自动化所自动化系统8项.docx

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自动化所自动化系统8项

自动化系统研究室

中国科学院沈阳自动化研究所自动化系统研究室（简称五室）现有科研人员68人，高级科技人员23名，其中研究员6名，硕士生导师7名，博士生导师1名；科研一线人员以中、青年为主体。

自动化系统研究室是以自动化及信息技术研究开发为主的研究室，下设三个事业部，即智能装备事业部、成套装备事业部及信息技术事业部。

国家863/CIMS系统集成技术实验室、辽宁省制造业信息化发展中心等国家、省级机构设在本室。

多年来自动化装备研究室承担并完成了多项国家、省市重大科研及工程项目，承接了大量的交钥匙工程，得到了用户的高度评价，为国家经济的发展做出了自己的贡献。

自动化系统研究室拥有先进的科研设施和电子设备，长期从事自动化技术和信息技术的研究和工程使用，造就了一批有丰富工程经验的科研队伍，综合实验室为研究开发提供了良好的试验平台。

现已在过程控制、电气传动、自动化生产线、交通工程、计算机使用、烟机控制、制造执行系统（MES）、现代集成制造技术（CIMS）等领域取得了丰硕成果，出版专著/译著十余部，发表论文三百多篇（其中四十多篇被SCI/EI收录），多次获得国家级、科学院、省部级及市级的各种奖励。

　　主要研究及使用内容：

　　一、智能装备研究

　　面向烟草、石化、交通以及食品等行业的需求，从事智能化装备的研究和开发，提供全套自动化解决方案。

为工业企业节能减排，提高自动化水平提供技术改造策略和使用；提供相关行业急需的检测控制装置，开展数据采集、分析、智能诊断等方面的研究和使用，形成智能化的产品。

　　二、成套装备研究

　　综合运用机电一体化技术，针对汽车、冶金、机床等制造企业的新需求及技术改造需要，提供成套装备生产线，提供相关的自动化系统研究开发和服务，形成自主知识产权的装备。

　　三、信息技术研究

　　从事企业信息化相关技术研究，为企业提供制造执行系统（MES）的咨询规划、高级排产和调度（APS）、设备故障诊断和产品质量诊断/控制/调整（SPCDA）方面的设计开发和运行平台及使用系统实施、培训等全方位服务和整体解决方案；形成自主知识产权的MES平台。

　　研究和使用简介

　　烟机控制系统

　　烟机事业部成立于1986年，是中国烟草交易中心会员单位，隶属于中国科学院沈阳自动化研究所自动化系统研究室，是我国最早从事烟草行业自动化控制系统研制、生产的科研院所之一。

现有技术人员21名，其中研究员1名，副研究员5名。

目前的主要研究方向包括：

PLC技术、交流伺服独立驱动及电子齿轮技术、DSP技术、工业控制计算机技术、工业信息化数据采集技术及基于烟草行业生产制造系统集成自动化解决方案；从事中式卷烟卷、接、包、制丝生产线控制、数据采集及相关检测控制设备的研究开发。

　　烟机事业部自成立以来，坚持科研创新和市场拓展并重，二十余年来提供了大量的基于烟草行业先进、可靠的自动化解决方案及自动化控制系统并且获得多次奖励、取得多个第一。

20多年来通过提供全套自动化装备为烟草企业自动化改造提供全面解决方案，先后为玉溪、常德、长沙、深圳、青岛、宝鸡、石家庄、许昌、襄樊、营口、哈尔滨、重庆、延安等几十家烟厂提供了各种电气控制产品。

　　烟机事业部先后于1991年和1993年研制出SASIB/6000型香烟包装机电控系统、MK95/PA85卷接机组电控系统，分别于延吉卷烟厂和玉溪卷烟厂通过国家烟草专卖局、国家烟草总公司技术鉴定,整机电控系统性能较之以往进口系统显著提高，一举取代了原机电气控制系统的同时更是打破了我国原机电控系统长期依赖进口的状态。

　　其中SASIB/6000型香烟包装机电控系统获得中国科学院科技进步二等奖、国家级新产品奖。

　　SUPER9/PA9型香烟卷接机组数字控制系统于2003年1月在许昌卷烟厂通过了国家烟草专卖局组织的技术鉴定，其生产速度可达7000支/分，各项技术指标均明显优于原机组，该机组中所使用到的交流伺服独立驱动技术、多轴伺服运动控制技术、多PLC多总线分布式控制等先进技术的使用，均属于烟草行业首次使用。

该机组控制系统获得辽宁省科技进步二等奖及沈阳市科技进步二等奖。

　　英国PASSIM卷接机组改进型智能控制系统于2006年在青岛卷烟厂改造取得成功，投入生产运行后，系统性能稳定，该系统除使用到上述PLC技术、总线技术、交流伺服外，同时将DSP技术使用到烟支在线检测及控制系统中，整机控制及检测系统性能取得突破进步。

　　GDX1（8000）高速包装机组新型电控系统于1998年在长沙卷烟厂通过了国家烟草专卖局组织的技术鉴定，其技术水平为国内领先。

沈阳自动化研究所烟机事业部推出的GDX1（8000）高速包装机组新型电控系统也是国内唯一通过国家烟草专卖局技术鉴定的产品。

　　德国PROTOS卷接机组改进型智能控制系统于2007年在红塔辽宁公司沈阳卷烟厂改造取得成功，得到了行业内的高度评价，控制系统技术水平又迈上一个新台阶。

　　2005年进行的德国KDF2滤棒成型机组提速改造，系统中使用大量使用交流伺服独立驱动及电子齿轮技术使得改造完毕的设备生产速度由原来的400米/分钟提高到500米/分钟，大大提高了设备的有效作业率，同时能耗、噪音等均有明显下降。

交通控制系统

　　交通事业部长期从事封闭式高速公路、开放式普通公路/桥梁、半开放式城市干道等多种不同收费管理体制的路段的收费、监控系统工程项目，以及智能交通领域的相关产品和项目的开发研制。

依托在系统集成和软、硬件开发方面的技术优势及丰富的行业经验，可为客户提供专业的整体解决方案和工程服务；自主开发的软件和硬件产品已相当成熟并得到市场的高度认可。

并具有建设部颁发的公路工程（交通工程专业）收费系统工程承包资质。

　　路桥监控收费系统：

　　该系统的使用将极大地减轻工作人员的劳动强度和提高运营管理水平，提高工作效率，减少车辆通行的延误，系统具有技术先进、可靠性高及耐用性特点，使用方便、直观。

能为管理者提供科学的实时监控指挥和财务分析管理手段，防止、杜绝收费漏洞。

数据结构合理，具有高度安全保密措施，运行速度快，容错性强。

并可实现远程数据访问、省市数据连网、银行数据结算等功能。

　　我们研制的专用工业级收费控制处理机，以总线结构集成车道收费业务的基本外设，结合网络功能和视频叠加技术，满足收费数据的高度可靠要求，可以适合不同的环境、配置和设计。

具有可靠的数据存储、低耗电量、良好的散热排风机制、避雷、防尘、防水等特殊考虑。

可配合不同的收费模式，并按个别系统的设计要求和配套设备，如智能卡、磁卡或微波射频通讯方式的不停车收费系统。

车道—收费站—收费中心构成三级网络系统。

其网络和数据库设计满足收费系统特点的实时数据通讯，可实时动态多媒体图象数据采集、压缩、传输。

具备网络数据侦错容错、停电数据自动回复功能、保证高峰交通流量的数据实时性和可靠性。

　　沈阳市重点工程大二环路桥收费管理系统即是该系统的成功使用范例，大二环全线总长64公里，其中南段37公里为封闭式高等级路段，采用半开放式收费，整个系统由80个收费车道、8个管理分中心和1个管理总中心构成。

　　此外该系统还先后成功地使用于广东汕头海湾大桥、广东汕头礐石大桥、广东国道324线潮阳收费所、大连开发区振兴路收费站、牡丹江中环路收费站、辽宁省普通公路20多个收费站、江西赣中（东）公路5个收费站。

在辽宁省高速公路收费系统建设中，我们承担了一期工程（沈大线）、二期工程（沈四线、沈丹线、沈环线）、三期工程（沈山线、沈阜线、盘海线）以及沈大高速改扩建工程的项目等等。

　　　 随着道桥、高速公路建设飞速发展，路桥收费系统已成为资金回收的必然手段。

这一系统的开发、使用和推广必将改变外商占领国内市场的现状，发展民族经济，使得公路收费系统更加符合中国运营管理需求。

　　自主研制开发的一体化车道控制器、费额显示器、收费专用键盘、车道通行信号灯、雨棚信号灯、新型扭距电机自动栏杆、手动封道栏杆、智能IC卡收发卡机、车辆光电分离器等、便携式收费机等多种收费系统专用设备，构建了沈阳自动化所独具特色的新型收费系统。

　　基于毫米波雷达和视频融合的交通流量检测系统：

　　本课题以道路上车辆目标为研究对象，从分别基于视频和毫米波雷达信号的目标检测和特征提取入手，选取计算动词这一新兴的理论作为指导，采用视频和毫米波雷达数据融合的技术框架，对路段区域内单个车辆或车辆群的实时位置、运动属性进行特征提取；除检测宏观的交通拥挤或排队外，还能够对每个车辆进行识别和跟踪，以发现异常事件,如违章、抛锚、事故等；还有路段动态通行能力的检测，即准确检测出道路通行能力的实时变化；并完成交通状态参数的精确测定，如车流密度、最大流率等。

具体包括以下三方面内容：

　　1）毫米波雷达信号处理和目标检测

　　2）基于计算动词理论的图像处理

　　3）雷达信息和图像信息的数据融合

　　研究目标：

　　课题的研究成果能够实现对路段内多种车辆目标的检测、定位、分类识别和跟踪，准确及时地把道路的交通状态信息检测出来，使交通状态检测和特征提取系统从多传感器车辆检测装置到嵌入式信息采集平台均成为拥有自主知识产权的产品。

　　面向食品、烟草和汽车行业的机器视觉在线检测项目：

　　使用机器视觉和多传感器融合技术，实现对食品包装外观的多种缺陷质量检测，以及汽车变速箱生产线的缺陷检测。

主要使用背景有：

卷烟企业、双汇集团、上汽金杯汽车变速箱厂。

∙　 嵌入式香烟条包外观在线视觉检测系统

　　针对条烟包装过程中出现的各种外观质量问题而研制的在线视觉检测系统。

它安装在条烟装箱前，运用智能化的机器视觉技术，能够在线地对条烟外观的所有缺陷进行实时检测和剔除，这些缺陷包括，条烟包装的印刷和包装缺陷，透明纸、金拉线的包装缺陷等。

∙　 汽车变速箱装配质量视觉在线检测系统

系统说明：

系统采用高分辨率数字相机，对装配线上的变速箱进行在线连续检测，采用专用LED光源系统和强大的基于PC的图像处理和分析软件，可有效检测变速箱相关的多种缺陷。

检测任务：

汽车变速箱的涂胶质量检测和螺栓装配质量检测。

检测内容：

▪　胶线的堆胶、断胶和过细，精度达到0.1mm；

▪　螺栓的缺失和未拧到位。

　　自动化控制系统

　　十几年来，课题组先后完成了高速线材电气控制系统、复合胎面自动化电气控制系统、轿车总装线改造、肋骨弯淬机床电气控制系统、电动脱轨器控制和管理系统、楼宇自动化系统等工程开发任务，为国民经济建设做出了较大的贡献。

　　1、大型生产线电气控制系统改造

　　相继对鞍钢、青钢线材厂生产线的主轧电控系统进行了不停产技术改造，新系统采用计算机—PLC两级分布控制系统，由计算机根据工艺规则自动生成产品表，由四套1024点的PLC联网完成现场控制和主轧电机的在线级联调速，并对原分立元件的调节系统进行了技术改造。

实践证明，新系统先进可靠，便于维护，提高了作业率和成材率，降低了工人劳动强度，解决了备品备件问题。

不停产技术改造，在洋设备上动刀，投入少，收效大。

运行水平进入国内先进行列。

该项目曾获1993年中科院科技进步一等奖，1996年国家科技进步一等奖。

1996年完成了对一汽－大众总装链电气控制系统改造、对青钢第一线材厂夹送辊、吐丝机电气控制系统改造。

于2000年和2002年又先后对青钢第一线材厂粗、精轧和中轧电气控制系统进行了改造。

2004年又完成青钢第一小型轧钢厂中精轧电气控制系统改造和辽阳市轧钢厂棒材生产线电气控制系统的设计、制造、安装、调试。

目前，我们已经形成了大型连续生产线电气控制系统的设计、施工、调试、维护和系统集成能力。

　　2、XX肋骨弯淬机床电气控制系统。

　　继1997年完成国内第一台全自动肋骨弯淬机床电气控制系统后，又于2001年和2002年先后完成了三台改进型肋骨弯淬机床电气控制系统。

该系统在机床的操作、维护、故障监视等方面都有独到之处。

曲率半径检测和闭环控制算法及运动中加热物体温度控制算法，在国内还未见同类产品，曲率半径检测和闭环控制已申请了国家专利。

该项目还获得了中国科学院科技进步三等奖，为加强我国的国防力量做出一定贡献。

　　3、电动脱轨器控制管理系统

　　电动脱轨器控制管理系统是为长春车辆段研发的一套也是国内第一套使用非接触IC卡的控制和管理系统。

这套系统于2002年投入使用，大大降低了检车员的检车危险性，加强了对检车人员的管理，以保证行车安全。

　　4、楼宇自动化系统。

　　先后完成了我所科研楼、研究生公寓和五号住宅楼空调机组地下水的变频自动控制和风机盘管的自动控制系统项目。

整套系统采用分布式网络结构，简洁、可靠，它的运行节约了大量电能，同时给系统维护带来方便。

　　5、智能无水印染机控制系统

　　这是使用于纺织行业的新型计算机及数控系统。

通过控制两轴数控系统实现喷嘴的函数曲线及手绘任意曲线运动的控制。

在我国淡水资源匮乏、水污染非常严重的今天，研制成功这种无水印染机控制系统具有很高的环保价值及实用价值，其中的核心技术凸轮曲线拟合及优化算法已申请国家专利。

成套装备系统

　　 成套装备制造是制造业的核心组成部分，当今世界一个国家是否具有高度发达的成套装备制造能力对该国家的经济发展和国际竞争力有着非常重要的影响。

汽车工业作为国家支柱性产业它的成套装备制造水平是一个国家制造业发达和否的主要衡量标准。

针对目前我国汽车产业的发展形势和现状，成套装备事业部将向汽车制造业提供成套制造装备作为主攻方向。

根据当前我国汽车变速箱制造企业普遍要求装配生产线具备高柔性、可重构、防错装、质量可控等功能，生产线的物料配送及生产组织由计算机进行统一管理。

我们在国内率先进行了全新装配线的研究和开发，目前已完成或正在完成多项汽车变速箱装配生产线成套装备的制造项目。

　　变速箱装配生产线具体组成简述如下：

整个装配线由装配段、试验返修段、涂装段和成品包装段组成。

装配段主要由：

打号机、清洗线、各轴压装机、涂胶机、螺栓拧紧机、翻转机和间隙测量及垫片选装机等设备及一套可重构自动物流运输系统AGV组成；试验返修段主要由变速箱密封试验台和综合性能试验台等装备构成；除上述硬件构成外还需配备计算机管理控制及远程监控系统。

该变速箱可重构柔性装配线的主要功能是完成变速箱零件清洗、分装、总成装配、试验、总成喷漆包装等任务。

　　主要工作业绩如下：

（1）大同齿轮集团汽车变速箱装配生产线项目

（2）西安法士特公司汽车变速箱装配生产线项目　　

（3）株州齿轮有限责任公司轿车变速器装配生产线项目　　　

（4）广西玉柴安达变速器有限公司变速箱装配生产线项目

（5）西安法士特小八档变速箱装配线项目

制造执行系统

　　信息技术事业部是我国最早从事计算机集成制造系统（CIMS）研究、开发和工程使用的一支重要队伍。

国家863/CIMS系统集成技术实验室、辽宁省制造业信息化发展中心等国家、省级机构设在本部。

承接国家自然科学基金、863计划和省、市重大攻关项目30余项，企业委托信息化项目10余项，并形成了在企业信息化总体规划、制造执行系统（MES）、高级排产和调度（APS）、制造过程建模/仿真/性能评价、设备故障诊断技术和产品质量诊断/控制/调整（SPCDA）等方面的技术优势和特色，在国内外具有较高的知名度。

　　1、主要研究方向及内容

　　整个事业部由MES使用基础研究、制造执行系统平台和使用系统研发、制造执行系统项目实施三大部分构成。

　　■　　MES使用基础研究

o　面向制造过程管理和优化控制的（共性）方法体系建立

o　制造过程建模技术和制造系统性能评价研究

o　MES相关标准研究及行业模型建立

o　不同生产类型的高级排产和调度技术（APS）

o　产品质量诊断/控制/调整技术（SPCDA）

o　设备故障诊断和预防性维护技术

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