3D打印技术及应用

第一篇：3D打印技术及应用

3D打印技术及应用

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摘要：3D打印技术自发展以来，以其高效、低成本、低能耗的特点，已经在许多领域发挥了不可多得的作用，它将是21世纪最伟大的技术之一。这项技术实现了从无到有的过程，能够制造出你想到的和你想不到的东西，小到肌肉组织，大到楼房建筑。在未来该技术发展成熟时，人类的发展肯定能够迈上新的台阶。关键字：3D打印 3D发展历史 高效 低成本 低能耗 从无到有

Abstract：Since the development of 3D printing technology, with its high efficiency, low cost, low energy consumption, has played an important role in many areas, it will be one of the greatest technology in twenty-first Century.This technology to achieve a process from scratch, to make you think and you can not think of things, small to muscle tissue, large buildings to the building.In the future, the development of the technology is mature, the human development will certainly be able to step onto a new level.Key words：3D print 3D development history high efficiency low cost low energy

consumption from scratch 0引言

3D打印技术，专业名称为快速成形技术，又

[1]称快速原型制造技术，简称RPM。3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机则出现在上世纪90年代中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物[2]。

3D打印是“增材制造”的主要实现形式。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方[3]法组合成最终产品。而“增材制造”与之截然不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。

3D打印技术起源于20世纪80年代末的美国，发展至今已经取得极大的进步。随着技术的创新，3D打印技术逐渐深入各个应用领域，工业生产、商业、医学、建筑、艺术等领域都能看到3D打印技术的影子。3D打印技术会在各个领域中刮起一波新的革命，包括建筑行业。3D打

印技术将会改变我们的对事物的认知。3D技术发展史

3D打印技术实际上是一系列快速原型成形技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y孚西内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。从上个世纪80年代到今天，3D打印技术走过了—条漫长的发展之路[4]。

1984年，Charles Hull发明了将数字资源打印成三维立体模型的技术，1986年，Chuck Hull发明了立体光刻工艺，利用紫外线照射将树脂凝固成形，以此来制造物体，并获得了专利。随后他离开了原来工作的Utra Violet Products，开始成立一家名为3D SystEMS的公司，专注发展3D打印技术，1988年，3DSystems开始生产第一台3D打印机SLA-250，体型非常庞大。

1988年，Scott Crump发明了另外一种3D打印技术——热熔解积压成形(FDM)，利用蜡、ABS、PC、尼龙等热塑性材料来制作物体，随后

[5]

也成立了～家名为Stratasys的公司。

1989年，C．R．Dechard博士发明了选区激光烧结技术(SLS)，利用离强度激光将尼龙、蜡、ABS、金属和陶瓷等材料粉来烤结，直至成形。

1993年，麻省理工大学教授EmanuaI Sachs创造7三维打印技术(3DP)，将金属、陶瓷的粉末通过粘接剂粘在一起戍形。1995年，麻省理工大学的毕业生Jim Bredt和TimAnderson修改了喷墨打印机方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床，而不是把墨水挤压在纸张上的方案，随后创立了现代的三维打印企业Z Corporation。

1996年，3D Systems、Stratasys、Z Corporation分别推出了型号为Actua 2100、Genisys、2402的三款30打印讥产品，第一次使用了“3D打印机”的称谓[6]。

2005年，Z Croooration推出了世界上第一台离精度彩色3D打印机一SpeCTRum 2510，同一年，英国巴恩大学的Adrian Bowyer发起了开源3D打日机项目RepRap，目标是通过3D打印机本身，能够制造出另一台3D打印机。

2008年，第—个基于RepRap的30打印机发布，代号为“Darwin”[7]，它能够打印自身50%元件，体积仅—个箱子大小。

2010年11月，第一台用巨型3D打印机打印出整个身躯的轿车出现，它的所有外部组件都由3D打印制作完成，包括用Dimension 3D打印机和由Stratasys公司数字生产服务项目RedEye on Demand提供的Fortus3D成型系统制作完成的玻璃面板[8]。

2011年8月，世界上第一架3D打印飞机由英国南安营敦大学的工程师剑建完成。9月，维也纳科技大学开发了更小、更轻、更便宜的3D打印机，这个超小3D打印机重1.5kg，报价约1200欧元。

2012年3月，维也纳大学的研究人员宣布利用二光子平板印刷技术突破了3D打印的最小极限，展示了一辆长度不到0.3mm的赛车模型。7月，比利时的international Univers时 CollegeLeuven的一个研究组测试了一辆几乎完全由3D打印的小型赛车，其车速达到了140千米／小时。12月，美国分布式防御组织成功测试了3D打印的枪支弹夹[10]。

从3D打印技术的发展史我们可以看出，随着3D打印技术的种类变多，3D打印机可打印的东西越来越多。而且，3D打印机的价格在不断下降，1999年3D Systems的SLA 7000要价80万美元，而Cube要价仅1299美元。另外，虽然对于普通用户和制造业来说，3D打印的大规模产业化时机还没有成熟，但我们也看到3D打印机开始向两极分化，除了百万元级的大型3D打印机之外，国内目前也出现了面向个人用户价格

为数千元的3D打印机。3D技术的发展现状

3D打印技术应用领域正逐步拓展，市场空

间广阔[11]。

过去几年里，快速制造技术通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了广泛应用，对改善制造业的产品设计和制造水平起到了巨大作用，在工程和教学研

究等应用领域也占有了独特地位[12]

。通常应用在产品试制和试验阶段，比如功能检测和装配检测等环节应用较多。

目前3D打印技术在航空器和医学及牙科领域的应用增速最快，2009至2011年的3年间，应用于航空器制造领域的设备市场份额由9.9%上升到了12.1%，医学和牙科的市场份额由

13.6%上升到了15.1%[13]

。此外，在个人消费领域，3D打印技术让消费者在家里就能直接制作出想要的衣服、首饰、装饰品、玩具、乐器、自行车甚至食品。如同电脑从学院、实验室进入到家庭一样，3D打印技术也逐步改变所有人的生活。和任何其他技术类似，3D打印机迅速地变得越来越便宜，功能却越来越强大。

三维打印技术，现在已经处在了人人都用得

起的临界点[15]

。在美国，5年前一台标准的3D打印机的价格是5000-50000美元，而近期3D Systems和Autodesk推出了1500美元左右的个人用产品，最简单的3D打印机的价格甚至已经达到了800美元。3D打印技术在过去数十年里取得了重大进展，但有关材料、设备和应用的技

术挑战依然存在[16]，具体有以下几个方面：

材料特性:在3D打印技术能够完全过渡到提供切实可行的制造解决方案之前，需要为材料提供力学性能数据的规范性标准，也需要更详细的由这些材料性能制成零部件的规范信息。在没有充分认识材料属性之前，是无法进行相应零部

件设计的[17]

。目前，世界各国已经研发了很多3D打印技术材料，因此，建立全面的规范标准需要整合研究机构以及系统与材料。

材料开发:虽然已有大量的同质与异质材料混合物应用于3D打印技术，但仍然需要开发更多的材料。其中包括更好地理解已经使用的材料的加工-结构-属性之间关系，从而了解这些材料的局限性和优点[18-23]。此外，还需要开发质量测试程序和方法，以帮助扩展可用材料的种类。3D技术的优点

三维打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作，桌面打印机可以打印出小物品，而且，人们可以将其放在办公室一角、商店甚至房子里；而自行车车架、汽车方向盘甚至飞机零件等大物品，则需要更大的打印机和更大的放置空间。

3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本[24]。

与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势：通过摒弃生产线而降低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。

三维打印技术还有其他重要的优点。大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。三维打印技术不是这样的。在三维打印技术中，原材料只为生产所需要的产品”，借用三维打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻盈。当材料没有了生产限制后，就能以最优化的方式来实现其功能，因此，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。3D技术的应用

4.1 3D打印机

3D打印技术最直接的产物就是3D打印机。最早的3D打印机由恩里科·迪尼(Enrico Dini)的发明家所设计的，当时的打印机还比较粗糙。如今3D打印机已经比较普遍，便宜的售价不到2000元，能够打印制造各种各样的模型实物。3D打印机的优势在于产品多样化，效率高而成本比传统工艺低，制造复杂物品不增加成本，无须组装，减少废弃副产品，材料无限组合，精确的实

体复制。

3D打印机是结合添加剂、制造技术和快速成形技术的一种机器。快速成形技术是在现代CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是“分层制造，逐层叠加”，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台“立体打印机”，因此得名“3D 打印机”。它以数字模型文件为基础，通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，运用一些金属、蜡、塑料等可粘合材料，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料

来生成3D实体[25]

。简单来说，比如要打印一个立体的苹果，就先要将苹果的大小形状等参数在设计软件中设计出来，或者用扫描仪把苹果的各参数扫描输入计算机，然后计算机会把苹果每一层截面的形状计算出来，然后在3D打印机里由下到上一层一层地把苹果薄片“叠”起来。（如图4.1）

图4.1 3D打印机

4.2 3D打印机种类

3D打印机的种类繁多，主要根据成型技术来划分：

①立体光固化成型法SLA。该方法主要采用液态光敏树脂原料，通过3D设计软件设计出三维数字模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面，分层扫描固化叠加成三维工件原型。②选择性激光烧结法SLS。该方法主要采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。

③分层实体制造法LOM，又称层叠法成形。该方法主要用片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。

④熔积成型法FDM。该方法主要采用丝状材料（石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝）作为原材料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度（约比熔点高 1℃），在计算机的控制下，喷头作x-y两个维度的平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，这样逐层堆积形成三维实体。

⑤生物绘图技术Bioplotter。主要以细胞为原材料，复制一些简单的生命体组织，例如皮肤、肌肉以及血管等，甚至在未来可以制造人体组织如肾脏、肝脏甚至心脏，用于进行器官移植。

⑥ 3D建筑打印机。下文中详细介绍。4.3 应用领域

3D打印技术已经运用在医疗行业、科学研究、产品原型、文物保护、建筑设计、制造业、食品产业、汽车制造业和配饰制造等领域中，为这些领域带来革命性的改变。下面我就详细讲讲3D打印技术的应用。

在工业中，3D打印机很难用于批量生产，因为对比于传统的工业生产技术还有一定的障碍，所以在工业中一般用于产品的开发研制，设计师可以把设计好的产品用3D打印机很快地制造出来，然后根据实际需要来继续下一步的研发，大大降低了研发的成本，还提升了研发速度。

在医学中，3D打印机可以用来制造肌肉组织和特定的人体器官，通过打印人类胚胎干细胞生产3D结构，能造成更精确的人体组织模型，这对药物开发，毒性测试非常有用，为人类提供可靠的药物而不必再用动物做药物测试，提供用

于移植器官而无需捐献，并能消除器官排斥和免

疫带来的问题。

3D打印机还可以用于艺术雕塑品的制作，有些工艺设计品难以用传统工艺制造出来，而利用3D打印机，只需把作品的模型参数输入电脑，打印出来，而且还打破了材料的局限和工艺的限制，使得艺术品更具可观性。3D打印技术在建筑中的应用

读土建类专业的我对建筑行业比较感兴趣。我认为3D打印技术在一些领域中的应用已经达到了一个瓶颈，要想再继续发展很难，将3D打印技术应用到建筑中将是未来该技术的发展方向。

最近国内有公司尝试将3D打印技术运用到建筑中（如图5-1）。上海，10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内正式交付使用，是首次打印出能够住人的房子，这些“打印”出来的建筑墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，按照电脑设计的图纸和方案，经一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成，10幢小屋的建筑过程仅花费24小时（如图5.1），用3D打印技术将房子直接打印出来，这个新闻令不少人惊叹。整个打印过程形象来说3D打印房子的技术流程就是：用巨大3D打印吊机装置，喷头装着特殊的水泥，水泥从漏斗

图5.1 3D打印建筑

喷嘴流出来，吊机上下左右控制喷嘴的运动，喷出水泥形成一层层的墙壁。就像早上刷牙挤牙膏一样，只不过需要往 牙刷上挤出上千层的牙膏。其中还涉及材料技术和控制技术。

利用这种建筑打印技术，可以在短时间内建造出多间标准的房子，而且不需要众多的建筑工人，很大程度避免了建筑的误差，而且能最大程度保留建筑设计师的想法，效率高，而且几乎没有建筑垃圾（要知道一个城市的建筑垃圾占了所以垃圾的三分之一）。

利用3D打印技术建房子需要攻克很多技术难题，材料、结构、工具。万科老总王石就断言，未来3D打印房子会成为一个主流：“万科下一步准备做什么呢，我们要用3D打印机打印房子。三年之后万科的建研中心就会用3D打印机打印出一个房子，万科要集中资源，集中全球最优秀的资源，在中国广阔的城镇化进程中，做很多以前想不到的事情。

目前3D打印建筑处于起步阶段，相信随着科技的发展和3D打印技术的成熟，未来将会在建筑界中刮起一股革命风暴，我们不需要人工一砖一瓦地建房子，只需要把数据录入电脑，一栋楼房就会耸立在我们面前。许多在如今无法建成的建筑结构，利用3D打印就可以一丝不差地做出来，解决一切建筑建造技术问题，使建筑设计和建造走向无限自由，完美地体现建筑设计师的设计。无建筑垃圾使建筑工程过程更加环保。当3D打印建房技术成熟后，建楼效率大大提高，成本大大降低，中国居高不下的房价肯定会下降，更多人能买得起房。只不过到那时候许多人会失业，建筑工地中不会再有那么多建筑工人，又会引起一系列社会问题。但是科技总是要进步，人类总是要发展，社会也会进步，或许那时候人们不需要像今天一样整天疲于工作挣钱。3D打印技术未来运用前景

英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，将“3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一”，这充分可以看出3D 打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代几乎所有的制造业。未来你想要什么，只需下载图纸，按一下„打印‟键，就可以去喝咖啡听音乐了，剩下的所有事，请统统交给打印机[26]。

未来的3D打印我们可以做什么？也许我们的房屋不在是人工建造的而是用3D打印机打印一个，我们不会受食物的匮乏而限制，想吃什么自己打；家里的常用物品不在需要购买，需要杯子自己打印一个，可以看出，3D打印会在将来给我们带来的便捷之处。

3D打印机的未来或将无所不能，只需要一个想法，一些材料，一台3D打印机，就能将脑

中的一切转变为实体，高新区3D打印技术的发展设想和对策采取财税金融政策上积极支持、积极引导建立行业协会，鼓励研发，加强教育培训

等措施，进一步促进3D打印社会化推广[27]。

制定数字化制造规划，促进3D产业优先发展。建议将3D打印技术定位为生产性服务业、文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。在财税金融政策上，鼓励企业投资、研发、生产和应用3D打印，支持3D打印设备的进出口。

加强产业联盟、行业协会建设，推动3D产业协同发展。积极引导工业设计企业、3D数字化技术提供商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动3D打印技术研发和行业标准制定。促进3D打印技术发展的市场平台建设，包括3D打印电子商务平台、3D打印数据安全和产权保护机制、3D打印及周边项目投融资机制等，促进产业可持续发展。

加大科技扶持力度，提升3D打印技术水平。设立专项基金，重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对3D打印产学研合作的支持，特别对实施产业化的企业在市场销售、社会推广上给予政策支持[28]。

加强教育培训，促进3D打印社会化推广。将3D打印技术纳入相关学科建设体系，培养3D打印技术人才。依靠行业协会、博览会、论坛等组织形式进行3D打印技术和周边应用的培训。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公

共机构进行3D打印技术的展示、宣传和推广。发展3D打印服务中心，推广3D打印技术应用，为发展3D打印产业积累应用经验[29]

。结论

3D打印技术是一种能够改变我们生活方式的一种技术，虽然这项技术已经被运用到人类社会的各个领域中，并取得了一定的成就，但是这项技术还在起步过程中，我相信3D打印技术还有更大的发展空间，特别是在建筑方面。或许，未来将利用3D打印技术在火星上就地取材建立一个火星基地，还可以制作出各种生活用品。

3D打印还有很长的道路要走，它的价值还没发挥到极致，当3D打印技术达到一个成熟的阶段，将会在人类的进程中刮起一波新的制造革命。

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第二篇：多媒体技术及应用

第一章：1.直接作用于人们的感觉器官，使人能直接产生感觉的自然种类信息叫做（感觉媒体）2.为了存储，传送感觉媒体而人为地研究出来的定义信息特性的数据类型叫做（表示媒体）他们是用于数据交换的（编码），用信息的计算机内部编码表示。3.在通信中使电信号与感觉媒体之间进行转换而使用的媒体叫做（表现媒体），它们是再现信息的物理工具和设备（输出），或者获取信息的工具和设备（输入）。4.在大多数场合下，多媒体是指（多媒体技术），既他一般不是指多种媒体本身，而主要是指处理和应用的一整套（技术手段）。5.多媒体技术的多维性是指多媒体技术具有（信息交流）的多种感知形式和（信息化处理）的多样化两方面特性。6.多媒体技术的集成性一方面指多媒体技术是多种（媒体信息）的集成，其二，多媒体技术是多种（显示或表现媒体）设备的集成，其三，多媒体技术是多种（技术）的系统集成。7.多媒体技术的交互性是指用户可以与计算机实现复合媒体处理的（双向）性。8.1984年，美国苹果公司开创了用计算机进行（图像处理）的先河。9.目前，多媒体技术的发展趋势是逐渐把计算机技术，（通信技术）和（大众传播技术）融合在一起，建立更广泛意义上的多媒体平台。10.模拟信号或者在（时间）上是连续的，或者在（幅度）上是连续的，而 数字信号的数值在时间和幅度上都是（不连续的）11.如果信号的采样时间间隔T为常数，则该采样称为（均匀采样），如果采样时间间隔T不为常数，则该采样称为（非均匀）采样，如果采样时间间隔T为常数0.05秒，则该采样频率是（20）HZ。12.如果信号样本在量化时选定的编码位数为8，则该信号的量化值中共有（256）种编码值；如果该信号的最小值与最大值的差是128，采用均匀量化，则用近似计算公式计算的量化间距为（0.5）。13.编码前一般要确定两个因素，其一是每一个量化值的（编码位数），它决定了量化的精度，其二是每一组代码与量化值（对应的规则）。14.多媒体研究的核心技术中，位居首位的技术是多媒体数据（压缩技术），视频数据压缩的思路有二，其一是（帧内压缩），其二是（帧间压缩）前者的策略是对相同的信息快（只传送一份），这样就减少了许多冗余信息，后者的策略是对变化的部分传送一个（运动矢量）15.一副像素分辨率为512X256的静态RGB真彩色图像的数据量为（384）KB,相当于（0.375）MB.第二章1.声音的三个重要指标参数是（振幅），（周期），（频率）。1.从听觉角度看，声音所具有的三个要素是（音调），（音色），（响度）。2.笛子和小提琴演绎相同的乐曲时，人们能够正确的分辨出不同的乐器是因为他们的（音色）不同。3.按照人们听觉的频率分布范围，声音可以分为（次声波），（超声波），（音频）三类，其中（次声波）是指频率低于20hz的信号，（超声波）是指频率高于20khz的信号，而（音频)是指频率范围在20hz~20khz的声音信号。4.声音数字化先后经历的三个步骤是（采样），（量化）和（编码）。5.音频采样就是将声音信号在时间上进行（离散化）处理，既每隔一小段时间在模拟音频信号的波形曲线上采集一个信号样本值。6.（样本大小）是指每个声音样本需要用多少位二进制数表示，反映了量度声音波形的精确度。他的值越（大），数字化后的声音信号就越可能接近原始信号，但所需要的存储空间也越（大）。7.数字化声音的三个主要技术指标包括（采样频率）量化精度，（声道数）。8.（采样频率）是指单位时间内采集的样本个数，他的值越高，在一定时间间隔内，采集的样本数越（大），音质越（高)，数字化声音的数据量越（大）。9.数字化声音的数据量是由（采样频率)，量化精度，（声道数）和声音持续时间所就决定的。10.利用GoldWave声音的过程中，首先要通过（文件）菜单下的（新建）菜单项，创建一个新文件，并在（新建音频）对话框中设定新文件的有关参数。11.利用录制GoldWave编辑声音的过程中，选择（效果）菜单中的（音高）命令，可以打开“音高”对话框，可以在通话框中通过调整比例因子或（半音）值的滑块来改变声音的音高。13.利用GoldWave编辑声音的过程中，首先需要（选定）编辑区域，设定编辑区域起点的操作既可以单击鼠标，也可以用右键菜单下的（设置完结标记）命令。14.利用GoldWave制作淡入淡出效果的过程中，在“淡入”对话框中要设置的值是音量的（初始音量）值，而在“淡出”对话框中要设置的值是音量的（最终音量）。15.利用GoldWave更改声音文件音量大小，首先应选择主菜单（效果）下的一级子菜单，（音量）；然后如果要详细设置音量的参数，则选择二级子菜单（更改音量），如果想在不出现声音过载情况下最大限度提升音量，则应该选择二级子菜单（最大化音频).第三章1.数字图像可以定义为一个二维函数f(x,y)，其中x和y是描述点的位置的二维平面坐标，在(x,y)坐标处的幅度值f称为图像在该坐标点的像素值。2.数字图像是由有限的元素（像素）组成的数组（矩阵），其中每一个元素有一个特定的位置和数值。3.描述数字图像的像数密度、像素总数、可能出现的颜色总数的概念分别是图像分辨率、图像的像素大小、颜色深度。4.同样大小的一幅原图，如果数字化时图像分辨率越高，则组成该图的像素点数目越多，看起来就越逼真。5.颜色深度是指位图中记录每个像素点所占的位数，它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数，或者灰度图像中的最大灰度等级数。n6.图像深度为n时，该数字图像可能出现的颜色数为2。7.图像的分辨率越高、图像深度越大，则数字化后的效果越逼真、图像数据量也越大。8.图像数据中存在的数据冗余主要有以下几种类型：空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余。9.在计算机科学领域，一般称图形为矢量图；图形是用一个是指令集和描述的，图形与分辨率无关。图像是由许多颜色与亮度不同的像素点组成的，数字图像的数据表示形式是一组矩阵数据，其数据模型是一个二维函数，图像与分辨率有关。10.对于量化位数为4位的灰度图像，共有16个灰度级，最黑的点像素值为0000，最白的点像素值为1111.二值图像的每个像素点占存储位数为1位，白点的像素值为1，黑点的像素值为0。RGB真彩色图像每个点的颜色信息需要占24位存储空间。11.图像变换是将图像在空间域表示的数据变换到另一个正交矢量空间，产生一批变换系数。12.图像增强处理是指根据一定的要求，空出图像中感兴趣的信息，而减弱或去除不需要的信息，从而使有用信息得到加强的信息处理方法。根据增强处理所在的空间不同，图像增强技术可分为基于空间域的增强方法和基于频率域的增强方法两类。13.所谓图像重建，是指根据对物体的探测所获取的数据建立数字图像的过程，该图像可以反映被探测物体某个平面的物质结构形态，称为物体的重建图像。14.CT扫描就是一种图像重建应用实例，当射线穿过物体的某个截面时在检测器上得到的数据值称作射线的投影，在同一个方向上建立的投影，是一维投影，由物体截面的多个一维投影即可建立该截面的数字图像。15.BMP格式是一种与硬件设备无关的图像文件格式，故又称为DIB。16.在一个GIF文件中可以存多幅彩色图像，如果把存于一个文件中的多幅图像数据逐幅读出并显示到屏幕上，就可构成一种最简单的动画。17.简单来说，Photoshop的图层就是重叠的透明层，每层独立放置画面，又依顺序互相遮挡，用来对各个画面进行管理。18.Photoshop的路径是由一些点、线段或曲线构成的矢量对象，它提供了一种精确勾勒或绘制图像的方法，从而完成那些不能由绘图工具完成的工作。19.Photoshop的通道是用来存放颜色信息的，它是存储不同类型信息的灰度图像。图像的颜色模式决定了所创建的颜色通道的数目。20.滤镜是Photoshop中功能最丰富、效果最奇特的工具之一。可以使用滤镜更改图像的外观，例如，为它们指定印象派绘画或马赛克拼贴外观，或者添加独一无二的光照和扭曲。Photoshop的滤镜分为内置滤镜和外挂滤镜，前者是Adobe提供、Photoshop自带的滤镜；后者是第三方开发商提供的。21.蒙版是一种选区有密切关系的编辑手段。一旦选定了某图层的部分区域，并将该图层转到“以快速蒙版模式编辑”的状态后，则未选中的区域将“被蒙版”。第四章1.MPEG组织是制定视频及音频的压缩、处理和播放标准的组织。1.数据冗余有空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余和信息熵冗余。2.在Movie Maker中要让两个相邻剪辑间建立同时淡出及淡入的效果，应该使用视频过滤功能。3.MPEG标准主要是由视频、音频和系统三部分组成，它是一个完整的多媒体压缩编码方案。4.H.26X是由ITU-T制定的视频编码标准，主要有H.261、H.262、H.263、H.264等几个标准。第五章1.计算机动画如果按照动画的创作方式分类，可分为两大类：帧动画和造型动画，后者属于矢量动画。而按动画的空间视觉效果分，则可以分为三大类：二维动画、三维动画和变形动画。1.在过程动画中，物体的变形是基于一定的数学模型或物理规律的。最简单的过程动画是用一个数学模型去控制物体的几何形状和运动。2.在关键帧动画中，只要画出关键帧，而中间帧由计算机对两幅关键帧进行插值生成。3.基于物理模型的计算机动画方法大量运用了弹性力学和流体力学的方程进行计算，力求使动画过程体现出最适合真实世界的运动规律。4.在Flash时间轴的任一点按F5键可以在该点插入普通帧，按F6键可以在该点插入关键帧。5.选定Flash舞台中图形后按F8键可以弹出“转换为符号”对话框，测试影片可以按Ctrl+Enter键。6.用Flash中的文本工具输入文字时，对于扩展的静态水平文本，在该文本块的右上角有一个圆形手柄，而对于具有定义宽度的静态水平文本，在该文本块的右上角有一个方形手柄。7.向Flash文档中添加声音，首先要将声音导入库中，操作方法是选择“文件”→“导入”→“导入库中”命令，在“导入”对话框定位声音文件位置并选择它，单击“打开”按钮。8.在Flash动画文件的操作步骤是：执行“文件”→“发布”命令（或按“shift+F12键”），就会按默认设置在存放源文件的同一文件夹里生成一个同名的swf文件和（或）html文件。9.在制作逐帧动画的导入系列图片操作步骤中，首先选择动画图层的第一帧，执行“文件”→“导入”→“导入到舞台”命令；先在“导入”对话框中选择事先准备好的系列图片的第一个图片文件。10.用椭圆工具画正圆或用矩形工具画正方形时，需要加shift键。11.在不计压缩的情况下，帧动画的数据率是指帧速度与每帧图像数据量的乘积。12.在Flash的时间轴面板上，在一个时间点（关键帧）放置一个图形元件，然后在另一个时间点（关键帧）改变这个图形元件的大小、颜色、位置、透明度等，Flash根据二者之间的值创建的动画称为“动画补间动画”。13.在Flash的时间轴面板上，在一个时间点（关键帧）绘制一个形状，然后在另一个时间点（关键帧）更改该形状或绘制另一个形状，Flash根据二者之间的帧的值或形状创建的动画称为“形状补间动画”。14.讲一个或多个层链接到一个运动引导层，使一个或多个对象沿同一条路径运动的动画形式称为“引导路径动画”。“被引导层”中的对象可以使用影片剪辑、图形元件、按钮、文字等，但不能应用形状。第七章1.CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)其中文意为紧凑式只读存储器。2.扫描仪的种类按结构分为平板式、手持式、滚筒式。3.投影仪的种类按原理分为CRT投影仪、LCD投影仪、DLP投影仪。4.数码相机最重要的性能指标是最高分辨率。5.MPC是由多媒体市场协会制定的技术规格标准。6.闪存盘也叫U盘。1.什么是多媒体技术及主要特性？多媒体指多媒体技术，级能够获取、处理、编辑、存储、和回放两种或者两种以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字，声音，图形，图像，动画，视频等，他一般不是指多种媒体本身，而主要是指处理和应用的一整套技术手段。特性：多维性 集成性 交互性 非线性 实时性 2.简述多媒体技术研究的主要内容1.如何实现多媒体信号数字化与计算机如何获取数字信。2.如何实现多媒体数据处理和编码、解码：包括多媒体内容的分析，基于内容的多媒体检索，多媒体安全，声音处理、图像处理、视频和动画处理。

3、多媒体支持环境网络：包括数据存储，硬件和软件平台、网络技术。服务质量及数据库等。4.多媒体工具及应用系统：包括各种用于多媒体素材制作和作品开发的软件工具、编程语言，以及各类应用系统。5.多媒体通信与分布式多媒体系统：如可视电话、电视会议等。3.什么是模拟信号、数字信号？模拟信号如何转化成数字信号？模拟信号：在时间和幅度上连续的信号。数字信号：时间和幅度都离散的信号值之二进制编码。转化：采样、量化、编码 4.多模拟信号采样的目的？量化的目的？编码的目的？采样：使模拟信号在时间上离散。量化：对采样值实现了限定，使模拟信号在幅值上离散。编码：对量化值转化成数字编码脉冲，用一组二进制数字代码表示，即将模拟信号转化成二进制编码的信号。5.什么是多媒体信息检索技术？有哪些应用场合？ 多媒体系检索是根据用户的要求，对图形、图像、文本、声音、动画和视频等多媒体信息进行检索，已得到用户所需的信息。应用：电子会议 远程教学 远程医疗 电子图书馆 艺术收藏和博物馆管理 地理信息系统 遥感和地球资源管理 计算机支持协同工作等领域 6.什么是音频信号？决定音频信号波形的参数有哪些？ 音频：音频是多媒体系统中使用较多的信息，人们可以将音频输入到计算机，同时计算机也可输出音频。参数：频率 幅度 相位 7.什么叫样本精度？样本精度与量化位数有何关系？ x样本精度：存储一个样本信号所需的二进制位数叫样本精度。关系：样本精度为x位时，量化级数是2 8.什么是声音信号的带宽？请说出四级音频的带宽声音信号所占用的频率范围叫带宽。四级音频的带宽：200hz-3.4khz数字电话语音 50hz-7khz电台调幅广播 20hz-15khz电台调频广播 10hz-20khz数字激光唱盘 9.声频信号能进行压缩编码的依据？音频信号有哪几种编码方式 依据：

1、声音信号中存在着很大的冗余度，通过识别和除去这些冗余度，便能达到压缩的目的。

2、音频信息的最终接受者是人，而人耳在听觉方面有一个重要的特点，及听觉的“掩蔽”。

3、对声音波形采样后，相邻样值之间存在着很强的相关性。编码方式：波形编码 参数编码 混合编码 10.图形与图像的区别？ 图形占用空间少，缩放不失真；与分辨率无关，可以缩放到任意尺寸；CPU耗时长，失易图形依赖于简单单元，难以表达物体的复杂属性；图像色彩和色调变化丰富景物逼真，CPU计算量小；与分辨率无关，缩放后易失真，数据易大。11.什么是颜色空间？常见的颜色空间有哪些？计算机中最常用的颜色空间是什么？颜色空间：是用一种数学方法形象化表示颜色的 常见的颜色空间：RGB颜色空间（计算机中最常用的）HSI颜色空间 YUV颜色空间 CMYK颜色空间 12.什么叫图像的分辨率？什么叫颜色的图像深度？ 图像的分辨率：指在每个单位长度上包含的像素数，反映了图像的像素密度。颜色的图像深度：描述图像中可能出现的不同颜色的最大项目，用一个相碎 所占据的二级制位数表示。13.Photoshop中选择图像区域的工具箱工具有哪些？一个形状不规则但颜色均匀的区域用什么工具易于选择？

1、魔棒工具、磁性套索、矩形选框工具、椭圆选框工具、单行选框工具、单列选框工具

2、魔棒工具 14.photoshop中快速蒙版作用？如何修改蒙版区域？ 作用：如何修改：在工具箱中单击画笔工具，把前景色设为白色；再到工具选项栏中设置画笔的粗细等属性；单击画笔后的小三角按钮，拉开下拉菜单，选择数值为63，将不透明的的数值选为100%，然后用白前景色画笔开始画。15.photoshop中按什么键可以变化画笔笔刷的大小？抠图快捷键是什么？如何保存与取出选区？

1、调粗Ctrl+] 调细 Ctrl+[

2、Ctrl+J

3、到选择菜单下单击存储选区，会出来一个对话框，在名称文本框中给这个选区取名字，单击好按钮，现在单击选择菜单下的取消选取命令，是选区消失；而需要这个选区的时候，可以再到选择菜单下单击载入选区，然后选中刚才所保存的名字，选区就又出现了。16.无损编码和有损编码有何区别？ 无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢复。17.何为MPEG标准？主要由音频、视频和系统三部分组成，是一个完整的多媒体压缩编码方案。18.试述H.261和H.263的区别？ H.263每个GOB包含的MB数目不同、支持更多的图像格式、更有效的运动预测、效率更高的三维可变长编码代替二位可变长编码、增加了四个可选模式 19.试述视频压缩的必要性和可行性？1.数字视频的数据量非常大2.原始视频数据表示有较强的相关性，即大量冗余信息，通过特定编码方式将庞大数据中的冗余信息去掉，保留相互独立的信息分量从而达到压缩视频数据量的目的。20.简单描述H.263中的四种可选模式？ 无限制运动矢量模式：允许运动矢量指向图像以外的区域。这种模式包括了运动矢量范围的扩展，允许使用更大的运动矢量。基于语法的算法编码模式：使用算术编码代替霍夫曼编码，可在信噪比和重建图像质量相同的情况下降低码率。先进预测模式：允许一个宏块中4个8*8亮度块各对应一个运动矢量，从而提高了预测精度。PB图像模式：引进入一种新的帧----PB帧，一个PB帧由一个P帧和一个B帧组成，一起编码。21.从动画的生成方法来看，计算机动画制作涉及那些常用技术？关键帧技术、变形技术、运动捕捉技术、三维扫描技术 22.降低帧动画的数据率有哪些办法？降低帧速度或缩小画面尺寸 23.Flash逐帧动画的原理是什么？逐帧动画有哪些制作方法？ 在连续的关键帧中分解动画动作，也就是每一帧的内容不同，连续播放而成的动画。方法：用导入的静态图片建立逐帧动画（用gif、jpg、png等格式的静态图片连续导入到Flash中，就会建立一段逐帧动画）； 文字逐帧动画（用文字作帧中的元件，实现文字跳跃、旋转等特效）； 导入序列图像（可以导入gif序列图像、swf动画文件）绘制矢量逐帧动画（用鼠标或压感笔在场景中一帧帧地画出帧内容）； 指令逐帧动画（在时间轴面板上，逐帧写入动作脚本语句来完成元件的变化）24.Flash形状补间动画和动作补间动画的相似点和不同点是什么？ 形状补间动画可以实现两个图形之间颜色、形状、大小、位置的相互变化，其变形的灵活性介于逐帧动画和动作补间动画二者之间，使用的元素多为用鼠标或压感笔绘制出的形状，如果使用图形元件、按钮、文字，必先“打散”再变形。动作补间动画：构成元素是元件，包括影片剪辑、图形元件、按钮等，除了元件，其他元素包括文本都不能创建动作补间动画，其他的位图、文本等都必须要转换成元件才行，只有把形状“组合”或者转换成“元件”后才可以做“动作补间动画”。25.什么叫引导路径动画？创建引导路径动画的一般方法包括哪些要点？ 将一个或多个层链接到一个运动引导层，使一个或多个对象沿同一条路径运动的动画形式。创建引导层和被引导层、引导层和被引导层的对象、向被引导层中添加元件。26.简述多媒体计算机系统结构？ 多媒体硬件系统（实时综合处理文、图、声、像信息，实现全动态视像和立体声的处理）、多媒体软件系统（包括多媒体操作和多媒体通信软件部分）、多媒体应用程序接口（为上一层提供软件接口）、多媒体著作工具及软件（在多媒体系统的支持下利用图形和图像编辑软件、视频编辑软件、音频编辑软件等编辑与制作媒体节目素材，并在多媒体著作软件中集成）、多媒体应用系统（满足用户各种服务需求）27.扫描仪有哪几种硬件接口方式？有哪几种分辨率？并行端口接口、SCSI接口、USB接口光学分辨率、机械分辨率、内插分辨率 28.从工作原理上，触摸屏分为几种？试述各种触摸屏的工作原理及其优、缺点？ 红外线式：在屏的左边和上边各安放一排红外线发射管，屏的下边和右边对应的各安放一排红外线接收管。通常状况下红外线接收管都可以收到相应发射管的红外线信号，当手指触摸到屏幕时，某些红外线被阻断，这样通过横纵向阻断的红外线可以确定手指的位置，并通过串行口把此信息传给计算机，以进行相应的处理。红外线触摸屏分辨率通常较低，反应速度较低。程序接口也比较简单，一种是通过鼠标的模拟驱动程序，另一种是通过坐标值来确定。红外线触摸屏一般只适用于文本状态或用于菜单项的选择等对分辨率要求不是很高的交互式环境。电阻式触摸屏和电容式触摸屏分辨率很高。电阻式触摸屏由二层膜组成，膜之间有网格触点阵列，对膜的压力造成电阻的变化，从而定位压点的位置，送往计算机，通过计算机对此信息分析，即可确定手所触摸的位置并作出相应的处理。电阻式触摸屏镀上有一层金属膜，通过触摸金属膜而产生的电流变化来定位压点的位置。29.为防止非法拷贝，DVD采用了什么方法？光盘和DVD播放机上编注“防止连续拷贝的识别码”。

第三篇：MES技术简介及应用

制造执行系统(manufacturing execution system，简称MES)是美国AMR公司(Advanced Manufacturing Research，Inc.)在90年代初提出的，旨在加强MRP计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。MSE的定义

美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”。它为操作人员／管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。

制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association，MESA)对MES所下的定义：“MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”

MESA在MES定义中强调了以下三点：

1)MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶颈； 2)MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出相应的分析和处理；

3)MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。MES的现状

MES的体系结构经历了从T-IVIES向I-MES发展的历程。传统的MES(T-MES)是从20世纪70年代的零星车间级应用发展起来的。T-MES又可以分为专用MES(Point MES)和集成MES(Integrated MES)两类。专用MES是一种自成一体的应用系统，它针对某个单一的生产问题(如在制品库存过大、产品质

量得不到保证、设备利用率低等)提供有限功能(如物料管理、质量管理、设备维护、作业调度等)，或适用某种特定的生产环境(如应用于半导体和MEMS车间的MES、应用于FMS系统的MES等)。专用MES具有实施快、投入少等优点，但通用性和可集成性差。集成MES系统起初是针对特定行业(如航空、装配、半导体、食品和卫生等)特定的规范化环境而设计的，目前已拓展到整个工业领域。在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。集成化MES具有丰富的应用功能、统一的逻辑数据库、产品及过程模型等优点。但该类系统依赖特定的车间环境，柔性差，缺少通用性和广泛的集成能力，难以随业务过程变化而重新配置。

AMR在分析信息技术的发展和加陷应用前景的基础上，提出了可集成MES(Interpretable MES，I-MES)这一概念。可集成MES是将模块化、消息机制和组件技术应用到MES的系统开发中，是两类传统MES系统的结合。从表现形式上看，I-MES具有专用MES系统的特点，即I-MES中的部分功能可以作为可重用组件单独销售；同时，它又具有集成MES的特点，即能实现上下两层之间的集成。此外，I-MES还具有客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同厂商之间的集成和原有系统的保护以及即插即用(P&P)等功能。目前，基于组件的I-MES是MES的主要发展方向。主流技术

由于MES处于ERP和PCS之间，既要对ERP内部系统和ERP的外部网络收发信息，又要对PCS系统传递信息。因此，MES开发与实施涉及的关键技术包括了计算机操作系统、数据库技术、MES体系结构、开发应用技术等。此外，进行MES的开发和实施还需要考虑MES系统的可配置性。根据LogicaCMG咨询公司2005年对MES软件的调查报告，国际MES产品的主流技术情况如下：

a．支持平台方面，主要有Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Unix、Linux。

b．数据库方面，MES产品支持的数据库主要有Oracle、SQL Server、DB2、Progress、Informix、Ingress、Sybase等。

c．应用技术方面，MES系统的开发主要采用DCOM、COM手，Active-X、XML，DotNET、J2EE，ODBC、OLE、OPC等技术。

d．系统架构方面，MES系统主要采用C／S、Web使能、瘦客户端、分布式结构、负荷平衡等体系结构。

e．系统可配置性方面，部分MES厂商的产品定位是使产品尽可能适合特定 的用户群，相反有些厂商则为用户提供柔性的可配置工具来迎合客户的需求，以赢得广大的市场。报告从业务逻辑、图形用户界面、报表等方面来分析MES产品的可配置性，并通过标准化(Standard)、组件(Cornponent)、库(Libraries)和客户化定制(Custom Made)4个指标来评价系统的可配置程度。图1描述了国际主流MES产品的平均可配置性。以图形用户界面的可配置性为例，IVIES产品在大于60％的程度上提供标准功能，在27％的程度上可通过组件来配置，8％由库来支持，只在4％的程度上可实现完全客户化定制。

图1 国际主流MES产品的平均可配置性 应用情况

MES在发达国家已实觋了产业化，其应用覆盖了离散与流程制造领域，并给企业带来了巨大的经济效益。MES分别在1993年和1996年以问卷方式对若干典型企业进行了两次有关MES应用情况的调查，这些典型企业覆盖了下列的7大行业：医疗产品、塑料与化合物、金属制造、电气／电子、汽车、玻璃纤维、通讯等。调查表明企业使用MES后，可有效地缩短制造周期，缩短生产提前期，减少在制品，减少或消除数据输入时间，减少或消除作业转换中的文书工作，改进产品质量／减少次品，消除损失的文书工作。国内在“十五”期间，流程工业领域MES成为技术研究的突破口，重点面向钢铁和石化2个典型流程制造行业。目前，MES已在钢铁、石化等行业得到成功应用并开发完成了若干自主产权的MES系统，如：上海宝信MES、中国石化MES(S-MES V1．0)等。根据中国电子信息产业发展研究院的1份报告，到2003年底，共有110套MES应用于国内的钢铁企业。“十五”期间还对离散制造MES进行了探索性研究，并取得初步成效(如西飞MES等)，国内市场上也出现一些针对离散制造业的MES产品，如：ICON—MES、OrBit-MES、天为MES等。“十一五”期间，随着我国制造业信息化建设的深入开展，MES有望在我国获得更广泛和深入的应用。以下为MES在国内企业的应用实例：

案例1：

应用需求：

海尔集团内各个产品事业部信息化起步较早，大部分事业部都已成功实施了国际上主流的ERP管理软件SAP。伴随企业的发展，在SAP成功的实施应用之后，如何提高企业执行能力，就成为企业急需解决的问题。

海尔集团随着信息化的不断推进，需要在前期信息化建设的基础上，实现从订单、评审、采购、配送、制造、销售、售后服务的信息整体互动，在这过程中集团的各相关部门参与工作。如商流、海外推、资金流、研发推、定单推、制造事业部等。最终的目标是建立集团的信息化统一、完整平台，实现信息流、物流、资金流的通畅。在前期物流、资金流已经改造、整合的基础上，希望通过信息化，从信息的角度实现企业管理水平的再次提升。

在集团信息化的思路与方向下，需要产品事业部和集团的SAP信息系统统一接口，从而能够监控每一批定单的生产进度，每一批定单的投入、每一批定单的产出，以及每一个产品的主关件信息、生产信息、质量信息，不但建立订单的生命周期管理，而且对于每一个产品个体实现整个生命周期的管理。同时通过信息化的手段，企业建立公开、透明、精确的人力考核平台，实现自动计酬。

各个事业部车间生产现场的直通率，节拍，履约率等衡量生产的效率的指标数据，无法第一时间获取，通过人工统计计算增加了很多人为的操作因素，而且不能及时的反映实际的生产情况。

通过制造执行系统的实施，全面对生产线的工人实现自动计酬，真正意义上做到了多劳多得的工资计算要求，从而充分调动了员工的生产积极性。

解决之道：

满足以上需求要选择适应家电行业特点的、性能卓越的产品。海尔集团做了多方考证，在对当时市场上主要产品作了评估之后，决定选择比邻软件R2E——资源执行效率系统。

●生产计划管理：对于SAP下达的生产计划，对生产现场进行计划排产及作业调度。

●质量管理：订单质量跟踪、质量数据分析利用、检验数据管理、在制品维修管理、售后质量反馈。

●电子跟单管理：定单的生产信息数据共享，一票到底。●生产管理：作业计划管理、订单执行监控、生产数据统计。

● 产品数据管理：产品档案管理，可对采集到的产品数据进行综合管理和查询，包括装配档案、检验档案、维修档案等。

●系统接口：ERP系统接口。与ERP系统建立接口，导入物料BOM、生产订单、等相关数据；回馈ERP产品下线完工数据。

●自动计酬平台：通过自动计酬平台收集各类工资因素，进行汇总统计，实现工人、管理人员的自动计酬。

在实施过程中也遇到了一些问题，主要是R2E系统与SAP系统集成，如何做到两系统实时同步，如何确保两系统之间数据准确等等。在项目整个实施过程中，海尔集团领导亲自下一线指导工作，协助SAP系统数据较对，确保了项目的顺利进展。

系统特点：

1．开放式平台。R2E采用先进的面向对象设计模式高效封装业务逻辑，您可以基于R2E开放平台快速定制企业特殊应用需求。

2．系统集成。R2E采用符合工业标准的XML消息和协议能够非常方便地与现有的ERP系统集成。R2E也可以通过企业应用集成解决方案(EAI)实现企业所有信息系统的集成。R2E与SAP、ORACLE、SSA BPCS等领先的ERP系统实现可靠集成。

3．自动识别技术。R2E支持多种码制条形码标签，提供灵活编码规则自定义功能，快速准确采集数据。R2E可以和主流的条码打印设备(Zebra，Datamax等)直接集成，灵活高效打印条码标签。

4．高性能数据采集。R2E采用支持无线实时采集、批量采集等各种采集方

式的终端采集设备，方便、快捷的完成数据收集；或者采用符合工业标准的485通信协议组建的现场数据采集网络，实时控制采集终端。帮助您减少现场设备投资和设备维护成本。

应用效益：

■通过严格的系统管理和业务流程的优化，规范了业务操作流程，使集团规范化发展。

■人力资源价值的优化，系统的运转不再依靠手工统计汇总，方便快捷、准确及时，为管理、经营决策提供了动态、实时的信息支持。

■系统的实施可以大大加强企业的集中管理，为企业整体资源的优化提供了可能，提高企业的核心竞争力。

■系统的实现可以使企业的管理组织向扁平化发展。

■系统与管理的结合可以实现管理的规范和业务标准，可以协助企业进行业务拓展，实现分支机构快速复制。

■系统的实施可以大大降低定单损失。

■系统的实施可以优化生产制造流程，提高生产效率。

■系统的实施建立产品档案的跟踪，可以大大提升企业的质量水平。目前存在的问题

近年来我国ⅧS的研究和产业都有了一定的发展，但总体来说，与西方发达国家相比，我国无论是在MES技术深度与应用广度上都存在较大差距，主要体现在以下几个方面：

a．MES体系还不完整。基本功能不完善，缺乏过程管理与优化等面向典型行业的核心模块。针对离散制造业尚无完整、系统的MES解决方案和成熟的软件产品。

b．缺乏MES技术标准。MES的设计、开发、实施、维护缺乏技术标准，影响了MES产品的技术性能，加大了系统开发和应用的成本，与国外同类MES产品竞争没有优势。

c．集成性还没有完全解决。由于缺乏统一的工厂数据模型，MES各功能子系统之间以及MES与企业其他相关信息系统之间缺乏必要的集成，导致MES作为企业制造协同的引擎功能远未得到充分发挥。

d．通用性和可配置性较差。现有系统通常针对特定需求，很难应对企业业务流程的变更或重组。由于缺乏基于工厂数据模型的数据集成技术，系统的可配

置性、可重构性、可扩展性较差，严重制约MES系统的推广应用。

e．实时性不强。MES作为面向制造车间的实时信息系统，实时性是实现MES功能的基础。现有系统缺乏准确、及时、完整的数据采集与信息反馈机制，在底层数据的实时采集、多源信息融合、复杂信息处理及快速决策等方面非常薄弱。

f．智能化程度不高。MES中所涉及的信息及决策过程非常复杂，由于缺乏智能机制，现有MES大多只提供了一个替代经验管理方式的系统平台，通常需要大量的人工干预，难以保证生产过程的高效和优化。MES技术的发展趋势及展望

MES系统正朝着下一代MES(Next-Generation IVIES)的方向发展。下一代MES的主要特点是：建立在ISA95标准上、易于配置、易于变更、易于使用、无客户化代码、良好的可集成性以及提供门户(Portal)功能等等，其主要目标是以MES为引擎实现全球范围内的生产协同。目前，国际上MES技术的主要发展趋势体现在以下几个方面：

1．MES新型体系结构的发展； 2．更强的集成化功； 3．更强的实时性和智能； 4．支持网络化协同制； 5．MES标准化(ISA-95)。

MES软件弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的间隙，为企业提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业降低成本，按期交货，提高产品及服务质量，使企业能在全球化的竞争中立于不败之地。鉴于MES的重要性，我国将其列为“十一五”期间信息化方面重点发展的方向之一，将集中国内MES及相关领域的优势力量，力争在MES核心关键技术上取得突破，提高MES研发水平及其在重大行业中的应用能力，解决长期制约我国制造业信息化发展的瓶颈问题。具体发展思路如下：

a．综合利用成熟理论和技术，形成可适应、可重构、可集成的MES框架体系，为提高MES软件系统的跨行业通用性、适应性和协同能力提供支持。

b．基于已有的研究基础与成果，在制造系统性能分析和优化、制造过程监控与管理、智能化生产计划调度以及信息和过程可视化等MES关键技术上取得突破，开发出符合我国离散制造业和流程工业特点及需求的MES软件系统、相关工具和构件库。

c．围绕MES在航空航天、汽车、机车、石化、冶金等典型行业中的应用特点，形成适合其行业特点的典型MES应用模式，并提出相应的解决方案和技术标准。通过MES在上述行业的应用，最终形成支撑整个离散和流程制造业的MES技术体系、方法和系统，为未来MES系统的大规模推广奠定基础。

第四篇：超声波检测技术及应用

超声波检测技术及应用

刘赣

（青岛滨海学院，山东省青岛市经济开发区266000）

摘 要：无损检测(nondestructive test)简称 NDT。无损检测就是不破坏和不损伤受检物体，对它的性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。本文主要讲的是超声波检测（UT）的工作原理以及在现在工业中的应用和发展。

关键词：超声波检测；纵波；工业应用；无损检测

1.超声波检测介绍 1.1超声波的发展史

声学作为物理学的一个分支, 是研究声波的发生、传播、接收和效应的一门科学。在1940 年以前只有单晶压电材料, 使得超声波未能得到广泛应用。20 世纪70 年代, 人们又研制出了PLZT 透明压电陶瓷, 压电材料的发展大大地促进了超声波领域的发展。声波的全部频率为10-4Hz～1014Hz, 通常把频率为2×104Hz～2×109Hz 的声波称为超声波。超声波作为声波的一部分, 遵循声波传播的基本定律, 1.2超声波的性质

1）超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击（基于“空化现象”）。从而引出了“功率超声应用技术“例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”（统称“超声波加工”）等。

2）超声波具有良好的指向性

3）超声波只能在弹性介质中传播，不能再真空中传播。一般检测中通常把空气介质作为真空处理，所以认为超声波也不能通过空气进行传播。4）超声波可以在异质界面透射、反射、折射和波型转化。5）超声波具有可穿透物质和在物质中衰减的特性。

6）利用强功率超声波的振动作用，还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。1.2超声波的产生与接收

超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来说实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中压电晶体片的两面电极上时，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。弱压电晶体片与焊件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。反之，当压电晶体片收到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两面产生不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形势经探伤仪显示，这就是超声波的接收。1.3超声波无损检测的原理

超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。

目前便携式的脉冲反射式超声波探伤仪大部分是A扫描方式的，所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。譬如，在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射，反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。1.4超声波无损检测的优缺点 优点：

1）探伤速度快，效率高

2）设备简单轻巧，机动性强，野外及高空作业方便，实用

3）探测结果不受焊接接头形式的影响，除对焊接缝外，还能检查T形接头及所有角焊缝。

4）对焊缝内危险性缺陷（包括裂缝、未焊透、未熔合）检测灵敏度高 5）易耗品极少，检查成本低 缺点：

1）若工件表面粗糙，需磨平，人工多

2）探测结果判定困难，操作人员需经专门培训并经考核几个 3）缺陷定型及定量困难

4）探测结果的正确评定收人为思想束缚的影响较大 5）探测结果不能直接记录存档

6）对于形状复杂、表面粗糙、内部存在粗晶组织与奥氏体焊缝，探伤困难

2.超声波检测的应用 2.1陶瓷的无损检测 2.1.1陶瓷气孔率的检测

陶瓷的强度、弹性模量、密度等直接和气孔率有关, 有些构件的气孔率决定了它能否使用。陶瓷中超声波的传递速度v和气孔率（或密度）之间也存在某种关系, 可以通过实测得到v, 再利用式（1）、式（2）求出陶瓷的气孔率: vv0(1p)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（1）v0E0(1v)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（2）

0(1v)(12v)式中:

v0——陶瓷的气孔率为零时的理论声速;p——陶瓷的气孔率;E0——陶瓷的弹性模量;0 ——陶瓷的密度。

将气孔简化为随机取向的椭球, 均匀分布在各向同性的基体中, 用复合微观力学模型计算声速并和实测值进行比较, 由式（1）计算得到气孔率。

当陶瓷材料的理论密度已知时, 气孔率可由体密度计算而来。体密度的测量方法很多, 常用的有阿基米德法。陶瓷的内部缺陷也可以采用水浸探伤法来检测, 以水浸纵波垂直探伤法检测缺陷时, 波束路程可以直接读出。要检出微小缺陷时, 可以改用较低频率的探头。2.1.2陶瓷表面缺陷检测

对于陶瓷而言, 同一形状和尺寸的表面缺陷比内部缺陷更容易引起破坏, 因此表面缺陷的检测特别重要。通常用水浸表面波法检测陶瓷的表面缺陷, 其原理见图1。将超声波(纵波)倾斜入射到浸入水中的被检物表面, 当入射角c大于第二临界角n时, 折射声波全部沿着工件表面传播, 形成表面波, 表示为: carcsin(Cl1/Cr2)n⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3）式中:

Cl1——水中的纵波声速;Cr2——工件水浸表面波声速。

图1 水浸表面波法原理

表面波波长比横波波长短, 衰减也大于横波。同时, 它仅沿表面传播, 遇到尖锐转角或棱角时将有强烈反射回波, 曲率越大反射越强。水浸表面波在试块表面传播时, 能量可泄漏到水中, 故仅仅传播数毫米后, 水浸表面波的反射波高度就显著降低。鉴于反射波传递距离较小的振幅特性, 应尽可能使探头靠近缺陷处。

2.2钻孔灌注桩的无损检测 2.2.1检测原理

采用超声脉冲检测混凝土缺陷的基本依据是，利用脉冲波在技术条件相同（指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的时间（或速度）、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化来判定混凝土的缺陷。

超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混凝土的密实度有直接关系，对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定的混凝土来说，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当有空洞或裂缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路程增大，测得的声时必然偏长或声速降低。另外，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播时，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或频率谱中高频成分明显减少。再者经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。

根据上述原理，可以利用混凝土声学参数测量值和相对变化综合分析，判别其缺陷的位置和范围，或估算缺陷的尺寸。2.2.2适用范围

基桩超声波检测法是一种检测混凝土灌注桩完整性的有效手段，它是利用声波的透射原理对桩身混凝土介质状况进行检测，因此仅适用于在灌注成型过程中已经埋了两根或两根以上声测管的基桩。

在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收，可以测出被测混凝土介质的声学参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因而到达接收换能器的声时、波幅及主频发生改变。超声波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完整性。

对跨孔透射法，当桩径较小时，声测管间距也较小，其测试误差相对较大，同时预埋声测管可能引起附加的灌注桩施工质量问题。因此，超声波检测方法适用于检测直径不小于 800mm 的混凝土灌注桩的完整性。

3.超声波检测的发展前景

无损检测与评价技术在我国日常产品质量检验和大量在用工业和民用设备的检验中发挥了十分重要的作用。从统计结果看，我国拥有近17万无损检测人员和2000多家无损检测机构，2007年无损检测仪器的销售额达10亿元人民币左右，大专院校每年培养近千名无损检测专业的大专、本科和研究生。我国不仅对常规无损检测设备、器材和服务有着巨大的需求，而且对先进的无损检测仪器、技术和服务也有大量的需求。我国已成为一个无损检测仪器、技术和服务的巨大市场。我国的无损检测工作者已经在许多技术和领域进行了大量的研究、开发和成功的应用。

第五篇：物联网技术及应用

电子商务前沿讲座 物联网技术及应用

姓名 王丹 学号 2008012849 班级 08电子商务 完成时间 2011-12-9

物联网技术及其应用

摘要：近来，物联网屡被提及，各种迹象已经很明确的说明：在未来10-15年内我们将见证新一轮信息技术产业革命的巨大变革。本文重点介绍了物联网技术的发展以及其在相应行业的典型应用，并列举了世界重点国家的物联网发展战略，对物联网知识提供较为详尽的描述。

关键词：物联网；组网；网络架构

一、物联网概念的提出

物联网(the Internet of things)这一概念于1999年正式提出，但是最早出现在贝尔·盖茨1995年所著的《未来之路》中，当时Bill Gates 已经率先提及internet of things 这一概念，只是限于当时无线网络、硬件和传感技术的限制，并未得到广泛认同和发展。1998年，美国麻省理工大学(MIT)创造性地提出了当时称作EPC系统的“物联网”的构想；1999年，美国 Auto-ID首先提出“物联网”的概念，称物联网主要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上；2005 年，ITU发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，综 合二者内容，正式提出“物联网”的概念，包括了所有 物品的联网和应用。目前较为公认的物联网的定义是： 通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物 品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智 能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

二、主要国家的物联网发展战略

2005年4月8日，在日内瓦举办的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟专门成立了“泛在网络社会（UbiquitousNetworkSociety国际专家工作组”，提供了一个在国际上讨论物联网的常设咨询机构。根据这个工作组的报告，2005年，许多国家已经纷纷开始“无处不在物联网”的发展战略，包括日韩基于物联网的“U社会”战略、欧洲“物联网行动计划”以及美国“智能电网”、“智慧地球”等登。此外，物联网已经开始在军事、工业、农业、环境监测、建筑、医疗、空间和海洋探索等领域投入应用。2009年包括Google在内的互 联网厂商、IBM、思科在内的设备制造商和方案解决商以及AT&T、Veri-zon、中移动、中国电信等在内的电信运营企业纷纷加速了物联网的战略布局，以期在未来的物联网领域取得先发优势。

（一）、美国的物联网战略

美国非常重视物联网的战略地位，在国家情报委员会（NIC）发表的《2025对美国利益潜在影响的关键技术》报告中，将物联网列为六种关键技术之一。美 国国防部在2005年将“智能微尘”（SMARTDUST）列为重点研发项目。国家科学基金会的“全球网络环境研究”（GENI）把在下一代互联网上组建 传感器子网作为其中重要一项内容。2009年2月17日，奥巴马总统签署生效的《2009年美国恢复与再投资法案》中提出在智能电网、卫生医疗信息技术应 用和教育信息技术进行大量投资，这些投资建设与物联网技术直接相关。物联网与新能源一道，成为美国摆脱金融危机振兴经济的两大核心武器。

（二）、欧盟的物联网战略

欧洲在信息化发展中落后美国一步，但欧洲始终不甘落后。2005年4月，欧盟执委会正式公布了未来5年欧盟信息通信政策框架“i2010”，提出，为迎 接数字融合时代的来临，必须整合不同的通信网络、内容服务、终端设备，以提供一致性的管理架构来适应全球化的数字经济，发展更具市场导向、弹性及面向未来 的技术。

2006年9月，当值欧盟理事会主席国芬兰和欧盟委员会共同发起举办了欧洲信息社会大会，主题为“i2010-创建一个无处不在的欧洲信息社会”。

自2007年至2013年，欧盟预计投入研发经费共计532亿欧元，推动欧洲最重要的

（四）、我国的物联网战略

随着物联网迅速发展及欧美各国相应的制定出符合本身物联网发展的国家战略，2009年，温家宝总理在无锡考察时对物联网的发展提出了三点要求：一是把传感系统和3G中的TD-SCDMA技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网的发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国” 中心。我国开始把物联网作为我国未来重要的发展战略。

在2009年12月的国务院经济工作会议上，明确提出了要在电力、交通、安防和金融行业推进物联网的相关应用。我国已在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机和移动基站等方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。目前，我国传感网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交的多项标准提案已被采纳,中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一。我国的物联网战略实施主要分三个阶段：关键应用阶段、规模应用阶段和普遍应用阶段。

我国物联网战略规划图

关键应用阶段：以相关行业的领先企业为龙头，探索工业信息化、农业信息化和社会信息化中的关键应用，以应用创新拉动技术创新，初步形成合理的产业格局和产业价值链。领先企业引领关键应用的产业化突破是这个阶段的关键，这个阶段的成功与否对产业发展的前途至关重要。

规模应用阶段：随着技术的演进，进一步扩大物联网信息化应用的深度、范围和规模，显著提升物联网应用的信息化份额，形成物联网产业与传统产业融合互动的发展格局。

普遍应用阶段：在全国城乡建立与经济和社会发展需求相适应的普遍信息服务体系，建成完善的物联网产业链和产业布局，确立中国在全球物联网产业发展中的核心地位。

三、物联网架构

物联网经典架构主要由四层组成，自下而上分别为：感知层，传送层，运营层和应用层。如果拿人来做比喻的话，感知层就如同皮肤和五官这些视觉、触觉和嗅觉器官，主要用来识别物体，采集相关信息；经过感知层采集到的信息，途径人体神经网络（传送层）迅速传递到大脑，经过人体脑部（运营层）的汇总分析，作出应对各种复杂的情况的具体反应（应用层）。

感知层：包括传感器等数据采集设备以及相应的传感器网络。该层的主要任务是将现实社会的各种物理量通过诸多手段，实时并自动化的转化为虚拟世界可以处理的数字化信

息。感知层是物联网发展和应用的基础，RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术是感知层涉及的主要技术，其中又包括芯片研发、通信协议研究、RFID材料、智能节电供电等细分领域。

传送层：该层的主要任务是将感知层采集到的信息，通过传感器网、通信网、互联网等各种网络进行汇总传输，从而将大范围内的信息加以整合，以备处理。该层设计的典型技术如Ad-Hoc(无线自组网)、Wi-Fi、GSM、TCP/IP技术等。

运营层：该层的主要任务是将经过传输层整合汇总的信息进行分析和处理，并在必要时，将各种信息按照应用途径进行分类管理，形成新的信息基础架构，为各种应用提供信息支撑平台。该层涉及的典型技术如GIS(地理信息系统)、ERP(企业资源计划),此外，还涉及到API接口，专家系统等应用模块。

应用层：利用分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。物联网的应用可以分为监控型(物流监控、污染监控等)、查询型(智能检索、远程抄表等),控制型(智能交通、智能家居、路灯监控等)、扫描型(手机钱包、高速公路不停车收费)等。应用层是物联网研究和发展的目的。

四、物联网实现关键技术

要实现上述的物联网架构，单一的技术是难以胜任的。物联网是一系列技术以及管理有机结合的产物。下面，简要介绍支撑物联网实现的几项关键技术。

（一）、RFID技术

无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。

RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。RFID阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。

射频识别系统的基本模型如下图所示。其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标 签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。

电感耦合模型的读写器

电磁反向散射耦合型的RFID读写器

发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。

(1)电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定 律，如右图所示。

(2)电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。

电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz和13．56MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10～20cra。

电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，2．45GHz，5．8GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为3—l0m。

（二）、传感技术

传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，它是现代科学技术发展的基础条件，遵循信息论和系统论原理。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，包括传感器设计、信息处理、信息识别、遥感观测等。

网络节点作为无线传感网的主要组成，首先是一个传感器，主要实现物联网中物物、物人之间信息交换的必要部分。目前无线传感网更加关注各种信息的采集和处理，利用压缩、识别、融合和重建的方法处理采集的信息，以满足网络多元化的应用需求。

（三）、EPC系统

1999年美国Auto-ID Center 将RFID技术与Internet结合,提出了EPC(Electronic Product Code)概念。产品电子代码是物联网的主要支撑，它的载体是RFID电子标签，传递介质是互联网。电子标签、产品电子码、互联网构成了物联网的基本构想。RFID中存储的EPC,通过传感器网络识别并自动采集到中央处理系统，利用开发的计算机网络进行信息交换、处理与共享，实现物品的透明化管理。

EPC系统充分利用了RFID和网络技术的优点，很好的解决了产品的唯一标示、同时识别多个物品和“非可视化识别”问题，其最终目标是为全球的每一个物体建立全球的、开

放的标示标准。该系统由全球电子代码体系、RFID系统以及信息网络系统3部分组成，主要包括EPC编码标准，EPC电子标签，射频识别器，神经网络软件，对象名解析服务以及实体标记语言6方面。

（四）、地理信息系统(GIS)地理信息系统(GEO-information system),是一种特定的十分重要的空间信息系统，它是在计算机软硬件支持下，对整个或局部空间中的有关地理信息分布的数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

GIS所处理和管理的对象是多种地理空间实体数据及其相互关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感数据、属性数据等，用于分析和处理一定地理区域内分布的现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

典型的GIS系统结构如下：

物理网技术是构建“智慧地球”、“智慧城市”、“智慧物流”、“智慧能源”、“智慧电力”等基础，其技术的发挥，必须将每个传感器和动态信息进行空间定位，摆脱单点应用的限制。而地理信息系统正好为物联网技术的发展提供了所需的空间基础，还可以进行空间处理、空间分析、建模等功能，并且有利于跨行业、跨地区的数据共享及相互操作，是物联网发展的强劲动力和重要支撑。

（五）、智能技术

智能技术是为了有效的达到某种预期的目的，利用知识所采用的各种方法和手段，它是一些列技术的统称和综合应用。目前较为成熟的智能技术主要有：机器学习、数据挖掘、语言网格、知识网格、自主计算、神经计算、内容计算和专家系统等。智能技术的发展很大程度上促进了人们所处的物质世界的数字化、网络化和智能化。

物联网的重要价值之一在于它试图将世界中的物体以传感和智能的方式关联起来，因而智能技术也是物联网成功实现的关键技术之一。通过将智能系统植入物体，如嵌入式芯片等，使物体能够主动或被动的与用户进行沟通和交流，从而具备一定的智能性。

五、物联网技术的应用

物联网应用领域非常广泛，大到国际性军事反恐、区域性的城市交通，小到家庭、个人。当物联网与互联网、移动通讯网相联时，可随时随地全方位“感知”对方，人们的生活方式将从“感觉”过渡到“感知”阶段，并进一步过渡到“控制”阶段，应用前景十分广泛，正如IBM所描述的“智慧地球”理念一样：

“我们把智慧系统嵌入系统和流程当中，使服务的交付、产品开发、制造、采购和销售得以实现，使从人、资金到石油、水资源乃至电子的运动方式都更加智慧，使亿万人生活和工作方式都变得更加智慧。”

物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体的说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种设备中，然后将物联网与互联网整合起来，实现信息的共享，是物体达到智慧状态，并且使人类能够随时捕捉物体的动态信息，从而提高资源利用率、生产力水平，改善人与自然之间的关系。

（一）、车辆定位与监控

该类应用是将GIS系统与物联网技术充分结合，从而实现车辆的准确定位以及跟踪其实时的运转情况，如机器部件是否正常运转，汽车油耗程度等等。该类应用典型的系统拓扑结构如下：

系统描述：

 油箱传感器安装在油箱内部采集油箱液位数据；  采集和传输设备安装在驾驶室内；  中国移动GPRS覆盖整个中国地区；

 油量监控应用系统PC服务器部署在运营商IDC机房；

 企业办公网络可以通过internet,通过浏览器访问油量监控系统web获得服务；  管理人员手机访问GPRS服务，无线访问油量监系统Wap服务。

（二）、无线医疗

很难想象病人无需住在拥挤的病房就能享受到同等医疗服务，然而随着物联网技术的 快速发展，它正逐渐成为现实。通过将相应的无线监测设备与人体绑定，或者人体直接带上无线设备，或者将其植入人体的某个器官，远程的医疗服务中心就能够随时捕捉到人体的生理和病例变化，既能够提高疾病的预防能力，同时还能及时追踪疾病的监控和治疗情况，得到病人的病人的及时反馈，而且大大节省了病人的看病时间和成本，医院的病房安排。

戴着“多功能手表”

（三）、智能电网

优化电力工业的结构和布局，减轻电力发展对资源和环境的依赖，是我国电力工业当前和今后一个时期必须给与高度重视的一个重要问题。物理网技术的成熟为解决这一难题提供了可行的解决方案。在当期整个电力系统的生产、储存、配送、输送和消费的各个环节，存在着生产效率低下、传输浪费严重、配送安排不合理以及消费不能及时反馈的诸多问题。智能电网则通过终端遥感器在客户之间、客户和电网公司之间形成及时链接的网络互动，实现数据的实时、高效、双向的效果，从而提高电网的综合效率。在智能电网的指导下，电力资源将在充分满足用户需求的情况下，实现合理的生产、科学合理的配送计划、以最低的成本进行电力传输；而不再是由供向需的单方向流动。

（四）、智能物流

物联网最重要的应用是现代物流领域，该领域明确提出要把物联网最为发展的重点。目前我国物流领域成本偏高，占总成本的18%-20%。物联网在物流管理中的应用目标是通过物联网的建设，形成集成化的信息平台，实现物流系统的现代化。具体来说，可利用物联网相关技术对包裹进行统一编码，嵌入EPC标签，这样在物流途中就可以实施监控，有利于及时发现物品运输过程中出现的问题；另外，通过RFID技术读取EPC编码，并将其传输到数据处理中心，可供企业和消费者实时查询，切实增强用户满意度，有效提高物流服务质量。

（五）、农业生产

物联网在农业生产上的应用同样广泛，主要体现在远程控制和实时采集方面。智能农业可以通过无线信号收发模块传输数据，实时监控大棚的温湿度、光照、土壤酸碱性、CO2浓度等影响农作物生长的重要因子，并随时进行科学处理，从而确保农产品的正常生长，提高农作物产量和质量。另外，在农作物的销售环节，可以运用成熟的物联网技术在农产品基地与消费者之间搭建网络消费平台，这样可以让消费者了解农作物的生长过程，从而在最为需要的时候购买到最为舒心的产品。

六、结语

继计算机、互联网两次浪潮之后，物联网技术定义应用和普及必将带来新一轮信息产业浪潮。事实证明，这一趋势已经不可阻挡。它不仅会带来产业的变革，还会对管理模式、人们的生活方式产生深远影响。随着物联化与智能化技术的不断提高，智慧将充斥在地球的每一个角落，我们将享受到最新的科技文明成果，并依靠这一成果科学合理的规划、指导工业生产、农业安排、医疗卫生、城市交通、能源开发、自然保护等等，我们期待这一天的早日到来，并为之而不懈努力。

参考文献：

[1] 呈

曼 王让会，《物联网技术与应用》，《物联网与地理信息系统》，2010。[2] 甘志祥，《物联网的起源和发展背景的研究》，《现代经济信息》，2009。[3] 百度百科，www.xiexiebang.com。[4] 《物联网周刊》，2010年03月