第一篇：专业前沿讲座
专业前沿讲座心得体会
学院:机械工程学院 班级:10锻压一班 姓名: 学号:
“专业前沿讲座”院级选修课为2013年新增课程，目前为2010年级学生开设，由专业的多名老师共同授课。在每周一节课的两个学时里经过不同的老师来授课，我学到了很多。他们讲的内容虽然不尽相同，但是其精彩程度深深地吸引了我，为我的大学生活打开了一扇窗。尽管各位老师讲的内容很深奥，以我现在的水平还不是太懂，但我相信在不远的将来我会明白的。
为了更加了解锻压专业前景，我特意的去查了一下我所学的专业的相关资料。
锻压是机械制造的基础工艺之一，是制造机械产品不可缺少的一个重要环节，在国民经济中占有举足轻重的地位。它是装备制造领域，特别是机械、汽车、军工、航空、航天等工业中不可或缺的主要加工工艺。锻压生产制造能力也是衡量一个国家工业水平的重要标志。
锻压可分为锻造和冲压两大类。锻压和冲压这两大类里又能分出许多类，包括自由锻、模锻、镦锻、挤压、拉拔、旋转锻造以及冲裁和成形。
当前世界机床技术发展形势
目前世界锻压设备的发展趋势是：集机械、电子、液压、气动及检测等方面的最新技术于一体，自动化程度高、换模快速、工作可靠、噪声低、防护完善、精度高。近年来又发展了数控系统，能和电子计算机、工业机器人、自动换模系统及自动仓储等相结合，构成多种系列的柔性制造单元和柔性制造系统，并向现代集成制造系统方向发展。
当前的世界机床工业，欧亚美三足鼎立，欧洲实力最强。德日美三大工业发达国家，均在充分发展大批量生产自动化的基础上，努力发展数控机床，实现中小批量柔性生产自动化。而一些发展中国家，也跟随这一趋势，竞相发展数控机床。
中国锻压行业现状
作为机械制造业的基础行业，锻压行业对装备制造业和国防建设具有重要的影响，也是国际工业化程度的重要标志。锻造部门自身的专业化、规模化和集约化水平不高，经营管理方式粗放，技术水平提高缓慢，制约了行业发展，导致锻造行业出现了大而不强的局面。部分大型成套设备所急需的技术含量高、质量好、性价比高的锻件还依赖进口，制约了我国装备制造业的发展和技术水平的提高。近年来，我国的锻造行根据国家大力发展装备制造业的产业政策和市场需求，进行了产业结构调整，优化了行业的整体结构和产品结构，实现了产品升级和技术换代，提高了行业的整体水平，国产化水平逐步提高，缩短了与国外先进水平的差距。虽然我国已成为世界锻压大国，但还不是世界锻压强国。我国锻压生产与世界先进国家和地区还存在较大差距。从以下的方面可以看出我国与他国锻压方面的不同于差距。（1）锻件类别
日本作为当今世界上锻压生产先进国家，其模锻件占总量的82.6%，自由锻件占5.5%，环形件占11.9%，我国模锻件占65%，自由锻件占35%；日本在模锻件中冷锻件占5.8%，我国仅占1%（不包含标准件）；日本铝锻件占1.9%，我国仅占0.1%。
（2）精密化
温锻件比热锻件精密度高得多，而冷锻件又比温锻件高得多。与机械加工相比，精锻件可降低成本80%～90%，降低劳动成本95%，节约物资95%，与一般模锻相比，精锻可降低成本60%～70%。正因如此，各国都在发展精密锻件，尤其日本，一辆轿车上，除30kg标准件为冷锻件外，还有50kg冷锻件；欧洲一辆轿车有40kg冷锻件，而我国仅5kg。
（3）劳动生产率
日本全员劳动生产率为175t/人·年，印度为16。5t/人·年。我国最具代表性的汽车锻造公司的全员劳动生产率为50t/人·年，浙江温州地区统计约为18。7t/人·年。
（4）能源消耗与环保
我国能源总量为世界第三位，能源消费是世界第二位，占世界总消费量10%，能源利用率只达32%，日本为57%，而每百万美元GDP的CO2排量3077。7t，是日本的11.8倍，印度的1.4倍。
（5）高中低档产品的构成比例
工业发达国家高、中、低档产品的构成比例为10∶6.5∶2.5。而我国高、中、低档构成比约为1∶19∶80。
（6）模具寿命
我国热锻模寿命一般在4000～5000件，主要受工艺设计、锻造设备、加热、润滑等因素影响，国外磨具寿命在10000～15000件。模具寿命是影响锻件成本的主要因素，提高锻模的寿命是锻造企业共同的使命。
（7）外贸出口
由于我国政府对出口产品的档次和质量没有限制，而且没有形成行业标准。所以，技术含量低、质量差的产品，由于有价格优势最先大量出口。这样，中国锻压产品在国外留下了不好印象。误认为中国制造的所有产品质量差，这样高品质的产品也很难以高价位出口。而工业发达国家都有自己的行业标准，规定本国出口产品标准，并限制进口产品的档次和质量，既能保证进口产品的质量，又能提升本国产品的国际竞争力。目前国内专业从事冲压的企业发展很快，特别是专门从事小型冲压件生产的企业。这些企业主要特征是提供零件或成套部件。由于许多拉深类冲压厂都归属于主机厂，因此，这类冲压件市场很不完善和健全，几乎是自由式生产模式。但这一点，中小型冲压件市场就比较成熟。经过多年的不懈努力，国产锻压机床整体水平有了突飞猛进的提高，由我国自行设计制造的机床完全满足了实际生产需要。但与国外同类产品比较，差距显而易见，最突出的问题是高精尖的机床不多，主要还是技术上的核心竞争力不足。比如，在伺服压力机、高速压力机、高精高速的激光切割机、数控冲床、冲剪折的复合加工机、机器人连线的弯折生产线、数控系统、CAD系统等作用越来越突出的计算机技术上，我们需要做的工作还有很多。
由以上七点可以看出我国与发达国家的差距还是很大的，无论是从技术方面还是质量方面。尽管我国的产量方面在世界的前列，但是质量方面还是差太多，尤其是高档产品的生产方面。所以还是证明了“科学技术是第一生产力”。
但是从另一方面也可以看出我国在锻压专业方面人才的需求量也是很大的。
中国锻压行业市场前景分析
锻压机床的发展与汽车工业的发展密切相关。世界锻件中超过一半都用在汽车行业，而汽车行业近几年在中国的发展突飞猛进，与工程机械行业、机床行业齐头并进，成为机械行业发展的中流砥柱。
运用时间序列分析预测方法和PASWstatis－tics18预测2011年和2012年汽车产销量。由分析模型可预测中国汽车2011的产销量分别为2248万辆和2231万辆，2012年的产销量分别为2672万辆和2657万辆。由此可知，中国的汽车产销量最近两年还会继续增加，但由以上预测的数据可知，2009年和2010年的汽车产能过剩，未来两年的汽车产能还将过剩。所以中国的锻压行业市场既存在着机遇，也有危机，需要开阔更大的国际市场。
国内锻造企业主要以各类碳钢为原材料，而如钛、镁、铝合金等尖端材料的锻造因工艺落后、成品率低等原因主要还是依赖进口，锻件的能源成本也远高于国外水平。近年来国家对装备制造业日益重视，在发改委等主管部门的领导下，发挥协调作用，组织多行业联合攻关，有针对性地开展特殊材料、专用锻件的国产化研发，在很多方面打破了国外的垄断和封锁。“提升大型铸锻件、基础部件、加工辅具、特种原材料等配套产品的技术水平”已纳入了《装备制造业调整振兴规划》中，为国内锻造行业的发展创造了良好的政策环境。发行人经过多年来对高速重载齿轮锻件的研发、生产和经验积累，在研发设计、工艺制造、后续检测等方面都申请或拥有了国家发明专利或专有技术，在材耗能耗方面，发行人通过“逐次控制变形技术”生产各类锻件，提高了材料利用率，节约了材料成本；在能耗方面，发行人采用“燃气加热炉温度均匀性控制技术”、“精密锻造技术”、“温热成形组织性能控制技术”等专有技术。
以上资料均是我在网上查资料的来的，虽然不是很全面，但是可以看出在汽车制造方面锻压专业的前景还是很大的，随着技术的发展、产业的扩大，在锻压技术人才方面的需求也会越来越多。
我相信只要在现阶段我们不断地努力学习，熟练掌握我们所学的知识，让我们的大学时光不荒废，无论锻压的前景如何，我们也一定会有一个很好的结果。
第二篇：机设专业前沿讲座-最新
机械专业前沿讲座
姓 名：
专 业：机械设计制造及其自动化
年 级：
学 号：
数控机床产品的创新策略
摘 要：近年国产加工中心产业尽管在产量和销售额上取得巨大的进展，但由于过分依赖模块化设计、功能参数选择单一化所引起的产品趋同的现象导致低价竞争，严重腐蚀国产机床企业的竞争力。反观加工中心国际市场的领先企业在竞争时采取的是非对称的技术对抗战略，力求以差异化创造和保护自身的核心价值。对比显示我国机床产业有必要加强产品差异化的规划。关键词：产品创新；数控机床
CNC machine tool product innovation strategy Abstract:In recent years,domestic processing center industry in spite of production and sales,has made great progress,But as a result of excessive reliance on modular design,function parameters choice for a single the product homogenization phenomenon leads to low price competition,Serious corrosion of domestic machine tool enterprise competitiveness.Strive to create differentiation and protect its core value.Comparison of China`s machine tool industry it is necessary to strengthen the planning of product differentiation.Key words:Product innovation;CNC machine tool
前言
机床是一个国家制造业发展的基础。我国在第十一个五年规划中订下振兴装备制造业的目标，明确提出 “全面贯彻落实科学发展观必须提高自主创新能力”并重点表明 “要提高大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件的水平”，以支持能源、运输、信息、材料等战略性产业的发展〔１〕。为此，我们必须对机床产品创新进行研究，以摆脱我们只能制造基础装备，“大型、高精度数控机床大部分依赖进口的现状” 〔２〕。本文以机床产品中具有代表性的品种—加工中心为研究对象，研究加工中心的创新现状，可以反映出整体机床产业的情况。
1国产机床产业现状
目前我国进口立式加工中心以高端产品为主，２００６年我国进口立式加工中心 ９９７８台，总值 ８．１４亿美元〔３〕，以此推算每台平均价 ８．１６万美元，比同类国产机床的平均售价高 １００￣２００％。我国的立式加工中心的商品化在上世纪 ８０年代起步，步入 ２１世纪开始随着国内市场需求上升以较高速度增长，见图 １，市场占有率和进口产品保持均势，占全总销售量的 ２０￣３０％，占据国内市场的中、低端。在我国生产的各种加工中心当中，立式加工中心产量最大，占全部加工中心产量的 ３／４，同时也是发展最快、新产品最多的加工中心品种，２００４年已取代数控车床成为年新产品开发数的首位，其中工作台宽度小于６００ｍｍ的占立式加工中心生产量的 ７０％左右，工作台宽度在大于 ６００ｍｍ小于 １０００ｍｍ和工作台宽度大于１０００ｍｍ的各占立式加工中心生产量的 １５％左右〔４〕。（１）产品趋同。国产立式加工中心产品最明显的一个特点是总体方案非常相似，ＸＨ７１５是较多企业模仿的机体设计，见图 ２，此方案采用单立柱结构，垂直运动由主轴沿立柱运动实现，水平运动由工作台移动实现。高速化方面国产的大部分是在现有的 ＸＨ７１５机体上增添高速电主轴，与国外专门为高速加工研制的机体相比性能差距明显。国产立式加工中心制造企业很少进行加工活动，机体铸造和加工主要委托外包生产商按设计供应，而大部分其它子系统和零部件均通过对外采购取得，企业在生产场地进行的主要是样机试制和产品装配、检验工作。国产立式加工中心的结构单一性造成了一个机床产业的独特现象：出现了专门供应标准机体的供应商，让部分立式加工中心的生产企业可以放弃机床设计环节，外购所有子系统，完全把精力集中在组装环节上。（２）低价竞争。对Ｘ、Ｙ、Ｚ轴行程为８００、５００、５００ｍｍ的两种档次的立式加工中心进行直接材料成本估算，图３显示生产企业付出的直接材料费用约１８万元左右，是组装成本的１３倍。在直接材料成本不断上升的同时，国产立式加工中心在市场上的价格下限却在逐年下降，现时上述规格的国内品牌加工中心价格低端在２０万元左右，这类立式加工中心，已形成一定的生产批量。与国外同类产品相比，有一定性价比优势，在质量的稳定性、可靠性和交货期上还有差距。然而，国产加工中心的性价比优势是由价格竞争所换取的，从使用制造装备的角度看，用户的普遍需求是 “快挣钱、多挣钱、少花钱”，追求的是投资回报，需要的是能够帮助他们实现这一切的产品。由于国产加工中心结构设计趋同，其性能和投资回报也会相近，用户的选择标准因此就转向降低价格、降低付款条件等，以期减少投资成本或降低投资风险。从图 ３可见，数控系统在成本中占的比例最大，国内外产品的价格差也最高，价格下调的空间最大，但是由于数控系统的国产化进展缓慢，市场仍然由少数国外品牌占据，因此在加工中心价格下调的趋势中，国外数控系统品牌仍然有强大的议价能力，加工中心制造企业在无法裁减功能部件成本的情况下，只能降低组装成本、固定成本和利润。2趋同现象的分析
（１）模块化设计。产品开发是具有排他性的活动，企业为了保护核心能力，会阻止竞争对手得到推出相似产品的能力。如果趋同现象出现，就代表了生产该种产品的所有能力都可以在市场上自由取得，某个企业无法独占。加工中心的技术现状正是如此，而模块化设计则是加工中心技术市场化的基础。模块化设计（ＭｏｄｕｌａｒＤｅｓｉｇｎ）的基本原理是将复杂的产品和系统分解为简单、独立、功能单一的部分，再把各部分搭配出各种复杂的产品〔５〕。模块化设计思想强调部件的互换性，因此模块化的产品比较容易单独对其中某一个部件进行技术革新而不影响产品的其它部分，达到降低开发成本，加快开发速度的效果。过去对模块化设计的研究证明，模块化产品设计带来的负面效果，是降低出现突破性创新的机会。据文献 〔６〕分析，美国过去２００年专利发明的关联性发现，虽然模块化可以降低产品功能部分的互相影响，令功能部分的创新更加容易、频繁，但产品存在功能部分的依赖性有助于促发突破性创新，产品模块化的同时，出现突破的、根本的创新可能性将受到影响。（２）参数化设计。自然淘汰是市场经济的基石，当市场上出现相同用途的产品时，性价比最高的产品必然会把稍差的产品淘汰。为了容易理解和比较，客户会将产品的总体分解和简化为少数直观的、可量化的功能参数。市场上普遍采用的功能参数会压倒其它性能成为加工中心制造企业的主要努力对象，加工中心制造企业
没推出相异产品的意欲，其主要原因是市场上加工中心评价参数的片面性。从我国传统机床设计界的角度看，客户选购产品的主要考虑点是产品功能与客户的典型加工任务匹配，次要考虑是价格，在满足加工任务的前提下，尽量节约投资。在这种思想指导下，处于国际上金属切削工艺研究前沿的课题，因为使用了诸如切削效率〔７〕、动态精度、热稳定度、精度保持性等，较为抽象、难于检测或未有公认量化标准的功能参数，因此未被国内加工中心制造企业用作开发新产品的标杆。企业对如何更有效帮助客户 “快挣钱、多挣钱、少花钱”的努力只是限于提升个别部件的技术参数，这种以部件技术参数为本的观点，令企业无法发掘产品开发机遇。3产品差异化的案例
设计模块化、技术市场化已经在加工中心制造领略实行多年，从国外成功的例子可以看到，在保留模块化设计思想的同时，通过针对特定市场区间，提供独一无二的产品是规避趋同竞争，保持价值的有效办法。利用产品差异化（ＰｒｏｄｕｃｔＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）是达到这种效果的产品开发策略。德国 ＤＭＧ公司的机床设计采取一体化机体策略，以单体式（ＭｏｎｏＢＬＯＣＫ）或双体式（ＤｕｏＢＬＯＣＫ）结构取代传统的机床大件结合方式，达到提高机体刚性、减少组装步骤、降低组装误差的效果〔８〕。ＤＭＧ的另一项技术革新是采用直线电机驱动运动系统，和传统伺服电动机加滚珠轴承的方案相比，直线电机驱动能提供更高的加速度，同时简化机体结构。图３国产中、低档加工中心产品的直接材料成本构成的估算瑞士米克朗公司的机床设计特色之一是使用人造大理石材料，浇注成封闭型单体床身，该材料的震动阻尼特性和热稳定性较铸铁为佳，此外采用冷浇注的人造大理石大大降低生产成本和简化组装。森精机制作所的机床总体设计侧重平衡作用在机床上的力矩。在机体设计上，森精机独特的双跨孔龙门布局令龙门置于 Ｙ轴导轨的中间位置，缩短主轴箱的悬空从而减少其翻转力矩。此外，森精机机床的运动系统采用了独特的重心驱动，重心驱动技术从根本上消除了加工点的移动方向改变后立即出现了切削痕迹不规则和紊乱的现象，达到提高加工精度和延长刀具寿命的效果。从以上 ３家立式加工中心企业的近期产品可以看出，各家企业都谨守 ９０年代沿用至今的制造战略，大量使用外部提供的通用子系统和功能部件，并在总体方案设计上力求与众不同。4小结
一款加工中心在市场中的竞争力，很大程度在总体方案阶段就已经决定了，机体结构和运动系统的布局如果没有特色，不能对独特的客户群带来无可代替的优点，哪怕是选配最好的功能部件，都不会对机床的生产者带来更多的利润。决定产品总体方案的产品计划和产品定义设计环节，以及更早的模糊前期（Ｆｕｓｓｙｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ）对机床开发的最终效益影响最大，但相关的理论研究较少。现时国内机床制造企业对如何组织参与发掘产品机遇的部门、客户需求、内部限制和中、长期目标如何反映到产品定义上、如何监控产品定义不会在开发过程中偏离原意等问题，均没有深入的思考。对以上问题的探索，必然有助提升机床企业的核心竞争力。
参考文献：
〔１〕艾兴．高速切削加工技术〔Ｍ〕．北京：国防工业出版社，2003． 〔２〕张伯霖．高速切削技术及应用〔Ｍ〕．北京：机械工业出版社，2002． 〔３〕席俊杰．高速切削的关键技术及应用〔Ｊ〕．润滑与密封，2008，5．
〔４〕张曙.数控机床发展的新趋势〔Ｊ〕．全国数字化设计与快速制造技术研讨会，2005,3 〔５〕聂福全．现代高速加工的特点及要求〔Ｊ〕．现代零部件，2005,1.
第三篇：专业前沿讲座心得体会
、专业前沿讲座
心得体会
信管1401 陈春月
学号 2202140101
2016年11月10日
南京工业大学经济与管理学院
浅谈VR技术和启示
一．简介
虚拟现实（Virtual Reality），简称VR技术，也称人工环境。利用电脑或其他智能计算设备模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身历其境一般。VR显示原理分析：用户带上特殊眼镜，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼只能看到偶数帧图像。奇偶帧之间的不同产生视差（立体感）。
二．案例：淘宝BUY+ Buy＋利用TMC三维动作捕捉技术捕捉消费者的动作并触发虚拟环境的反馈，最终实现虚拟现实中的互动。简单来说，你可以直接与虚拟世界中的人和物进行交互。甚至将现实生活中的场景虚拟化，成为一个可以互动的商品。
三．VR虚拟现实技术特点
沉浸式：Buy＋利用TMC三维动作捕捉技术捕捉消费者的动作并触发虚拟环境的反馈，最终实现虚拟现实中的互动。简单来说，你可以直接与虚拟世界中的人和物进行交互。甚至将现实生活中的场景虚拟化，成为一个可以互动的商品。
交互性：交互性就是通过硬件和软件设备进行人机交互，包括用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度。虚拟现实应用中，用户将从过去只能通 过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息交互，升级为用多种传感器(眼球识别、语音、手势乃至脑电波)与多维信息的环境交互，逐渐与真实世界中的交互趋同。
四．发展趋势
北京时间1月24日早间消息，苹果对《金融时报》确认，已招聘虚拟现实和 现实增强领域的顶级研究者道格·鲍曼（Doug Bowman）。这表明，苹果正在关注虚拟现实市场。
在 VR 领域试水之后，三星与 Oculus 合作生产了 Gear VR。这一举动意味着 VR 技术将会是这家公司未来的商业战略的重要组成部分。
在去年微软的 Build大会上，微软推出了其全息眼镜HoloLens，这是一款独立的增强现实头显计划本月发货给开发者们。一些开发商在developer kit的3000美元售价上犹豫不决。尤其是考虑到该头显相对较低的视野这一方面更加剧了他们的犹豫。尽管如此，微软仍可以说是世界上最好的计算机视觉研究团队了。并且此项研究有可能以后会促进带有相当强的能力的设备的进步。
自2014年 Facebook收购 Oculus 后，似乎每月都有一个新的大公司加入虚拟现实行业，所以对昨天亚马逊加入VR这一重磅信息并不觉得新奇。这也似乎预示着各大科技巨头公司都已为下一代计算做好了准备。VR技术的未来将更加明朗。
五．VR技术应用 1.学校教育：
试想学校教育遇上VR虚拟现实技术，是否会产生奇妙的反应呢？学生们戴上VR眼镜，仿若进入某个课程的虚拟场景的三维环境里，进行人、物、景的多重交互，即可重现历史场景或现实中肉眼无法观察到物体的多维展示。美国一个公司开发了教育类的VR虚拟产品，3D眼镜，一支电子笔与一台特制电脑就可以实现相当逼真的场景虚拟。如学生们坐在教室里，就可通过这些虚拟设备来访问历史古迹，电脑里虚拟的场景带学生亲临现场感知每个方位的场景，甚至与历史名人面对面站立领略其风采。
2.医疗培训
在过去的几十年里，VR技术和仿真技术主要是运用在医疗培训及教育中。现在外科手术模拟器对于外科医生的培训而言是非常宝贵的工具，而医院也通常要为此花费无数，毕竟没有真人会愿意成为实习外科大夫练习手术技能的“小白鼠”。如今，随着可视化仿真技术和压力反馈技术的深入结合，很多厂家推出了让临床医生在练习外科手术时可以享有视觉及触觉上的双重体验的产品，Medical Realities家的The Virtual Surgeon就是很典型的例子，这款产品通过结合360度视频、3D技术以及交互式内容，让你能够身临其境地参与外科手术的全过程。六．启示
放假有幸用VR眼镜看了一部电影，对于用VR眼镜看电影的感觉是仿佛在家看3D电影，VR技术让二维平面的电影变成三维立体式成像，视觉听觉感受更加深刻，而VR技术在教育与医学上的发展必将对人类社会产生重要作用，听老师说有学长致力于VR技术的工作，佩服学长明锐的判断，在VR技术还未被大众熟知的时候就能明锐判断出其未来发展趋势。不过如今的VR技术还未发展成熟，还有很长一段路要走，作为新时代的而大学生，应该对未来技术发展有所了解，更应该学习知识，跟上时代发展的脚步
第四篇：前沿讲座
计算机视觉学科前沿知识
计算机视觉就是用计算机来模拟人的视觉系统，实现人的视觉功能，通常是指用摄像机和计算机代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等，从而实现对客观的三维世界的识别。人与其他动物一样，视觉、听觉、触觉等感官功能的产生，首先在于进化过程中生存的需要。根据美国心理学家Gibson的理论，人的视觉不管有多少用处，但主要功能可概括为适应外界环境和控制自身的运动。看到汽车冲过来，你会赶快回避；看到前面有激流，你不会冒然趟过去。“适应外界环境和控制自身的运动”还是比较抽象的概念。事实上，为了适应外界环境和控制自身的运动，视觉系统需要能识别物体（可想而知，一个人连亲戚、同事、朋友都不认识，会怎样生活），能判断物体的运动以及确定物体的形状和方位（否则，无法抓取物体）。所以，物体识别、物体定位、物体三维形状恢复和运动分析，就构成了计算机视觉的主要研究内容。
随着自动化水平不断的提高，机器视觉在自动化行业中应用也是越来越多，而机器视觉在我国可以说处于刚起步发展阶段，机器人视觉是一门新兴的发展迅速的学科，八十年代以来, 机器人视觉的研究已经历了从实险室走向实际应用的发展阶段。从简单的二值图象处理到高分辨率多灰度的图象处理,从一般的二维信息处理到三维视觉机理以及模型和算法的研究都取得了很大的进展。而计算机工业水平的飞速提高以及人工智能、并行处理和神经元网络等学科的发展,更促进了机器人视觉系统的实用化和涉足许多复杂视觉过程的研究。
目前，机器人视觉系统正在广泛地应用于视觉检测、机器人的视觉引导和自动化装配领域中。在现代化的大生产之中，视觉检测往往是不可缺少的环节。比如，汽车零件的外观，药品包装的正误，IC字符印刷的质量，电路板焊接的好坏等等，都需要众多的检测工人，通过肉眼或结合显微镜进行观测检验。大量的人工检测不仅影响工厂效率，而且带来不可靠的因素，直接影响产品质量与成本。另外，许多检测的工序不仅仅要求外观的检测，同时需要准确获取检测数据，比如零件的宽度，圆孔的直径，以及基准点的坐标等等，这些工作则是很难靠人眼快速完成。近年来发展迅猛的机器视觉技术解决了这一问题。机器视觉系统一般采用CCD照相机摄取检测图象并转化为数字信号，再采用先进的计算机硬件与软件技术对图象数字信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图象特征值，并由此实现模式识别，坐标计算，灰度分布图等多种功能。然后再根据其结果显示图象，输出数据，发出指令，配合执行机构完成位置调整，好坏筛选，数据统计等自动化流程。与人工视觉相比较，机器视觉具有精确，快速，可靠，和易数字化等优点。
机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。产品的分类和选择也集成于检测功能中。例如生产线上的单摄像机视觉系统，它的视觉系统用来检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。图像获取设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的软件和硬件系统；输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS其它系统集成。
由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。过去，许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。以日光灯为例，在使用的第一个100小时内，光能将下降15%，随着使用时间的增加，光能将不断下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。由于存在上述问题，在现今的工业应用中，对于某些要求高的检测任务，常采用X射线、超声波等不可见光作为光源。但是不可见光不利于检测系统的操作，且价格较高，所以，目前在实际应用中，仍多用可见光作为光源。
机器视觉系统中，视觉信息的处理技术主要依赖于图像处理方法，它包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容。经过这些处理后，输出图像的质量得到相当程度的改善，既改善了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。图像的增强用于调整图像的对比度，突出图像中的重要细节，改善视觉质量。通常采用灰度直方图修改技术进行图像增强。图像的灰度直方图是表示一幅图像灰度分布情况的统计特性图表，与对比度紧密相连。图像的数据编码和传输，数字图像的数据量是相当庞大的，一幅512*512个像素的数字图像的数据量为256 K字节，若假设每秒传输25帧图像，则传输的信道速率为52.4M比特/秒。高信道速率意味着高投资，也意味着普及难度的增加。因此，传输过程中，对图像数据进行压缩显得非常重要，数据的压缩主要通过图像数据的编码和变换压缩完成。图像边缘锐化处理主要是加强图像中的轮廓边缘和细节，形成完整的物体边界，达到将物体从图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。图像分割是将图像分成若干部分，每一部分对应于某一物体表面，在进行分割时，每一部分的灰度或纹理符合某一种均匀测度度量。图像的识别过程实际上可以看作是一个标记过程，即利用识别算法来辨别景物中已分割好的各个物体，给这些物体赋予特定的标记，它是机器视觉系统必须完成的一个任务。
在本世纪四、五十年代发展起来的线性滤波器以其完善的理论基础，数学处理方便，易于采用FFT和硬件实现等优点，一直在图像滤波领域占有重要地位，其中以WIENER滤波器理论和卡尔曼滤波理论为代表。但是线性滤波器存在着计算复杂度高，不便于实时处理等缺点。虽然它对高斯噪声有良好的平滑作用，但对脉冲信号干扰和其它形式的噪声干扰抑制效果差，信号边缘模糊。为此，1971年，著名学者TUKEY提出非线笥滤波器——中值滤波器，即把局部区域中灰度的中值作为输出灰度，并将其与统计学理论结合起来，使用迭代方法，比较理想地将图像从噪声中恢复出来，并且能保护图像的轮廓边界，不使其变模糊。近年来，非线性滤波理论在机器视觉、医学成像、语音处理等领域有了广泛的应用，同时，也反过来促使该理论的研究向纵深方向发展。
第五篇：前沿讲座
智能控制及其应用
院 － 系： 信息工程与自动化学院 专 业： 模式识别与智能系统 年 级： 2011 级 学生姓名： 朱 丹 学 号： 2011204082 任课教师： 杨承志、冯丽辉、万舟
2011年11月
摘要
智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、信息论、系统论、仿生学、进化计算和计算机等多种学科的高度综合与集成，是一门新兴的边缘交叉学科。智能控制的主要方法有人工神经网络、模糊控制与专家系统，为解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题提供了有效的理论和方法。目前，智能控制已经被广泛应用于工业、农业、服务业、军事航空等众多领域，具有广阔的发展前景。
关键词： 智能控制 人工神经网络 模糊控制 专家系统
ABSTRACT
Intelligent automatic control is the advanced stage of development of automatic control．It is comprehensive and integrated subject of artificial intelligence, cybernetics, information theory, system theory, bionics, evolutionary computation, computer and so on.It is a new edge of the overlapping subject.The main method of intelligent control are following：artificial neural network , fuzzy control and expert system.In order to solve the complex control problem which is difficult to solve by the traditional methods.It provides effective theory and method.At present, the intelligent control has been widely used in industry, agriculture, services, military aviation, etc, and has a broad development prospects.Keywords: intelligent automatic control artificial neural network fuzzy control expert system
引言
随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出了新的挑战，促进了智能控制理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。智能控制不仅包含了自动控制、人工智能、系统理论和计算机科学的内容，而且还从生物学等学科汲取丰富的营养，正在成为自动化领域中最兴旺和发展最迅速的一个分支学科。
一、智能控制的基本概念和特点
传统的控制方法是建立在被控对象的精确数学模型之上的，而智能控制是针对系统的复杂性、非线性、不确定性等提出来的。IEEE控制系统协会把智能控制归纳为：智能控制系统必须具有模拟人类学习和自适应的能力。一个智能控制系统一般应具有以下一些特点：
1.智能控制具有混合控制特点，系统能以知识表示非数学广义模型和以数学表示的混合控制过程，采用开闭环控制和定性决策及定量控制相结合的多模态控制方式；
2.智能控制系统具有足够的关于人的控制策略、被控对象及环境的有关知识以及运用这些知识的能力；
3.智能控制系统具有自学习、自适应、自组织能力，能从系统的功能和整体优化的角度来分析和综合系统，以实现预期的控制目标； 4.智能控制系统有补偿及自修复能力；
5.智能控制系统能对复杂系统(如非线性、多变量、时变、环境扰动等)进行有效的全局控制，并具有较强的容错能力。
二、智能控制的主要方法 2.1 模糊控制
模糊控制是基于模糊推理和模仿人的思维方法，对难以建立精确数学模型的对象实施的一种控制，其成功应用的根源在于模糊逻辑本身提供了由专家构造语言信息并将其转化为控制策略的一种系统的推理方法，以模糊集合、模糊语言变量与模糊逻辑推理为基础，以先验知识和专家经验为控制规则。其基本思想是用机器模拟人对系统的控制,就是在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段,实现系统控制。在实现模糊控制时主要考虑模糊变量的隶属度函数的确定,以及控制规则的制定二者缺一不可。
2.2 专家控制
专家控制是智能控制的一个重要部分，它在将人工智能中专家系统的理论和技术同自动控制的理论和方法有机结合的基础上，在未知环境下模仿专家的智能，实现对系统的有效控制。专家系统一般由知识库、推理机、解释机制和知识获取系统等组成。知识库用于存储某一领域专家的经验性知识、原理性知识、可行操作与规则等，可通过知识获取系统对原有知识进行修改和扩充。推理机根据系统信息并利用知识库中知识按一定的推理策略来解决当前的问题。解释机制对找到的知识进行解释，为用户提供了一个人机界面。通过对知识的获取与组织,按某种策略适时选用恰当的规则进行推理,以实现对控制对象的控制。专家控制可以灵活地选取控制率,灵活性高;可通过调整控制器的参数,适应对象特性及环境的变化,适应性好;通过专家规则,系统可以在非线性、大偏差的情况下可靠地工作,鲁棒性强。
2.3 神经网络控制
神经网络是模拟人脑神经元的活动,利用神经元之间的联结与权值的分布来表示特定的信息,通过不断修正连接的权值进行自我学习,以逼近理论为依据进行神经网络建模,并以直接自校正控制、间接自校正控制、神经网络预测控制等方式实现智能控制。随着人工神经网络应用研究的不断深入，新的模型不断推出，在智能控制领域中，应用最多的是BP网络Hopfield网络等。与传统控制相比，它具有以下重要特性：○1非线性神经元网络在理论上可以充分逼近任意非线性函数；○2自学习和自适应能力；○3并行式分布处理机制；○4数据融合能力。目前神经网络在信号处理、系统辨识和优化、模式识别、故障诊断、机器人等多个领域取得成功应用，它对智能控制的发展应用将具有重大而深远的意义。
三、智能控制的应用
目前，智能控制已经被广泛应用于工业、农业、服务业、军事航空等众多领域，具有广阔的发展前景。主要表现在以下几个方面：
3.1机械制造
在现代先进制造系统中,需要依赖那些不够完备和不够精确的数据来解决难以或无法预测的情况,人工智能技术为解决这一难题提供了有效的解决方案。智能控制随之也被广泛地应用于机械制造行业,它利用模糊数学、神经网络的方法对制造过程进行动态环境建模,利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合。利用模糊集合和模糊关系的鲁棒性,将模糊信息集成到闭环控制的外环决策选取机构来选择控制动作。利用神经网络的学习功能和并行处理信息的能力,进行在线的模式识别,处理那些可能是残缺不全的信息。
3.2 智能仪器
随着微电子技术、微机技术、人工智能技术和计算机通讯技术的迅速发展，自动化仪器正朝着智能化、系统化、模块化和机电一体的方向发展，微型计算机或微处理机在仪器中得到广泛应用，已成为仪器的核心组成部件之一。它能够实现信息的记忆、判断、处理、执行以及测控过程的操作、监视和诊断，因而这类仪器被称为”智能仪器”。
3.3 智能机器人
智能机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。机器人研究者们所关心的主要研究方向之一是机器人运动的规划与控制。一个规定的任务出台之后，设计人员首先必须作出满足该任务要求的运动规划；然后，规划再由控制来执行，该控制足以使机器人适当地产生所期望的运动。
3.4 智能监控
在许多的工业连续生产线，其生产过程需要监视和控制，以保证高性能和高可靠性。为保持物理参数具有一定的精度确保产品的优质高产，我们已在一些连续生产线或工业装置上采用了有效的智能控制模式。例如，旋转水泥窑的模糊控制、汽车工业的高级模糊逻辑控制、轧钢机的神经控制、工业锅炉的递阶智能控制以及核反器的知识基控制等。
3.5 医疗过程智能控制
从70年代中叶起，专家系统技术就被成功的应用于各种医疗领域。医用智能过程控制的新例子之一就是一个用于控制手术过程中麻醉深度的病人平均动脉血压(MAP)的模糊逻辑控制系统。MAP是衡量麻醉深度的重要参数。在该控制系统的设计和实现时，我们采用模糊关系函数和语言规则。本系统已在许多不同的外科手术中得到成功应用。
四、智能控制的发展前景
智能控制广泛应用于工业、农业、服务业、军事航空等多个领域，解决了传统控制无法解决的实际控制问题。但是智能控制仍然只处于开创性阶段。就目前智能控制系统的研究和发展来看，智能控制还有许多问题有待解决，主要有以下几点： ○1加强理论研究，给出智能控制的稳定性、可测性、可控性、鲁棒性定义及准则；○2解决知识获取和优化的瓶颈问题，特别是动态系统的知识获取和分类； ○3加强各种智能控制方法结合的耦合度； ○4加强学习问题的研究，进而加快收敛速度，提高实时控制能力； ○5融入更多领域知识，拓宽智能控制的范围。
智能控制是一门跨学科、需要多学科提供基础支持的科学，智能控制很难存在普遍、统一的理论体系，因此，建立具有开放性、形式非唯一的集成化智能控制框架是现实的，也是必要的。
参考文献
[1] 安宁，邱玮炜，戚焐.智能控制综述[J].技术与市场,2010,5(17):10-11.[2] 胡博.智能控制及其应用[J].芜湖职业技术学院，2010，1(12).[3] 宋胜利.智能控制技术概论[M]．北京：国防工业出版社，2008.[4]习玲丽，王永初.智能控制的发展前景[J].国立华侨大学机电及自动化学院，2006.[5] 魏峰，胡腾，王晓明.智能控制研究的发展及应用[J].工业控制计算机
2007(8).
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