《全球自动化和数字化趋势正加速发展(国际视点)》

  • 来源专题:装备制造监测服务
  • 编译者: zhangmin
  • 发布时间:2020-11-06
  • 疫情防控期间,全球工业自动化与数字化趋势加速推进。多国积极出台产业措施,加大教育培训力度,提高企业竞争力,以抓住新的产业变革机遇。

      世界经济论坛日前发布的《2020年未来工作报告》称,全球自动化和数字化趋势正加速发展。目前,全球超过80%的企业正在加速布局,推进工作流程数字化,而50%的企业则希望加快实现部分岗位的自动化。报告预测,未来5年,科技驱动的自动化浪潮将创造9700万个新就业机会,各国应加大对员工“再培训”和“技能提升”力度。

      自动化和数字化技术大显身手

      日本机器人工业协会的报告显示,今年第二季度日本机器人出口数量同比增长13%。在欧元区,计算机编程领域的就业人数不降反升。美国国际贸易委员会的数据显示,今年前8个月,美国商品进口同比减少11%,但工业机器人进口增长5%。

      通过与人工智能公司BrainCorp的合作,美国零售企业沃尔玛旗下的山姆俱乐部,计划在今年秋季向其门店继续布置372台新的自动地板清洁器,而这些小机器人还附带一个功能——分析货架库存。沃尔玛公司表示,出于疫情防控需要,购物者日益青睐与他人接触较少的购物体验,机器人和人工智能能够提供更好解决方案,帮助降低成本。

      在送餐、分发快递、测量体温、核酸采样等领域,自动化和数字化技术也大显身手。国际电气电子工程师协会评论指出,机器人已经成为疫情防控不可或缺的“一线工作者”,在医院、办公室和城市发挥了关键作用。

      丹麦蓝海机器人公司生产的UVD消毒机器人和服务机器人成了欧洲多家医院的“网红”,这款机器人装载的紫外线照射灯射出的紫外线光束可以通过破坏细菌、病毒和其他有害微生物的脱氧核糖核酸和核糖核酸,消杀99.99%的病原体。UVD消毒机器人仅用10分钟就可以消杀一间房屋,并且可以避免人工消毒带来的感染风险。

      疫情防控期间,日本椿本集团的自动分拣和传输设备需求猛增,该公司还与初创科技企业合作,研发线上卡车运输交接系统,司机无需接触即可完成货物交割,节省时间,也减少了接触传染风险。据日本媒体报道,未来日本对无人自动化系统的需求将持续增加,到2025年,仅下一代物流系统的需求就将达到6510亿日元(1元人民币约合15.6日元)。

      出台政策助力新技术应用

      国际机器人联合会预计,全球在岗的专业服务机器人数量今年将增长38%,并且在未来两年保持继续增长的势头。从2020年到2022年,全球范围内将新安装约200万个机器人。管理咨询公司普华永道的研究显示:“人工智能、机器人和其他形式的智能自动化将带来巨大的经济效益,到2030年将为全球贡献15万亿美元的产值。”一些国家积极出台相关政策,为自动化变革提供了重要推动力。

      机器人在日本的应用场景越来越丰富,从企业生产线到物流、教育、服务等都能看到机器人的身影。为推动自动化发展,日本政府近年来出台了《第五期科学技术基本计划》《人工智能战略2019》等文件,希望以智能化提升民众生活水平、强化日本企业竞争力。

      疫情防控期间,欧盟委员会专门发起“欧洲共同应对新冠肺炎疫情人工智能和自动化倡议”,征集应对疫情的自动化解决方案,希望能够立即或者在中短期内将自动化和人工智能技术投入疾病预防、诊断、治疗。欧盟委员会认为,人工智能医生、医护机器人、自动仓库、无人驾驶汽车等技术将改变人们的生活,而在未来整个欧盟将进一步加速实现工业自动化和数字化。

      今年10月,欧盟公布的最新版“数字欧洲”项目显示,欧盟将投资6亿欧元,用于为欧盟范围内的数字行业培训约25.6万人,其中将设立160个新硕士学位,培训8万名数字专家,并通过短期培训项目为其他行业培训15万数字化人才。此外,欧盟要求成员国将“数字化转型”融入经济恢复全过程,以拓展数字化新机遇。

      产业变革催生新就业机会

      诺贝尔经济学奖得主、哥伦比亚大学资本主义和社会中心主任埃德蒙·菲尔普斯日前表示,人工智能不仅带来了“加法”机器人,还带来了提高工人生产效率的“乘法”机器人。菲尔普斯同时指出,需要充分考虑智能化的短期和中长期后果,推出相关政策,制定相关法律和程序来规范机器人的使用。

      经济学家们认为,数字化和自动化技术的大规模运用和推广为各国就业带来了新的机遇和挑战。未来,各国应该针对新的需求,加大教育、培训力度,不仅可以避免出现“机器替代人”的情况,还可以创造更多高质量就业岗位。

      很多人担忧,新技术将冲击劳动力市场并导致失业。有分析认为,未来5到10年,经合组织国家14%的工作将实现自动化,32%的工作将改变操作方式。在欧盟成员国,37%到69%的工作将至少有一部分可以实现自动化,还有25%的工作将因自动化的实施发生巨大变化。

      不过,世界经济论坛的报告指出,数字化和自动化将带来更多新的就业机会。一方面,由于自动化等新技术的使用,现有工作岗位需求减少,简单重复劳动等低技能岗位最容易被机器所取代。预计未来5年,全球受此影响的岗位达8500万个。但同时,由于新技术投入,未来5年将创造9700万相关工作岗位,尤其是人机交互、算法等相关岗位需求激增。

      欧洲智库布鲁盖尔研究所近期发布的一份研究报告认为,不管自动化和人工智能技术多么先进,高素质人才依然急缺,不仅需要管理人才,还需要大量的数据科学家、程序员、技术商业化人才。欧盟预计,96%的人经过充分培训可以找到类似或者更好的工作。“未来自动化浪潮下,劳动力市场面临的一大挑战在于,劳动者必须适应新的岗位要求,为此必须要加大培训力度。”

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  • 《2021年全球及我国半导体产业发展趋势展望》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:shenxiang
    • 发布时间:2021-01-04
    • (信息来源:TechSugar 朱晶) 每年年末的预测已经越来越难写,尤其是回望2020年所发生的一切,再对比2019年底的一些预测分析,发现全球半导体产业发展受国际宏观政经形势影响越来越大,导致频频出现无法预见的“黑天鹅”现象,这给每年的展望和预判带来了极大的难度。 2020年新冠肺炎导致许多国家陷入深度衰退,上半年由于市场需求和供应、以及国际物流和贸易基本中断,给全球半导体产业带来不小打击,增长规模持续收缩。而下半年随着经济复苏的步伐逐渐加快,加之华为在被切断全球合作网络之前的囤货因素,为全球半导体的恢复性增长提供了强大动力。 预计2020全年半导体产业依旧能维系1%-5%的正增长,而由于对未来一年国际政经环境、供应链合作以及新冠疫情的更为正面的预期,业界普遍也对2021年的全球半导体产业发展前景更为乐观。 这里将从产业总体情况、区域格局、供应链和产能供给、主要产品和市场、政策与投资并购等五方面,对2021年全球及我国半导体产业发展情况做一展望和预判,因字数限制和阅读体验,这里先发布上篇前五个趋势分析: 全球半导体产业预期增长 但新冠疫情和中美关系走向仍使行业增长面临变数 IMF世界经济展望给出的最新预测是2021年全球经济增长5.2%,这对全球半导体行业而言无疑是一个乐观的指向,毕竟这个行业与全球经济增长息息相关。Gartner对于2021年的半导体行业给出了接近10%的增长预期,WSTS给出了6.2%的增速判断,还有两家市场机构更为乐观,预测2021年的行业增速会达到12%-14%。 图源:WSTS 从目前来看,2021年全球半导体行业是否如这些机构预测一般进入快速增长轨道,依然面临着如下变数:第一是美国大选之后的中美关系走向和国际经贸政策是否会发生变化。第二是新冠疫情的演进方向。目前来看,全球的疫情演进仍不乐观。当然从2020年三、四季度全球前10大半导体企业的业绩指引来看,目前全行业开始朝向稳健复苏成长的态势发展,在汽车、5G通信、数据中心等关键市场上,已经表现出了比较明确的快速增长迹象,而全球的供应链和产能紧缺也预计会至少持续到2021年二季度,因此判断即使新冠和中美关系的不确定性依然存在,但只要不出现大的系统性风险及变化,全球半导体产业的2021年还会是一个值得期待的景气年份。 图片图源:semiconductor intelligence 2021年日欧疫情后复苏 美国大概率呈现低速增长 从SIA提供的全球半导体产业跟踪数据来看,近五年来中国和美国是全球半导体前两个最大的市场,中国大陆对全球半导体市场的贡献度在33%-35%左右,美国则长期维系在20%左右。2020年尽管美国受新冠疫情影响很大,但是在半导体领域的增势却未受影响,从三月份开始便一直维持着20%以上的高增长,相比于欧洲、日本等区域的负增长,和中国大陆的低速增长,美国在2020年的表现显得尤为突出。 主要原因在于2019年美国市场的收入走低使得2020年的比较基数更低,以及新冠疫情引发的各行业数字化转型对数据中心、高性能计算等市场的带动,美国企业在这些市场都有更为明显的垄断性优势。另外就是华为出于大量备货的诉求而集中采购美商芯片的影响。 2021年预计全球供应链有重回正常轨道的预期,美国市场大概率会持续一个低速增长,但仍维持全球半导体20%左右的市场贡献。而欧洲、日本市场有望依靠汽车、工业半导体领域的复苏而赢得正增长,中国市场仍会依靠强大的5G、新基建等内需带动,获得比2020年更快的增速。 我国半导体产业仍然稳步发展 国产替代仍旧是2021年的半导体产业发展主线 2020年尽管受新冠疫情及美国打压等不利因素影响,我国半导体产业还是维持了较高的发展增速,预计全年实现收入超过8000亿元,增长率接近20%,进口情况预计也会超过3000亿美元,而设计业则为发展最为快速的环节。 对于2021年而言,目前看中美关系走向还不太明朗,如果在2020年年底前特朗普政府把更多的半导体企业放入军事最终用途MEU许可控制清单中,那么对于2021年的国内半导体而言将有不小影响。 因此我们预计国产替代仍旧是2021年国内半导体产业发展主线,并且会加速在重点产品领域和基础环节的上下游产业链协同攻关。美国对华为的打压将在2021年迎来一段缓和期,预计华为在2021年将能部分恢复和台积电、高通、联发科等国际供应链伙伴在非先进技术和产品层面的合作。此外国内5G、新能源汽车等新基建市场将会进一步提升渗透率,带动国内半导体产业在通信及射频器件、消费电子、功率半导体、汽车半导体等方面加速发展。在半导体产业不出现大的系统性风险和变化的情况下,国内半导体2021全年实现20%以上增速应该是大概率事件,整体产业规模有望超过万亿元。 全球集成电路产能供给出现全线紧张的局面 部分领域甚至持续全年 2020年下半年全球半导体产能严重紧缺的现象开始凸显。 主要原因一是新冠疫情确实造成欧洲、日本、东南亚部分产线阶段性关停或者延期扩产,全球半导体产能供给和扩张都受限。二是由于华为的因素全球半导体供应链出现一定的混乱,加之市场对美国进一步制裁中国大陆相关代工、封测厂商的传闻预期,很多企业因为供应链的原因普遍上调安全库存水平,行业内产能overbooking的现象也较为明显,造成了阶段性的产品缺货和交期延长。三是部分产品确实在2020年呈现较为快速的需求增长,尤其是面板驱动IC、电源管理IC、MCU、IGBT等功率器件、蓝牙芯片等。 目前来看产能供给紧张带来的缺货涨价情况已经遍布到行业内很多环节,从代工到封装到设计,都以转嫁成本为由,与客户协商调涨价格。预计全球半导体产能紧张的局面还会延续至2021年,甚至在8寸产能上有可能延续至2022年。 一方面中美关系下一步演进方向还不清晰,如果美国进一步制裁中国大陆相关代工、封测厂商,则2021年的全球半导体供应链也会阶段性陷入混乱,供应链加库存备货的动力依旧充足,造成在部分产品领域产能继续紧张的局面。另一方面尤其紧缺的8寸产能在短时间内几乎没有大规模扩产的可能,往12寸过渡也需要时间,因此2021年至少三季度前都会延续产能紧张的局面。另外还需要考虑比特币等因素对全球半导体产能的影响,比特币价格从2020年四季度开始逐步向高位攀升,如果势头持续到2021年,也会对部分芯片和零部件例如MLCC、以及封装的产能形成挤占,从而加剧全球产能紧张的局面。 全球设备投资持续加码 OSAT厂商进一步面临跨界竞争压力 2020年全球半导体行业设备投资低开高走,前期受新冠疫情影响,设备投资被抑制。但很快疫情带来的对数据中心、云服务、游戏及娱乐等领域的需求带动全球半导体设备支出逆势增长,而存储器也成为2020年设备支出增长最大的领域,同比增长15%以上。 根据台积电、三星等厂商为维系在5nm以下先进制程的领先优势而在2021年将大幅提升资本支出的预期,全球晶圆厂设备支出2021年增长将超过10%,特别是Foundry的设备支出增长率有望在2021年进一步增加。国产半导体设备材料领域依旧以国产化率的提升为主要目标,尤其是如果美国进一步制裁中国大陆相关代工、封测厂商,则国产半导体设备材料的国产化进度会进一步加速。 另外2021年我国存储器产线将迎来大规模扩产阶段,带动全球存储器设备投资。具体产品方面,需要重点关注离子注入机、前道量测/检测设备、混合信号/功率测试设备、图像传感器设备以及后道封装设备的进展,国内头部半导体设备企业有望在2021年通过资本运作规划进一步的资源整合。在先进封装方面,2021年高性能计算以及高频、高速、高可靠、低延迟、微系统集成等需求使得扇出封装、将天线整合在芯片封装内的AiP、2.5D/3D TSV将继续成为业界热点。此外来自不同商业模式(晶圆厂、基板/PCB供应商、EMS/DMs)的厂商正在进入并蚕食独立OSAT(封测代工厂)的市场份额,OSAT厂商将面临更多来自跨界竞争压力。 汽车,工业领域迎来报复性反弹,5G加速发展 服务器和数据中心市场增速放缓 2020年全球半导体在通信、汽车、工业、消费电子、数据中心/服务器等几大应用市场方面,预计只有数据中心/服务器市场的增长率一枝独秀,达到超过10%的增速,消费电子紧随其后是8%左右的增速,而通信几乎未获增长,汽车、工业是负增长。 但从2020年四季度的大企业业绩指引来看,汽车、工业市场正在加速恢复,预计2021年全球汽车、工业半导体的市场可能迎来20%以上的V型反弹增长,5G将继续提升全球渗透率,带动全球半导体在通信市场有预期超过15%的增长。而服务器和数据中心市场相比2020年的爆发式增长则有所减缓,但也仍能维持5%左右的稳步发展。另外在一些细分产品方面,存储器尤其是DRAM在2021年的表现是可以期待的,而2020年市场增长不好的光电器件、传感器方面,也受益于汽车、工业、消费电子市场的复苏而呈现较高增长。其他重点需要关注的产品还包括RF FEM、据国际一家知名机构监测的五十多大类半导体产品信息,预计2021年能获得正增长的接近五十种,而2020年预期仅有20类产品实现增长,因此可以看出2021年市场对各类产品的需求可以保持持续性的旺盛。 新技术落地商用进程加快 “苹果系技术”赛道需要持续关注 2021年将会是技术创新迭代加快,新兴技术迸发涌现的一年。先进工艺上可以看到3nm GAA工艺量产,存储器方面DDR5内存芯片、3D NAND 1XX层都规模化放量,国际上各大NAND厂商(包括中国大陆)都将突破实现1XX层以上的3D NAND关键技术。新技术方面,新型自旋转移转矩磁阻存储器(STT-MRAM) 的落地商用进程明显,为高性能嵌入式应用提供了一个更有吸引力的选择。 基于芯粒(chiplet)的模块化设计方法,以RISC-V为代表的开放指令集及其相应的开源SoC芯片设计等创新的设计范式会被更多企业选择,尤其是致力于自研芯片的国内外互联网及系统厂商,应用于更多的计算和数据处理场景。 国内半导体市场另外要特别关注苹果产品衍生出来的新技术市场,例如TWS、dToF、UWB、无线充电等,也可以关注传感器、POWER、显示光学/声学等领域、有望出现接近甚至超过手机相关芯片同体量规模的现象级“爆款”芯片赛道。在化合物半导体方面,GaN快充仍会进一步放量,更有望从消费类进入工业、数据中心及电信电源应用中,直接挑战部分硅基PMIC市场。尽管2020年围绕SiC、GaN的产能投资已经不断攀升,2021年对SiC衬底及外延、GaN器件、GaAs RF的投资仍能保持热度。 多起重大并购受各国反垄断审批因素影响结果受持续关注 2021年可能是全球半导体并购“小”年 2020年下半年官宣了几起重大并购,使得2020年全年的半导体收并购总交易额迅速上升到1200亿美金(包括最新宣布的环球晶圆拟54亿美元收购Siltronic AG),成为半导体并购历史上交易规模的最大年份。由于这几起并购均属于行业头部企业之间的整合,业界影响力较大,尤其是英伟达收购ARM、AMD收购赛灵思的交易都和拜登当选后中美关系走向高度相关,因此应该会至少最早在2021年才会有部分交易审批结果尘埃落定。 预计SK海力士收购英特尔的NAND 闪存芯片业务、Marvell收购Inphi可能会有更快的审批进展。促成2020年多起重大并购的主要因素之一是美国股市今年4月以后大幅上涨(纳斯达克指数在不到5个月的时间里从6600点涨到12000,涨幅接近一倍,当前的纳斯达克指数市盈率已经达到71倍,估值泡沫已经非常大),股价高、利率低的外部环境促进了并购交易的连续出现,而2021年拜登上任后很可能采取财政扩张政策导致利率上升,这将会刺破美股的估值泡沫,造成股票下跌,因此有可能会使得美国企业在2021年减少收并购的操作,但也不排除仍出现某些细分领域行业龙头之间的并购整合,例如RF、模拟等领域。 SEMI预计2021年全球半导体设备市场将达到700亿元 预计2021年全球半导体领域的并购会以欧洲、亚太企业为主导,在半导体设备及材料、汽车半导体、MEMS及光电器件方面有可能会有较为引起关注的收购。 创业板、科创板对半导体板块的热度将有所降温 超过60%的细分领域都会出现至少一家上市公司 2020年科创板持续助推国内半导体行业发展。目前所有科创板上市的半导体企业市值总额占据科创板总市值的40%左右,可以说是表现最为亮眼的板块之一。据云岫资本的数据,在科创板退出红利吸引下,2020年全年国内半导体领域一级市场股权投资的总额可能会超过1000亿,达到2019年全年总额的3倍,涉足半导体投资的基金数量也超过千家。 企查查数据显示,我国芯片相关企业的数量在2020年年上半年增长迅速 而2021年将有更多的半导体企业规划上市进程,预计超过60%的半导体细分领域都会出现至少一家上市公司。资本涌进进一步刺激了全民创芯的热潮,在射频、MCU、蓝牙/WIFI、存储器主控、MEMS、OLED驱动IC、无线充电芯片等消费类领域都出现了创业扎堆的现象,而在GPU、EDA、FPGA、光刻胶、半导体设备这些极其挑战的“卡脖子”领域,也频频出现新的创业团队。随着创业板、科创板半导体企业数量增多,估值溢价空间缩小,预计2021年一级市场热度可能会降温,细分赛道创业企业会在现金流、供应链上遭遇挑战。部分领域头部企业上市后会加大资源整合和产业链延拓方面的动作,设计公司投资建厂转型IDM、进行海外优质资产的收购,投资/收购国内同行业创业团队、高级别人事变动等事件时有发生。 新政策进入落地阶段 项目暴雷仍有发生但区域性的低水平重复建设有所缓和 2020年集成电路产业新8号文发布,按照时间进度2021年将出台实施细则,明确政策实施标准和条件、实施方式等,全面进入政策落地阶段。2021年还会实质性推进集成电路一级学科建设,加速深化集成电路人才培养改革,会有更多高校分批次获准建设国家集成电路产教融合创新平台,同时更多企业会加大与高校院所在产教融合人才培养及产学研方面的合作。大基金二期在2020年主要投向代工和存储器制造,设计方面的投资标主要集中在上海、北京等一线城市,预计在2021年会加快覆盖更多地域和更多产业链环节上的投资,地域上增加中西部和珠三角地区的投资,产业链环节上会投资到半导体设备、材料及EDA等基础支撑环节。 2020年芯片项目烂尾现象引起社会关注,2021年仍会出现暴雷的半导体项目,或者地方财政承压而被政府主动断粮的项目,但总体上会在可控的范围内发生,区域性的低水平重复建设有所缓和。 总结 半导体这个行业归根结底是基础性行业,是需要踏实、低调、务实、高效发展的。希望2021年无论国际政治经济形势如何变化,国内的半导体产业可以放下浮夸浮躁,重拾初心,砥砺前行。
  • 《国外仪器仪表的发展趋势》

    • 来源专题:智能制造
    • 编译者:icad
    • 发布时间:2024-08-12
    • 综观科学上的重大发现,往往是由于新的观测手段的发明而开展起来的。以物理学诺贝尔奖金获得者为例,百分之五十的工作是得益于新的仪器或测试手段的发明创造。仪器仪表也是实现信息的获取、转换、存贮、处理和揭示物质运动的必备工具,仪器仪表装备水平在很大程度上反映出一个国家的生产力发展和现代化水平。   一、 仪器仪表发展概况             50年代初期,仪器仪表取得了重大突破,数字技术的出现使各种数字仪器得以问世,把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级,为实现测试自动化打下了良好的基础。   60年代中期,测量技术又一次取得了进展,计算机的引入,使仪器的功能发生了质的变化,从个别电量的测量转变成测量整个系统的特征参数,从单纯的接收、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出,从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。   70年代,计算机技术在仪器仪表中的进一步渗透,使电子仪器在传统的时域与频域之外,又出现了数据域(Data domain)测试。   80年代,由于微处理器被用到仪器中,仪器前面板开始朝键盘化方向发展,过去直观的用于调节时基或幅度的旋转度盘,选择电压电流等量程或功能的滑动开关,通、断开关键已经消失。测量系统的主要模式,是采用机柜形式,全部通过IEEE-488总线送到一个控制器上。测试时,可用丰富的BASIC语言程序来高速测试。不同于传统独立仪器模式的个人仪器(Personal instrument)已经得到了发展。                 90年代,仪器仪表与测量科学进一步取得重大的突破性进展。这个进展的主要标志是仪器仪表智能化程度的提高。突出表现在以下几个方面。     1. 微电子技术的进步将更深刻地影响仪器仪表的设计;           2. DSP芯片的大量问世,使仪器仪表数字信号处理功能大大加强;           3. 微型机的发展,使仪器仪表具有更强的数据处理能力;           4. 图像处理功能的增加十分普遍;           5. VXI总线得到广泛的应用。   二、 国外仪器仪表发展特点   1. 新技术的应用             目前普遍采用EDA(电子设计自动化)、CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)、DSP(数字信号处理)、ASIC(专用集成电路)及SMT(表面贴装技术)等。   2. 产品结构变化             注重性能价格比。在重视高档仪器开发的同时,注重高新技术和量大面广产品的开发与生产。   注重系统集成,不仅着眼于单机,更注重系统、产品软化,随着各类仪器装上了CPU,实现了数字化后,软件上投入了巨大的人力、财力。今后的仪器归纳成一个简单的公式:仪器=AD/DA+CPU+软件,AD芯片将模拟信号变成数字信号,再经过软件处理变换后用DA输出。                3. 产品开发准则发生了变化             从技术驱动转为市场驱动,从一味追求高精尖转为"恰到好处"。开发一项成功产品的准则是,用户有明确的需求;能用最短的开发时间投放市场;功能与性能要恰到好处;产品开发准则的另一变化是收缩方向,集中优势。   4. 生产技术注重专业生产,不搞大而全   生产过程采用自动测试系统。目前多以GP-IB仪器组建自动测试系统。生产线上尽是一个个大的测试柜,快速地进行自动测试、统计、分析、打印出结果。   三、 国外仪器仪表发展趋势             1. 自动化仪表的发展趋势   工业自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备,,控制仪表从基地式调节器(变送、指示、调节一体化的仪表)开始,经历了气动、电动单元组合仪表到计算机控制系统(DDC),直至今日的分散控制系统DCS。DCS已经走过了20多年的里程,DCS以其高度的可靠性、强大而易于扩充的功能、漂亮的图形界面、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点,得到迅速的发展,成为计算机工业控制系统的主流。PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点,迅速获得广泛应用,已成为与DCS并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。目前以PLC为基础的DCS发展很快,PLC与DCS相互渗透、相互融合、相互竞争,已成为当前工业控制系统的发展趋势。   (1) 开放化   开放化及小型化(Down Sizing)、顾客服务系统等新的、关键技术已进入自动化行业,与以往DCS相对应的PC机控制系统也已经出现。近几年PC机及其相关技术的迅速发展,将对今后产生重大影响。开放化潮流的背景,有下述两方面:       a. 大量生产的PC机,已在企业和家庭中广泛作为信息设备。   b. 控制系统的范围逐渐扩大,用户希望自选设备,并能简单方便地把它们相互连接起来,进行统一管理。   (2) 提供新的服务   a. 系统集成SI(System Integrator)   开放化通过多卖方技术设备的综合,建立系统,这就需要高效运行的控制系统集成业务,根据用户对象,熟悉系统中各种自动化仪表,选择最佳设备。今后的趋势是由专门的SI部门来代替用户组成系统。   b. 系统维修   用通用信息处理设备组成的控制系统,当故障出现时,判别哪台设备出故障是非常困难的,仪表制造厂不仅要对自己的产品,还必须对在系统中的通用信息处理设备提供一定程度的综合维修服务。   DCS经历了初创(1975-1980)、成熟(1980-1985)、扩展(1985以后)几个发展时期,在控制功能完善、信息处理能力、速度及组态软件等方面取得了令人瞩目的成就,已经成为计算机控制系统的主流。当今几乎每个发达国家都生产自己的DCS,生产厂家一百多家,已销售几万台套。主要生产厂家集中在美国、日本、德国等多家公司,如美国的霍尼韦尔(Honeywell),TDC300、TDC3000X、S9000;Foxboro,I/AS;Westing House,WDPF;ABB,MOD300; 日本横河(Yokoyawa),CENUM,Μxl; 日立HIACS3000、5000;德国的西门子(Siemens),TelenermM、SIPAOS200;加拿大贝莱(BAILEY),N90。           目前世界上约有200家PLC生产厂家,目前占控制市场份额30%。主要生产厂家有美国的AB公司,莫迪康公司、GE公司、德国的西门子公司、法国的Teleme Cangue公司、日本的欧姆龙公司、三菱电机公司。PLC将与IPC、DCS集成,PLC逐渐成为占自动化装置及过程控制系统最大市场份额的产品。据美国专家预测,到2000年PLC占控制市场份额将超过50%。       现场总线技术是九十年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术,是一种用于各种现场仪表(包括变送器、执行器、记录仪、单回路调节器、可编程序控制器、流程分析器等)与基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。有人预测:基于现场总线的FCS(Fieidbus Control System)将取代DCS成为控制系统的主角,Internet和Intranet技术也将进入控制领域,计算机自动化系统渗透到企业从生产到管理、直到经营的方方面面。   (3) 自动化产品市场需求将快速增长   全球的自动化产品市场销售额预测如下:全球的过程自动化产品市场销售额,在1996年达461亿美元,到2001年将半长到559亿美元,预计在2006年将达到700亿美元。从1996年到2001年间的年平均增长率为3.9%,而从2001年到2006年年平均增长率将达到4.6%,以不变价格计算,则2006年的销售额为761亿美元。主要应用于玻璃、陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、纸浆和造纸业、环保、矿山、石油和天燃气工业等。   在1996年的自动化产品,系统和维修的461亿美元中,有406亿美元是属于自动化工程项目方面,有54亿美元是用于操作方面。测量和自动化技术作为新的投资,在工厂现代化投资中将增长2-3倍。到2006年全球过程自动化产品的市场需求情况为:矿山工业为70亿美元、原材料工业为90亿美元、过程工业为360亿美元、电站为110亿美元、环保工业为70亿美元。就全球地区而言,北美占27.2%、西欧占26%、亚非(不包括日本)占21.1%、日本占12.3%、东欧占4.7%、南美占4.9%,其它地区占3.7%,从中看出亚非地区的市场发展前景最好。       2. 科学仪器   科学仪器含光学仪器和分析析器   A. 光学仪器   光学仪器是工农业生产、资源勘探、空间探索、科学实验、国防建设以及社会生活各个领域不可缺少的观察、测试、分析、控制、记录和传递和工具。特别是现代光学仪器的功能已成为人脑神经功能的延伸和拓展。   集成电路生产所用制造设备品种的40%、数量的60%都是光学设备,而检验仪器所占比重就更大。计量工作约有90%属几何尺寸测量 ,其中主要用光学计量仪器来完成。过去在计量室测量一个凸轮需要数小时;现在在车间生产现场,用计算机控制的三坐标测量机进行测量只需10分钟。轧钢生产现场条件极其恶劣,被测件温度超过1000℃。运动速度为数米每秒,并伴有振动、高温、氧化层飞溅、冷却水雾弥漫和强电磁干扰,但是利用CCD光电在线测径系统在轧钢生产中进行在线尺寸检测,控制了生产流程,就能保证产品高质量和生产高效率。           光学遥感仪器帮助人类解决面临的能源、粮食、气象预报、环境监测等方面的重大问题。在15号阿波罗飞船上装载的光学遥感仪器就有近十种。美国在70年代先后发射三颗陆地卫星,化费2.5亿美元,但所获经济效益大得多,其中仅用遥感仪器监视洪水、探测农作物病虫害、改进油田勘探以及粮食估产等几项,每年的经济收益估计就达15亿美元以上。       由于光电系统具有光学和电子两方面的技术优势,从而能满足生产过程中的自动监控以及图象分析、精密测量、信息处理和伟输、微观观察、记录、显示、传递和储存;利用光电转换能在太空、深水、高温、有毒有害气体、核辐射等各种特殊环境下正常地工作。因此光机电一体化的现代光学仪器或光电仪器设备应用十分广泛。   现代光学仪器的发展趋势   随着光学仪器产业结构的全球性调整,主要工业发达国家竞相发展高技术产品,使传统的光学仪器已向现代光学仪器转变。美日德等国为了发展现代化的光学仪器工业,大力开发和应用各种新技术、新器件、新材料、新原理,系统地应用光机电算综合技术,以最快的速度开发新颖的高附加值产品投入市场。使光学仪器向产业高技术化、产品高附加值化和智能化、企业集团化和国际化、制造技术柔性化方向发展。   现代光学仪器的特征   (1) 现代光学仪器冲破了传统现论(以几何光学或物理光学为基础)的束缚,光学技术同其它学科和技术不断融化、渗透,派生出新的学科分支,形成许多交叉发展的领域,打破了长期来光学的传统应用范围。如以傅里叶变换原理为基础的各类傅里叶变换光谱仪;基于光声效应的激光光声光谱仪;利用激光开拓新的测量原理、方法,使众多的激光计量检测仪器问世,激光技术与传统的显微镜相结合,开发出激光扫描显微镜系列产品;得用光电转换原理生产了一大批新颖的光电仪器。许多新技术如激光、红外、光纤、光信息处理、微光学等得到开发应用。       (2) 在结构上打破了以光学和机械为主体的基本框架,集光学、机械、电子、计算机于一体,电子技术、计算机及其软件成为仪器不可分割的重要组成部分。   (3) 摆脱了传统光学仪器离不开人的操作和观测的经典模式,操作、检测、数据处理和信息传递实现自动化,工作效率、文凭性和可靠性是传统光学仪器无可比拟的。   (4) 在设计方法上日益采用计算机辅助设计、优化设计和"三化"设计。整个系列产品品种之间零部件通用性强,标准化程度高,标准件多,因而使仪器成本下降,质量提高。             (5) 现代光学仪器的质量评价标准更全面、更严格。过去,评价传统光学仪器的质量,主要着眼于功能指标,即仪器的使用范围、精度等级、灵敏度、重复性、稳定性及结构特性等。如今较全面地客观评价现代光学仪器的质量指标、可靠性、工艺性、经济性、人机学指标、美学指标、标准化及专利权指标等八个方面。   发展趋势   从传统光学仪器转变现代光学仪器,关键在于计算机化,而微电子技术是基础。光谱仪器发展最快,发达国家80年代已实现微机化,现已向联用技术、全自动化(如内装机械手等机器人系统,实现无人操作),实验室信息管理系统自动化及智能化方向发展。光学计量仪器从大型精密仪器--三坐标测量机到传统的自准直仪和投影仪都已实现微机化、光电化;激光技术的结合和CCD等光电器件的引入,更为快速、准确、可靠的在线检测和监控创造了条件。   在未来10年,由于高新技术的发展和应用,将进一步推动光学仪器实现光机电算一体化和智能化。现今的智能化仪器更确切地应称为"微机化"仪器。而更高程度的智能化是信息技术的最高层次,应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能,是数值、逻辑与知识的综合分析结果,智能化的标志是知识的表达与应用。电子技术、计算机技术和光电器件的不断发展和功能的完善,为仪器向更高档次的智能发展创造了条件。       未来10年,光和电的渗透会进一步强化,更多的新技术、新器件推广应用,因而在光机电算一体化的基础上熔入不同原理,派生出新用途的产品,以满足各领域日益增长的需求。具有优异性能的光电器件和功能材料的开和应用,将加速现代光学仪器的发展。如CCD器件、半导体激光器、光纤传感器等制造技术趋于成熟,实际应用已获突破,显示了广泛的应用前景。它必将使光学仪器领域发生重要变革,推动产品向小型化、高分辨、光电化和自动化发展。   光学计量仪器   · 未来的光学计量仪器仪表必须简化设计,大量压缩零部件,提高智能化和便于操作,发展在线计量测试仪器仪表   · 利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型计量测试仪器仪表和新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力的新型传感器技术如:   ――利用高温超导量子干涉器(SGUID)开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地学和地质学仪器、化学分析仪器、医学仪器帮无损材料检验仪器等。             ――利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等,这是大家所共知的。但它与近场光学相结合,不仅可以测量表面精细结构,同时根据近场光学反射偏振信息可以分辨出被测物体的材料。这是目前实验研究的新探索。