我对自动化技术的辩证认识

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date我对自动化技术的辩证认识我对自动化技术“双刃剑”的认识 我对自动化技术“双刃剑”的认识首选任何科学技术都是把双刃剑,这里也包括自动化技术.根据这学期学的自动控制原理课,来谈谈我对自动化的一点认识.一、自动化的基本概念所谓自动化(Automation)，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动的进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。

2、自动化技术广泛用于工业农业军事科学研究交通运输商业医疗服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动部分脑力劳动以及恶劣危险的工作环境中解放出来而且能扩展人的器官功能极大地提高劳动生产率增强人类认识世界和改造世界的能力。因此自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。在我个人看来，自动化主要是用机器和程序来实现人的控制作用。在自动化还没有得到充分发展之前，对机器的控制绝大多数是由人工来完成的，但是在自动化发展起来之后，人们便可以从繁杂的劳动中解放出来了，对机器、车间甚至整个工厂的控制变的越来越简单，从而大大提高了生产力，促进了社会的发展。二、自动化的发展简史自动化技术的发展经历了

3、四个历史时期：1、 自动装置的出现和应用（18世纪以前）古代人类在长期的生产和生活，为了减轻自己的劳动，逐渐利用自然界的动力（风、水力等）代替人类、畜力，以及自动装置代替人的部分繁难的体力活动和自然界动力的控制。2、自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器(又称飞球调速器)并把它与蒸汽机的阀门连接起来构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统(见图瓦特离心式调速器对蒸汽机转速的控制 )。瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重要影响。在这一时期自动调节的广泛应用，改进了自动调节系统的稳定性问题以及引入了

4、反馈控制和频率法。3、局部自动化时期(20世纪4050年代)这一时期，特别是第二次世界大战后，经典控制理论形成并迅速发展，局部自动化也得到广泛应用。特别是19431946年，美国电气工程师J.埃克妥和物理学家J.莫奇利为美国陆军研制成世界上第一台基于电子管的电子数字计算机(Electronic Digit Computer)。4、 综合自动化时期（20世纪50年代末起至今）这一时期，现代控制理论形成并迅速发展，形成了多个重要分支，如：系统辨识、建模与仿真；自适应控制和自校正控制器；遥测、遥控和遥感；综合自动化；大系统理论诞生；模式识别和人工智能；智能控制的诞生。三、自动控制的理论基础自动控制理

5、论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，已形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。20世纪60年代初期，随着现代应用科学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段现代控制理论。它主要研究具有高性能，高精度的多变量参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空

6、间法。现代自动控制理论还包括线性系统理论、自适应控制、随机控制以及大系统理论。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入，智能控制包括人工神经网络控制，模糊控制，遗传算法，免疫算法等。四、自动化技术的应用范畴自动化的应用是十分广泛的，在工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗服务以及家庭生活方面都有自动化的应用。从最简单的抽水马桶到蒸汽机自动调速系统，从数控机床到计算机集成制造系统，都是自动化技术的应用。自动化技术发展至今可以说是已从“人类手脚的延伸”扩展到“人类大脑的延伸”。自动化技术无所不在、无处没有。自动化技术迅速渗如家庭生活中。比如全自

7、动洗衣机，电脑控制的微波炉，电脑控制的冰箱。在工厂，人们使用各种自动化装置或系统，如机器人、自动化小车、数控机床、柔性生产线和计算机集成制造系统等。在办公室，人们广泛地引入微型电脑及信息网络文字处理机、电子传真机、专用交换机、多功能复印机和秘书机器人等技术和设备，不断实现办公自动化。在交通运输中采用自动化设备，实现交通工具自动化及管理自动化。在医疗保险事业及图书馆、商业服务行业中，在农作物种植、养殖业生产过程中，都可以实现自动化管理及自动化生产。在生态、环境和社会的复杂系统中，控制科学和技术为人类开辟了崭新的研究途径。在现代和未来战场上，飞机、战舰、战车、火炮、导弹、军用卫星等处处离不开自动化

8、技术。比如：自动化在神舟五号等飞行器上的研究和实验中的应用占有十分重要的位置。飞行控制系统里面的制导系统、导航系统和电子综合系统都是自动化的内容。还有测试与发射控制系统中的测试系统、发射控制系统和监视控制系统也是自动化的应用领域。因此，飞行器是自动化最重要的应用领域，许多先进的新型控制理论和技术也是为了适应飞行器工程的高要求而建立的。总体来讲，采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动中解放出来，而且能够扩展和放大人的功能和创造新的功能，极大的提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，一个国家或者社会的自动化水平是这个国家或者社会现代化水平的主要标志。五、自动化的展望展望新的世纪

9、，随着信息革命的兴起和新经济的冲击，自动化专业教育必然会受到世界各国的更加重视。因为这一技术已从办公自动化、工业自动化逐渐向家庭自动化发展，它与普通民众的日常生活发生了千丝万缕的联系，更进一步的发展势在必然。现代生产和科学技术的发展对自动化技术提出越来越高的要求同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70年代以来，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展并广泛地应用到国防科学研究和经济等各个领域实现更大规模的自动化例如大型企业的综合自动化系统全国铁路自动调度系统国家电力网自动调度系统空中交通管制系统城市交通控制系统自动化指挥系统国民经济管理系统等。我国在进入90年代以后，随着社会主义市场

10、经济的搞活和对外开放政策的深入，社会对自动化专业人才的需求日益扩大，并连续几年出现供不应求的状况。随着外国一些大型企业进入国内市场，本国的一些知名企业也将走向世界，这样高科技人才的竞争将日趋激烈，对本专业人才的需求也将大为扩大。所以在未来几十年内，自动化专业教育必将会有一个充分发展的空间。下面再来谈谈自动化不好的地方：对现代制造业产生巨大影响的自动化和数控技术正改变着制药生产领域。一方面，FDA通过要求与生产相关的控制和信息系统需经过批准(正如反应器与片剂机械也需经过批准一样)来强调这一点。另一方面，FDA也对制药界希望能通过不断增加的自动化程度来提高效率的愿望作出反应，它努力寻求对基于软件的

11、系统获得、传送、储存数字化信息的手段作出相应的规范。理想的目标是对生产及相关数据完全通过无纸化文件进行处理。 对于自动化供商来说，这种投资还是比较高的，而且正变得越来越高。位于马萨诸塞州Framingham的市场研究公司IDC预测，能够满足不断变化的数据记录要求的自动化系统每年有60亿美元的市场。 FDA施加在制药商身上的压力也同样传递到了合约制造商、商业伙伴、次承包商和系统供应商身上。 “许多大型制药公司不会跟你做生意，除非你能使你的系统获得批准，并让它们满意，”新泽西州Berlex实验室计算机系统认证协调员 Berlex Winnie Cappucci说，“你的工作最初的目的是要满足FDA

12、的要求，但是你也要准备着让你的客户也满意。” 向制药商提供设备或系统的供应商对于认证过程所需要的东西甚至要更加清楚一些。“我们大约每两个月就要完成一位客户的资格认证，”加利福尼亚州San Leandro的OSIsoft公司技术战略专家Don Smith说，“审核人员将会审核我们的软件开发过程，然后就组织几名程序员，采用我们的代码进行现场测试。这可能是一个要求非常高的过程，但是我们有近十年来形成的内部开发方法和过程来应对这个过程。” OSIsoft公司是PI系统的供应商，这个PI系统是一种实时数据记录软件，可以用来记录和储存批量的生产数据，然后传送到生产执行系统或其他更高一级的企业系统中。 业界

13、合作 看到许多的软件开发商都要受到制药商的审核，并且认识到它带给制药商和开发商双方的负担，位于马里兰州Bethesda的注射药物协会（PDA），在FDA提供一定支持的情况下，在宾西法尼亚州Pottstown建立了审核知识库中心（ARC），提供标准的审核程序，这些标准审核程序可以被各家制药商所使用。 理想的情况是：由经过APC训练的审核人员所作的审核可以部分或全部的代替单个的客户的审核，这样就可以节省供应商与客户双方都需向这个审核过程投入的资源。当某个系统有比较大的升级时，或者至少每两年，ARC会重新对系统进行审核。制药商在向ARC交纳一笔服务费用之后，就可以在需要的时候下载这次审核结果。 尽管

14、这项过程的进展比最初的估计要慢一点，但努力正在开始取得回报。“我们目前训练了95个审核人员，有52个制药公司订购我们的服务，”ARC总裁Harvey Greenawalt说。他还说新的订购者正以每个月两家的速度增加。同时，在有些情况下，某些个别的审核结果被下载或参考了很多次。对于系统供应商和订购者来说，这代表了“巨大的节省”。“随着ARC的知名度越来越高，我们也会越来越壮大。”他说。 在这个过程中，出现了几项有趣的好处。一些供应商会对自己先进行审核，以作为预审其产品的手段。另外，经过训练的审核人员可以帮助与业务相关的每一个人，以便让他们知道在审核中的一些共同的标准。Berlex公司的Cappu

15、cci女士也是ARC董事会的成员之一，她说：“我是这件事的超级支持者，即使我通常只是把这种审核作为整个评估过程的一部分。”因为这节省了她和她的公司的出差费用和时间。“你可以把它看作是在咨询工作中买了两天空闲时间。” 在实践中，Cappucci表示她的团队仍然采用大量个人的审核来满足Berlex的标准，但是ARC的材料可以加速审核过程，并且可以被用在任何随后的跟进或重审过程中。 系统生命周期 “认证是一个过程，而不是一个事件。” 这是Dan Matlis对理想的认证方法的总结，Dan Matlis是位于宾西法尼亚州Bensalem 的Stelex TVG公司商业发展部的副总裁。“当你考虑到一个自

16、动化系统生命周期中的90%甚至更多的时间被花在了维护阶段和监控正在进行的生产时，你就必须考虑控制这些成本，来达到你期望的投资回报值（ROI）。” 实际上，各种各样的工业统计表明自动化系统的生命周期成本中只有25%是被花在购买硬件和软件上，剩下的成本则是花在了安装软件，把它连结到各种网络，确认它和处理不断发生的升级和重新确认上。 Stelex-TVG公司是一个不同寻常的公司，因为它的业务范围从系统整合与执行到认证和商务咨询，还包括相应的软件包。它所提供的软件是ComplianceBuilder，这是一个企业级的文件信息安全系统，使用私有/公共密钥结构（PKI）编码来验证电子签名。 该公司与位于伊

17、利诺州Palatine的Square D/Schneider Electric公司一起合作，来审核Schneiders的软件开发过程，并提供基于PKI的电子签名解决方案。“像Schneiders公司的可编程逻辑控制器的传统优点之一是它们很容易编程或重新编程，” Stelex-TVG公司的 Matlis解释说，“但当重新编程要求有合适的授权级别的时候，以及它可能导致需要重新认证控制系统的时候，这个优点却变成了弱点。” Schneider的销售总监Mark Liston补充说：“与传统地在服务器上进行安全与数据管理不同，这个方案是在控制级别实现这些功能，而控制级别是保证准入控制的唯一途径。” St

18、elex-TVG公司也跟位于马萨诸塞州Foxborough 的Intellution公司（现在是GE Fanuc自动化的一部分）合作，来评估它的自动化系统包（FIX, iBatch, iHistorian 等等）是否符合PART 11的要求。 这些人机界面和控制产品被用来运行基于PLC的批量和连续生产控制系统。 位于宾西法尼亚州Exton市的CimQuest公司是专门针对控制业的咨询公司，Phil Clark是该公司销售总监，他经常遇到需要更改控制器设置的情况。“我们作了许多对原有系统的回溯确认工作，”他说，“你经常会发现一个使用升过级的PID的控制或SCADA（管理控制和数据获取）系统，但是

19、最初安装系统的人早已离开了，新的计算机可能被重新安装，却没有经过重新确认。当FDA进行审核时，就会发现一个不符合标准的系统。” Clark说制药公司太心甘情愿了以致于无法缩减工厂中质量控制（QA）方面的开支。“你会看到QA也作为工厂中资金预算中的一部分，而QA的作用正在减少。QA应该受到重视，应该有自己的预算与管理。” 监控与升级已安装的自动化系统是德克萨斯州的Emerson过程管理公司提供的资产管理系统（AMS）的关键目标之一。AMS的最初功能是监控状态，校正和维护场地控制设备（如传送装置，筏门或流量计）的信息，该公司资产优化服务部的客户关系经理Krisi Bailey解释说。更重要的是，它

20、提供了审核跟踪功能，这是一种场地设备实时状态的时间戳与记录功能。 Emerson公司正在把这个功能结合到用于旋转式机械和电气系统中，这将会使所有的服务都能进入到基于网络的接口中。这项解决方案按计划于6月份出台。“最初，这个接口只提供只读功能，但最终我们会使它变成交互性的。”Bailey说。 附加的审核 努力符合Part 11要求的系统供应商早已把它们的系统功能扩展了，把制药商需要的文件和审核跟踪要求也包括了进去。在某种程度上，这是一种工厂级系统（实施具体的控制）与企业级系统（记录数据并用于生产计划和综合的工厂管理）之间的战斗。 例如，Emerson公司今年春季宣布与位于佛罗里达州Bradent

21、on市Decision Management International（DMI）公司结盟，把产品功能组合起来，共同销售与开发。Emerson公司的拳头产品是Delta V控制系统，DMI公司的是Regulus系统，一种专为批量记录、材料管理和其他生产功能而开发的文件管理系统。 “这种联合产品很快就会进入市场，因为我们之前的决定是如何组织我们的控制软件，” Emerson公司生命科学部的企业发展经理Robert Lenich说，“当我们把两个新产品组合到一起时，我们就能够使它们在6个小时之内进行通讯。” Lenich还说这种联合产品给见过它的潜在客户留下了深刻的印象，而且很快就会有商业化的安装

22、使用。 位于马萨诸塞州Foxboro市Invensys公司通过把几个分散的业务部门重新合并来解决问题，该公司把Foxboro I/A自动化系统、Protean和Prism部门组成Invensys产品解决方案部。在这个部门里，另外一个分支Invensys认证技术部会被保留，以提供生命周期认证和审核服务。在软件级别上，这个公司依靠其Windows XP操作系统的基础，同时也使用Sun微系统公司提供的运行Solaris 8操作系统的Unix工作站。 在软件方面，要小心谨慎的满足FDA的要求，这可以从Douglas Tracy描述的项目中看得出来。Douglas Tracy是纽约辉瑞制药集团安全与规范

23、部的总监。在今年春季的Interphex展会中的一次演讲中，Tracy演示了一个未经详细说明的自动化方案是如何被编程与系统开发人员处理的。 要开始这个方案，首先通过Starbase公司(目前已是加州硅谷Borland公司的一部分)提供的CaliberRM系统生成一个详细的需求计划书。为了处理开发系统过程中的测试工作，使用了位于加州Sunnyvale的Mercury Interactive公司提供的测试工具。测试结果、工作过程和变化管理都被存储到了由俄勒冈州Hillsboro市的Merant公司提供的PVCS Dimensions系统中。 “我们所关心的是这个系统的30%的成本与时间都被花在了评

24、估你做了些什么上，”Tracy说，“我们认为通过无纸化、电子化来运作整个开发过程，我们就能够降低这些成本。”为什么像辉瑞这样的制药公司愿意向这样的软件开发工具投资呢？ “它使我们走在别人的前面，”Tracy说，“我们目前正在采用一种缓慢的方法来评估自动化系统，而它可以作为一种积极的过程使我们摆脱原有的评估模式。这是一个很好的促使我们走向这个方向的原因。” 21CFR Part 11：一次对发展着的报告的修正 如何从有纸化转向电子化的数据存储。多年来，制药业努力利用自动化提供的速度、准确和效率，就像自动化为其他制造商所提供的一样。同时，需要用一种可靠的方式产生与存储这些数据，并且必须是一种FDA

25、可以依赖的方式。 这些努力终于产生了一项最终的规则，即1997年首次发布的联邦法规（CFR）第21条11款，也就是常说的“21 CFR, Part 11“或简称“Part 11。在这期间，制药界、FDA、控制与IT供应商就新的IT技术的能力和如何加以规范等方面逐渐达成一致。在2002年1月，一个名为“软件评估的一般原则”的指导性文件发布了，特别针对评估软件系统作了一些说明（而不是系统所产生、传输或存储的数据）。 接着，去年8月份，FDA发布了一个更主要的提案“21世纪的现行药品优良制造标准（cGMP）”，这表示要对Part 11和所有与制药相关的FDA规范的重新定义。2月份，FDA发布了一个指

26、导方针（目前仍在讨论之中），宣布将会用新的规范代替Part 11：Part 11的范围将会被限制；一个基于风险的、关于什么样的系统和子系统应该被审核与监测的优先规范将被批准；Part 11的执行工作将从法务部转移到药品评价与研究中心。 Part 11范围的缩小听起来可能像是制药业正在摆脱被认为是繁重复杂的规范。实际上，在自动化系统供应商中间仍有一些怨言，这些供应商投入大量资金来发展技术与服务，以便满足有关规范的要求。然而，FDA的改变方向也使得它能够把焦点更集中到最迫切的问题上来。 在一个有关这种改变的说明性文件这样说道：“多年以来，FDA不能持续的完成每2年一次的对所有制药商的审查工作，因为

27、制药商的数量在增加，审查工作可用的资源却在减少。” 即便如此，FDA仍很清楚它要继续加强评估与cGMP规范，因为它们都与实际的生产(Parts 210 and 211 of 21 CFR)和实验室质量控制(Part 860)相关。从Part 11（在技术上来说只与这些部分相关）的角度看，这些规范可以被定义成“确定性的规范”。 例如，一个有关产品从生产到销售的确定性规范可能要求必须要对活性药物成分（APIs）进行分析，这会继续被强化。相关的Part 11可能会，也可能不会要求测试的文档按一定的方式记录和保存。 Part 11以前的方针导致了大量有关确保人机间真正的电子签名和安全记录的争论，以前的比较宽泛的解释在一定情况下会要求对单独的键击动作（例如，打开一个正好在系统中的文件）进行存储与验证，目前范围比较窄的解释将会把这样的交互动作归类为自动化系统操作中的“偶然事件”。参考文献：1.自动控制原理 胡寿松 科学出版社2.控制工程基础 王积伟 国防工业出版社3.郑大钟 线性系统理论 清华大学出版社4.现代控制理论 于长宫 哈尔滨工业大学出版社5.科学技术是把双刃剑 论文-