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都有较大提高。此后发展起来的多功能组装仪表，可以实现各种特殊控制，
还可以与计算机联接。
②数控技术在机床上的运用。航空航天飞行器对零部件的要求极高。它
们多采用难以加工的合金，形状复杂，为提高强度减轻重量又常采取整体材
料，铣空成蜂窝状结构，用传统机床加工很难达到要求。1948年，美国帕森
斯公司为美国空军研究飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。因其加工难度
大，于是开始设计研制数控机床。该公司与麻省理工学院伺服机构研究室协
作，于1951年制成了三坐标数控铣床。此后，麻省理工学院又设计出更完善
的数控机床。1955年，辛辛那堤公司研制出自动数控程序 （APT）。它能够
根据工件形状自动决定进刀路线的几何轨迹及加工顺序。这一设计思想成为
以后其他数控自动程序设计的基础。1957年初，自动数控程序开始运用在旋
风—1计算机上。到1960年，数控系统已在工业中实用。
1958年，美国卡尼—特雷公司研制成第一台自动换刀的数控机床。它与
普通机床相比，加工费用降低一半，精度提高到小于20微米，生产率提高了
10倍左右。数控机床的出现是机床自动控制的一个重大进展。
4。自动化技术的新发展
进入20世纪60年代，军事竞争和空间技术的发展，对自动化技术提出
了多变量控制和最优控制等新课题。一些控制对象距离远，速度高，其特性
随时间急剧变化，并且要求精度高，控制通道是多路的。为解决这类控制问
题，控制理论和方法也要有新的发展。于是在60年代初，第二代控制理论即
现代控制理论形成了。它的创始人是匈牙利出生的美国学者卡尔曼 （1930
—）。
50年代末期，最优控制问题吸引了一批研究者。原苏联学者庞特略金于
1956年提出了最大值原理。美国学者贝尔曼于1957年提出了动态规划。他
们的理论成为最优控制理论的基础。卡尔曼解决了不确定系统的最优控制问
题，提出了滤波理论。但由于当时的理论还不成熟，技术装备水平也未达到，
所以最佳控制未能真正实现。1960年前后，“状态空间”的概念和方法发展
起来。梅萨罗维茨等人提出了“结构不确定原理”。他认为，不能只用传递
函数描述一个多变量系统，因为相同的传递函数可以有不同的内在机构，所
以需要建立在状态空间上的描述。原苏联学者李雅普诺夫用状态空间来研究
系统的稳定性，取得了较为满意的成果。卡尔曼在上述研究成果的基础上，
进行了深入探讨，提出了可控性、可观测性两个基本概念。这是控制理论的
核心概念。它们使人们对控制系统的认识进一步深化。卡尔曼在1960年美国
自动控制第一届年会上发表了《控制系统的一般理论》，不久又发表了 《线
性估计和辨识问题》，奠定了现代控制理论的基础。这次年会首次提出了“现
代控制理论”一词，因此人们公认现代控制理论诞生于1960年。
现代控制理论包括多变量控制理论、系统辨识理论、最优控制理论和自
适应控制理论等内容。60年代是现代控制理论迅速发展的时期，到60年代
中期已基本成熟。它是不同于经典控制理论的更普遍的理论，适用于线性与
非线性、时不变与时变、单变量与多变量、连续和离散系统。它提供的现代
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控制技术，在空间技术领域大显神威，最辉煌的成就之一就是“阿波罗登月
计划”的成功。
在生产过程自动化方面，60年代中期出现了多参数最佳控制，实现了多
机和机组自动化。1964年，本迪克斯公司首先在铣床上实现最佳适应控制。
这是以加工成本、生产率等综合经济指标为评价指标的多参数优化控制。在
数控技术方面，人们开始采用计算机数控系统（CNC），这是数控技术的一大
进步。CNC要想实现某种特定机床功能，只需改变系统程序，编制程序的工
作可部分依靠系统软件，因此具有通用性、灵活性，便于批量生产。1968年，
美国数字设备公司研制成了CNC系统。日本、法国、原联邦德国等也相继采
用小型计算机数控。
与此同时，多机组自动化逐渐产生。1960年，美国的西方电气公司建立
了用计算机控制的炭电阻生产线。它不仅自动完成操作，而且检测、装配、
试验和在工作站之间的移动都有反馈环路联系，是无人生产线的最早尝试。
60年代后期，计算机直接控制系统 （DNC）开始出现。它是用一台大型计算
机控制一群机床。1976年，英国莫林斯公司研制成最早的直接数控系统“系
统24”，用一台计算机控制加工中心群，但由于软件技术问题未获成功。1968
年，美国辛辛那堤公司开发了一个可变任务系统，能够实现多级加工，物流
可有规律地顺序节拍式输送。
在DNC基础上发展起来的柔性制造系统（FMS），是由数台数控机床和自
动化仓库组成的多工位自动化加工系统。它采用计算机控制的信息系统指挥
协调，在不停机调整的情况下，通过自动化物流输送系统，连续地加工不同
的工件。这种系统综合了许多工艺技术，虽然费用很高，但发展很快。到1985
年，全世界已有350条柔性生产线。
从70年代开始，各类生产过程向大型化、高度连续化、操作强化发展，
形成了复杂的大系统。为了解决这类大系统的自动控制问题，大系统理论逐
步发展起来。1970年，梅萨罗维茨等人发表了《多级递阶系统理论》，为大
系统理论的发展奠定了基础。大系统理论被称为第三代控制理论。它着重从
控制与信息的观点，研究各种大系统的结构方案，总体设计中的“分解”方
法和协调等问题。由于它涉及问题很多，难度很大，所以至今还不成熟。
70年代后，大规模集成电路的发展，微处理器和微型机的应用，引起自
动化领域的一些重大变革。由于微处理器和微型机使系统硬件费用大幅度降
低，可靠性大大增强，许多低成本领域的自动化成为可能，同时出现了新的
“分散控制系统”，并使自动化仪表控制系统由计算机集中控制向总体、分
散型控制系统发展。1975年，美国霍尼威尔公司最先设计出TDC—2000系统。
到1980年，已有20多种集散系统。
进入80年代，一个新的综合自动化系统破土而出。它把柔性制造系统、
计算机辅助设计、计算机辅助调动等系统有机结合起来。组成了“计算机集
成制造系统” （CIMS）。它综合、集成各种技术，把自动化范围扩展到市场
和销售，是制造过程自动化的一场革命，是世界自动化技术发展的前沿和方
向，将成为下个世纪各国竞争的战略目标。美国、日本等国的一些公司，都
投入大量资金进行这方面的研究开发。
5。工业机器人
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“机器人”一词源自捷克语“ROBOTA”，最早出现于捷克作家卡雷尔·查
培克（1890—1938）1920年写的剧本《万能机器人》。1959年，美国尤里梅
逊公司生产出第一台数字控制的可编程的机器人。它具有记忆功能，能实现
示教再现的点到点的控制，同年，美国的另外两家公司还生产了两种小型的
机器人。这是机器人的第一代。60年代末70年代初，第一代机器人发展到
了高潮。第一代工业机器人的功能很有限，不能移动，没有视觉、触觉和智
能。因此，智能机器人成为发展目标。
智能机器人的研究开始于60年代初。美国麻省理工学院的厄恩斯特于
1961年首次用计算机控制机器人，1963年，研制出可以进行积木游戏的机器
人MH—1。麻省理工学院1968年还研制出在火星软着陆和探测用的“移动数
据收集装置”。1970年，日本日立中心研制出智能机器人MK—1。它有两个
摄像机作眼睛，一只看装配图，另一只看待装配的零件，并进行比较判断，
决定装配程序，再用机械手完成装配工作。它是属于第二代适应型的机器人。
第二代机器人的主要特点是对外界环境变化有感觉能力，可根据传感器输入
的信息作出判断，进行加工处理。
第三代机器人在80年代逐步发展起来。它是具有更高智能的自律机器
人，可以根据机械内部信息和外部环境信息，通过独立判断，完成给定的工
作目标。它能看、能听、能说、能判断环境状况，并且有记忆、推理和决策
的能力。1986年，日本研制出能用4条腿爬行的“海龟1号”，用于核反应
堆内维修和海底探测。1988年，美国发明了6条腿、形如大蜘蛛的机器人。
这是世界上第一台能自己走进核电站进行维修的机器人。第三代机器人 90
年代进入实用阶段。
到1991年，全世界共有各类机器人45万台，其中日本有27万台，占
60％。中国第一代机器人在80年代开始推广应用，并发展了水下机器人。1991
年，中国已研制出可以跨越障碍的机器人。到2000年中国的智能机器人将广
泛应用。
机器人为人类做出了杰出的贡献，但偶尔也犯下“罪行”。1978年，日
本广岛一家工厂的切割机器人，突然抓起一名工人送入刀下加工起来。这是
世界上第一起机器人杀人事件。1989年，原苏联一名国际象棋大师与一名机
器人对弈，机器人在金属盘上放出强大电流，象棋大师触电身亡。据统计，
世界上已有十多起机器人“杀”人案件。日本自1978年以来已有11人死于
机器人之手，7000人致伤。平均每年伤728人。机器人这种危害作用已引起
人们的重视。
机器人的发展会对社会产生什么样的影响，目前人们看法很不一致。维
纳在50年代就指出，自动化机器会导致大量工人失业。许多人持与维纳相同
的观点。但也有人不同意。英国前首相撒切尔夫人1981年说：“日本使用机
器人数量是世界第一位的，但其失业率在西方世界却是倒数第一。英国应用
机器人最少，但其失业率是西方国家中最高的”。50年代，美国有人认为，
发展自动化会使美国到1970年失去700个就业机会。但到1970年时，美国
反而增加了几百万个就业机会。因此，自动化的发展既带来社会难题，也带
来机遇。解决这一矛盾，将是各国发展自动化技术面临的重要课题。
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八、材料科学技术及建筑科学技术的发展
材料的发展是人类文明的重要标志。随着本世纪物理学、化学的进展，
对材料微观结构及其与材料性能之间关系的研究也逐渐深入，大大开拓了材
料科学的研究领域，扩展了材料的种类、功能和应用范围。当代尖端技术创
造的超高温、超低温、超高压等条件，不仅使人们能从本质上认识材料的各
种理化性能，而且能利用“极限技术”的材料工艺制备各种具有超级性能的
新材料。50年代末60年代初，材料科学技术逐渐形成。它是一门技术科学，
也是一门综合性学科，30多年来发展迅猛。材料与能源、信息已成为当代社
会的三大支柱。
第二次世界大战以来，建筑业发展的需要，力学、物理学、材料科学、
数学和计算技术及测试手段的进步，促进了建筑科学技术的发展。建筑机械
从手工操作、半机械化、机械化向自动化和计算机控制迈进，建筑材料、建
筑结构、建筑工艺等方面都发生了巨大的变化。一座座具有时代特征的建筑
物拔地而起，为人类生活提供了更加优越的生存条件。
1。材料科学技术的进展
按其化学成分，材料可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材
料和复合材料四大类。本节将分述各类材料在当代的发展。
（1）金属材料
作为黑色金属之一的钢铁是最基本的结构材料。50年代初，使用氧气的
炼钢法相继出现。其中纯氧顶吹的转炉炼钢法，于 1952年在奥地利的林茨厂
实现工业生产。这种方法比通用的平炉投资少40—50％，效率提高3—5倍。
它被很快推广，同时还出现了可以生产优质的不同钢种的全部工艺，使炼钢
生产跨入了一个新时代，钢产量急剧增长。第二次世界大战以后特别是 60
年代初，电炉炼钢也发展很快。由于供能、电路、耐火材料和电极的重大进
步，电炉变压器容量由原来每吨为200—300千伏安迅速提高到500—600千
伏安以上，提高了功率，缩短了冶炼时间，降低了电炉钢的成本。到70年代
末，世界电炉炼钢产量已超过1亿吨。近年来，钢铁工业朝集中化、联合化、
专业化方向发展，并出现了连续化和高速度的特点。1950年，连续铸钢开始
出现，60年代后又有许多新进展。此外，连续式带钢冷轧被大力采用，并应
用电子计算机进行自动化控制。生产某些特种钢的特殊熔炼法，如真空脱氧
法、电渣重熔法等也在70年代发展起来。
有色金属，特别是一些稀有金属的发展也令人注目。铝的冶炼技术近40
年来不断改进和提高，耗电量下降约40％。40年代初，美国第一次从海水中
提炼出镁，开创了镁的工业生产的重要途径。60—70年代，用作结构材料的
镁合金大幅度增加，新型镁合金成为制造直升飞机某些零件的重要材料。由
于钛的冶炼技术困难，第二次世界大战后才实现工业生产。1947年，钛的世
界产量只有2吨；1962年达10万吨；70年代后，以每年15％的速度增长。
钛合金在航空、航天以及电化学工业、电力工业方面已广泛应用。一些稀有
金属的冶炼和应用近些年也进展迅速。锂被用于制造氢弹和进行热核反应。
铍被用于原子反应堆的中子减速剂。铷、铯则做为电子技术和自动化仪器方
面的功能材料。铀、钍等放射性金属，用做原子反应堆和原子武器的主要材
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料。钨、钽、锆、锗、镓、铟等被用于电子工业和半导体工业。
当代金属材料发展中最引人注目的是各种新型金属。铝锂合金最早出现
于20年代，但未得到发展。50年代中期，美国研制成功可供商品化的铝锂
合金，并用于飞机制造。1971年，英国富尔门公司发明了新的铝锂合金。同
年，美国也开发了铝—镁—锂合金。到目前为止，国际上已研制成铝—铜—
锂、铝—镁—锂、铝—锂—铜—镁3个系列的铝锂合金。铝锂合金是航空、
航天工业的理想结构材料。它可使民航飞机减轻8—16％。铝锂合金具有良
好的抗辐照特性和低温特性。可用作核聚变装置的真空容器，以及用作低温
容器。
本世纪中期以来，在金属材料制备中采用了具有突破意义的快速冷凝技
术，由此产生了一系列新型非平衡态的金属及合金，即非晶、微晶、纳米晶
和准晶。1960年，美国的达沃等首先发现，某些液态贵金属合金如金硅合金
通过急冷可以获得非晶态结构，从而开创了一系列非晶态材料的制备途径。
这些非晶态材料具有类似玻璃的某些结构特征，因此被称为“金属玻璃”。
它具有超耐蚀性、高磁导率、恒弹性、高强韧性、低热膨胀系数和高磁致伸
缩等许多优异特性。美国、日本、原西德等国相继投入力量进行研究。70年
代末，非晶态合金开始步入实用化阶段。80年代初，非晶态合金以电磁材料
为中心获得推广应用。美国、日本、原西德已具有万砘级的生产规模。中国
80年代末也建成了年产百吨级的中试线。金属微晶材料的快速冷凝技术发展
也很快。80年代，英国开发了快速冷凝粉末冶金技术。目前占领市场的是铁
基和镍基粉末高温合金，正处于开发和应用初期的快速冷凝材料有粉末铝锂
合金、粉末热强铝合金。
金属磁性材料是当代工业不可缺少的重要基础材料。50年代，铁氧体的