
本文提出的机电实训体系构建是根据我系对毕业生就业情况调查和理论课程设置总结出来的。实训体系的合理构建为工程应用型人才培养奠定基础，满足社会对高技术人才的需要。我们将在今后的实践教学中根据各方反馈的信息加以调整和完善此实训体系。
参考文献
关键词：焊接机器人 机器人 管道焊接
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：
1.国内外工业机器人的发展
机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段，它在提升企业技术水平、稳定产品质量、提高生产效率、实现文明生产等方面具有重大作用。大工业革命曾使人沦落为机器的奴隶，而机器人的诞生和广泛推广应用又重新使人类恢复了尊严。目前机器人技术已成为世界各发达国家竞相发展的高技术，其发展水平已成为衡量一个国家技术发展程度的重要标志之一。
美国是最早出现工业机器人的国家,1954年美国的G.C.戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文,第一次提出“工业机器人”和“示教再现”的概念。1959年美国Unimation公司推出第一台工业机器人。1967年日本从美国引进Unimate和Ver satran等类型的工业机器人以后，结合国情,面向中小企业,采取一系列鼓励使用工业机器人的措施,率先在汽车制造业的喷涂、焊接、装配等重要工序中得到应用。并以此为契机,向其它产业渗透。
在我国，人工焊接仍然占据焊接作业的主导地位，人工施焊时焊接工人经常会受到心理、生理条件变化以及周围环境的干扰。在恶劣的焊接条件下，操作工人容易疲劳，难以较长时间保持焊接工作稳定性和一致性，而焊接机器人则工作状态稳定，不会疲劳。因而，选择应用焊接机器人对产品进行焊接可以实现用稳定一致的工艺条件确保产品焊接强度和满足产品各项性能指标的要求，同时满足焊缝成型良好的产品外观质量要求。随着国外及国内对工业机器人在焊接方面的研究应用,我国也开始了焊接机器人的研究应用。在引进国外技术的基础上,中国于20世纪70年代末开始研究焊接机器人。1985年哈尔滨工业大学研制成功我国第一台HY-1型焊接机器人。1989年北京机床研究所和华南理工大学联合为天津自行车二厂研制出了焊接自行车前三脚架的TJR-G1型弧焊机器人,为“二汽”研制出用于焊接东风牌汽车系列驾驶室及车身的点焊机器人。上海交通大学研制的“上海1号”、“上海2号”示教型机器人也都具有弧焊和点焊的功能[3]。20世纪节式机器人。1999年北京机械工业自动化研究所机器人中心研制的AW-600型弧焊机器人工作站,采用PC工控机控制和PMAC可编程多轴控制系统,于1999年4月通过了国家机械工业局的鉴定。1999年7月15日,国家863计划智能机器人主题专家验收通过了由“一汽”集团、哈尔滨工业大学和沈阳自动化研究所联合开发的H-100A型点焊机器人。由此可见,我们国内的焊接机器人已开始走向实用化阶段。
2. 焊接机器人技术及现状
焊接机器人的应用，不但改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高升产效率，更主要原因是焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性，这对于保证批量生产的产品焊接质量至关重要。
通常情况下，焊接机器人系统由焊接机器人、机器人焊机、变位机以及回转工作台等周边装置、焊接夹具、安全装置等组成。焊接机器人的工作对象几乎和手工焊接一样广泛，可以焊接低碳钢、不锈钢、铝材、铜材等。焊接材料的厚度可以从零点几毫米到几毫米、十几毫米、直至几十毫米。并且能够灵活调整焊枪姿态，实现对工件的最佳焊接。
随着机器人控制技术的发展和焊接机器人应用范围的扩大，尤其为适应现代产品更新换代快和多品种小批量的需要，要求焊接机器人和变位机，弧焊电源等周边设备实现柔性化集成。这有助于减少辅助时间，是提高生产效率的关键之一。例如，在球形或椭圆形工件的径向焊缝或复杂形状工件的周边的卷边接头等状态下焊接时，为了使整条焊缝在焊接时都能使焊池水平或稍微下坡状态，焊接时变位机必须不断地变换工件位置和姿态。即变位机在焊接过程中不是静止不动的，而是要做相应的协调的运动。弧焊电源和工装夹具等也要在机器人统一控制下作相应的协调运动，才能保证整个系统的高效率，高质量的工作。
3. 焊接机器人的发展及前景
随着我国国民经济的发展和工业自动化水平的不断提高，特别是加入WTO,许多生产企业为提高产品质量和生产效率，争取尽快和国际市场接轨，在市场竞争中争取主动权，对在生产中采用机器人的要求越来越强烈，对应用机器人的呼声也越来越高，为焊接机器人市场的快速增长提供了一个良好的机会。机器人的需求量在逐年增加，中国近几年机器人市场将会一个大的跨越。
种种迹象表明，今后几年中国的焊接机器人市场将是技术不断提高，市场迅速扩大，应用工程项目市场竞争激烈的局面。预计今后的几年内，国内企业对点焊、弧焊机器人的需求量将以 30% 以上的速度增长。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人不断向智能化方向发展，机器人的感觉功能将实现多传感器信息的融合，控制系统从示教、离线编程向模糊控制发展，实现生产系统中机器人的群体协调和集成控制，从而达到更高的可靠性和安全性。从应用技术市场角度分析，性能和价格以及技术服务的质量将仍然是决定用户做出正确选择的主要因素。随着国内机器人公司自主品牌的性能价格比进一步提高，短期内将可以达到与国外产品抗衡的能力。从机器人应用范围来看，焊接机器人的应用在传统制造业领域的需求持续增长同时不断向其它行业扩散。国内外众多机器人厂家激烈竞争的结果将促进我国工业制造技术自动化水平的不断提高，应用焊接机器人的企业在高技术、高质量、低成本条件下获得高速发展。
4 .焊接机器人在生产中应用的主要经验和问题
弧焊机器人在实际生产中的应用及产业化仍有如下的关键问题等待进一步研究解决:
(1)弧焊机器人系统的柔性化集成及优化，减少辅助时间，提高生产效率;
(2)新型机器人用弧焊逆变电源结构和性能的优化及电流波形控制，使熔滴实现最佳过渡，减少飞溅;
(3)弧焊过程实用传感技术，快速准确地提取弧焊过程的特征信息，实现焊缝自动跟踪;
(4)实用化的弧焊动态过程和焊接质量的实时智能控制技术;
(5)弧焊机器人工程应用和产业化中的技术成果转化。
5 .结论
工业机器人技术的研究、发展与应用,有力地推动了世界工业技术的进步。特别是焊接机器人在高质高效的焊接生产中,发挥了极其重要的作用。我国焊接机器人技术的研究应用虽然较晚,但借鉴于国外的成熟技术,得到了迅速的发展。近年来,我国在焊缝跟踪、智能控制、信息传感、周边设备及机器人专用电源等方面进行了大量的研究与应用,取得了许多优秀的成果。随着智能机器人技术和人工智能理论的进一步发展,焊接机器人系统还有许多值得我们认真研究的问题,特别是多智能体系统、基于PC的控制器和模糊神经网络等方面将是研究的热点问题。
参考文献
关键词：变频器，控制技术，应用
电力电子技术诞生至今已近50年,他对人类的文明起了巨大的作用.近10年来,随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,电气传动技术面临着一场历史革命,即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。交流电机变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其有益的
调速和起制动性能、高效率、高功率因数的节电效果、适用范围广等优点,而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
1.变频调速技术的现状
电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置三部分组成。电气传动可分为调速和不调速两大类,调速又分为交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电。但是,随着电力电子技术的发展,原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能,改善产品质量,提高产量。以我国为例,60%的发电量是通过电动机消耗的。因此,调速传动有着巨大的节能潜力,变频调速是交流调速的基础和主干内容,变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。近年来。变频调速技术已成为交流调速中最活跃、发展最快的技术。
1.1国外现状
采用变频的方法,实现对电机转速的控制,大约已有40年的历史,但变频调速技术的高速发展,则是近十年的事情,主要是由下面几个因素决定:
1.1.1市场有大量需求
随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺,变频器越来越广泛地应用在冶金、机械、石油、化工、纺织、造纸、食品等各个行业以及风机、水泵等节能场合,并取得了显著的经济效益。
1.1.2功率器件发展迅速
变频调速技术是建立在电力电子技术基础之上的。近年来高电压、大电流的SCR,GTO,IGBT,IG-GT以及智能模块IPM(Intelligent Power Module)等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用,使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。在大功率交―交变频(循环交流器)调速技术方面,法国阿尔斯通已能提供单机容量达30000kW的电器传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面,意大利ABB公司提供了单机容量为60000kW的设备用于抽水蓄能电站;在中功率变频调速技术方面,德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10-2600kVA和Simovert PGTOPWM变频调速设备单机容量为100-900kVA,其控制系统已实现全数字化,用于电机风车,风机,水泵传动;在小功率变频调速技术方面,日本富士BJT变频器最大单机容量可达700kVA,IGBT变频器已形成系列产品,其控制系统也已实现全数字化。
IPM投入应用比IGBT约晚二年,由于IPM包含了1GBT芯片及的驱动和保护电路,有的甚至还把光耦也集成于一体,是一种更为适用的集成型功率器件。目前,在模块额定电流10-600A范围内,通用变频器均有采用IPM的趋向。IPM除了在工业变频器中被大量采用之外,经济型的IPM在近年内也开始在一些民用品,如家用空调变频器,冰箱变频器,洗衣机变频器中得到应用。IPM也在向更高的水平发展,日本三菱电机最近开发的专用智能模块ASIPM将不需要外接光耦,通过内部自举电路可单电源供电,并采用了低电感的封装技术,在实现系统小型化、专用化、高性能、低成本方面又推近了一步。
1.1.3控制理论和微电子技术的支持
在现代自动化控制领域中,以现代控制论为基础,融入模糊控制、专家控制、神经控制等新的控制理论,为高性能变频调速提供了理论基础;16位、32位高速微处理器以及信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展,则为实现变频调速的高精度、多功能提供了硬件手段。
1.2国内现状
从整体上看我国电气传动系统制造技术水平较国际先进水平差距10-15年。在大功率交-交,无换向器电动机等变频技术方面,国内只有少数科研单位有能力制造,但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组启动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷扬机方面有很大需求。在中小频率技术方面,国内学者做了大量变频理论的基础研究。早在80年代,已成功引入矢量控制的理论,针对交流电机具有多变量、强耦合、非线性的特点,采用了线性解耦和非线性解耦的方法,探讨交流电机变频调速的控制策略。进入90年代,随着高性能单片机和数字信号处理的使用,国内学者紧跟国外最新控制策略,针对交流电机感应特点,采用高次谐波注入SPWM和空间磁通矢量PWM等方法,控制算法采用模糊控制,神经网络理论对感应电机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测,在实现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了有益的基础研究。在新型电力电子器件应用方面,由于GTR,GTO,IGBT,IPM等全控制器件的使用,使得中小功率的变流主电路大大简化,大功率SCR,GTO,IG-BT,IGCT等器件的并联、串联技术应用,使高电压、大电流变频器产品的生产及应用成为现实。在控制器件方面,实现了从16位单片机到32位DSP的应用。国内学者一直致力于变频调速新型控制策略的研究,但由于半导体功率器件和DSP等器件依赖进口,使得变频器的制造成本较高,无法形成产业化,与国外的知名品牌相抗衡。国内几乎所有的产品都是普通的V/f控制,仅有少量的样机采用矢量控制,品种与质量还不能满足市场需要,每年需大量进口高性能的变频器。
因此,国内交流变频调速技术产业状况表现如下:(1)变频器控制策略的基础研究与国外差距不大。(2)变频器的整机技术落后,国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力,但由于力量分散,并没形成一定的技术和生产规模。(3)变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。(4)相关配套产业及行业落后。(5)产销量少,可靠性及工艺水平不高。
2.变频调速技术未来发展的方向
变频调速技术主要向着两个方向发展:一是实现高功率因数、高效率、无谐波干扰,研制具有良好电磁兼容性能的“绿色电器”;二是向变频器应用的深度和广度发展。随着变流器应用领域深度和广度的不断开拓,变频调速技术将越来越清楚地展示它在一个国家国民经济中的重要性。可以预料,现代控制理论和人工智能技术在变频调速技术的应用和推广,将赋予它更强的生命力和更高的技术含量。其发展方向具有如下几项:(1)实现高水平的控制;(2)开发清洁电能的变流器;(3)缩小装置的尺寸;(4)高速度的数字控制;(5)模拟与计算机辅助设计(CAD)技术。。
3变频调速技术的应用
纵观我国变频调速技术的应用,总的说来走的是一个由试验到实用,由零星到大范围,由辅助系统到生产装置,由单纯考虑节能到全面改善工艺水平,由手动控制到自动控制,由低压中小容量到高压大容量,一句话,由低级到高级的过程。。我国是一个能耗大国,60%的发电量被电动机消耗掉,据有关资料统计,我国大约有风机、水泵、空气压缩机4200万台,装机容量约1.1亿万千瓦,然而实际工作效率只有40%-60%,损耗电能占总发电量的40%,已有经验表明,应用变频调速技术,节电率一般可达10%-30%,有的甚至高达40%,节能潜力巨大。
有关资料表明,我国火力发电厂有八种泵与风机配套电动机的总容量为12829MW,年总用电量为450。2亿千瓦小时。还有总容量约为3913MW的泵与风机需要进行节能改造,完成改造后,估计年节电量可达25。。69亿千瓦小时;冶金企业也是我国的能耗大户,单位产品能耗高出日本3倍,法国4。9倍,印度1。9倍,冶金企业使用的风机泵类非常多,实施变频改造,不仅可以大幅度节约电能,还可改善产品质量。
参考文献
[1]何庆华,陈道兵. 变频器常见故障的处理及日常维护[J]. 变频器世界, 2009, (04) .
[2]龙卓珉,罗雪莲. 矩阵式变频调速系统抗干扰设计[J]. 变频器世界, 2009, (04) .
购物车(0)