软件技术前沿技术报告

软件技术前沿技术报告（共7篇）

软件技术前沿技术报告 篇1

读书报告

课程名称：电气工程发展前沿

专业：电气工程 学号： 姓名：

前言

非常有幸在研究生一年级第一学期学习了电气工程发展前沿这门课。电气工程发展前沿这门课程介绍了电气工程各个领域的前沿研究方向，使我了解到电气工程相关领域的技术发展现状和前沿技术，使我对电气工程的理解达到了一个新的层次，为毕业后从事电气工程及相关领域的设计制造、运行维护和科学研究工作打下了认识基础。

前沿技术是指高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础，是国家高技术创新能力的综合体现。

选择前沿技术的主要原则：

一是代表世界高技术前沿的发展方向。

二是对国家未来新兴产业的形成和发展具有引领作用。三是有利于产业技术的更新换代，实现跨越发展。四是具备较好的人才队伍和研究开发基础。

部分内容如下：

牟龙华老师：分布式发电与微网关键技术、面向智能电网的区域集成保护 张逸成老师：大功率DC/DC变换器的关键技术及问题 林济铿老师：智能电网

金立军老师：电气绝缘与故障检测 李锐华老师: 新能源转换及应用新技术 朱琴跃老师: 高速列车

康劲松老师：电动汽车电驱动系统现状与发展 向大为老师：变流器在线监测与故障诊断技术 等。

在此，感谢所有讲课的15位老师的辛勤付出。

本次结课论文的要求是选取各位老师所讲的一个方面来谈谈体会，所以我决定谈谈我对我国电力系统以及分布式发电与微网的思考。

对电力系统的思考

一、关于电力系统发展现状 改革开放以来，我国电力行业发展迅猛，电源结构不断调整，火电优化水平提高，水电、核电开发力度加大，电网建设不断加强，电力环保成绩显著，电力装备技术不断提高，多项技术已经达到国际先进水平。进入21世纪，电力需求更加旺盛，发展潜力巨大，电力建设任务仍十分艰巨，电力系统的主要发展趋势是开发新能源，开发节能环保的新产品，降低设备的功耗，加快研究更高一级的电压输电技术，推广柔性输电技术，加快电网建设，优化资源配置，继续推进城乡电网建设与改造，形成可靠的配电网络。鉴于此，我对我国电力系统的发展认识概括为扩容、节能、环保。

二、关于电力系统容量的扩大 首先，我觉得我国电力系统容量扩大的需求从侧面反映了我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，这是让人值得兴奋的事。电力系统容量的不断增大不仅是因为我国生产力不断发展导致的能源需求增大，也反映了我国能源需求与实际分布的不对称。鉴于此，我觉得我国电力系统的发展应该着力于在一定程度上抑制电力系统向过“巨”发展，因为过于庞大的电力系统要相当高技术的维护和保障措施才能保证其较低的故障率，若其一旦故障会造成大面积停电，影响很大。需求增大而系统不能过大，则要求尽量结合当地的能源结构实现电力的自给自足。其次，建立小范围区域内的电力能源调动平衡。再次，建立全国性的主干能源线路以备大范围停电。

三、关于电力系统的节能 随着人类文明的不断进步，能源的消耗水平日益升高。尤其考虑到化石能源的不可再生性，在能源领域的节能倡导呼声越来越高。考虑到我国电力能源中，煤电的比例占到7成多，我国的电力系统节能更是负担重大，这关系到我国能源的安全和国民生活的稳定。电力系统的节能主要体现在电厂的厂用电率和输电时的线损率。这两项的优化主要体现在生产和输入电力的设备生产工艺以及结构原理设计。

四、关于电力系统的环保 在环境日益恶化的今天，环保一词无处不在。能源领域作为人类生产生活的基础领域，注重环保尤其重要。虽然电力作为能源家族中较为环保的存在，其在生产阶段对环保的要求同样不可丢弃。由于电力需求日益增大，导致电力生产对环境的影响逐步增大，甚至达到决定性水平。鉴于此，我国的电力生产要注重增大更加清洁的风电、水电、核电以及太阳能发电等的比重并加大新的清洁能源的开发。

五、结论

随着我国对电量需求的不断增大，我觉得我国电力系统将向着大网设计微网运行、更新设备完善设计以及提高技术环保节能的大方向发展。在我国一代代电力人的不懈努力下，我国电力系统的前景将无限光明。

对分布式发电与微网的思考

分布式发电系统是利用多种分散的能源进行发电的系统，如风能等可再生能源发电系统以及CCHP，分布式发电系统具有可利用丰富的清洁和可再生能源的优点，但一些可再生能源具有间歇性和随机性。分布式电源接入常规电网并网运行，易满足负荷需求，有助于可再生能源高效和规模化利用。目前分布式电网面临着不可调度，功率波动等问题。分布式发电技术是充分开发和利用可再生能源的理想发生，它具有投资小、清洁环保、供电可靠和发电方式灵活等优点，可以对未来大电网提供有力补充和有效支撑，是未来电力系统的重要发展趋势之一。

智能配电网就是以配电网高级自动化技术为基础，通过应用和融合先进的测量和传感技术、控制技术、计算机和网络技术、信息与通信等技术，利用智能化的开关设备、配电终端设备，在坚强电网架构和双向通信网络的物理支持以及各种集成高级应用功能的可视化软件支持下，允许可再生能源和分布式发电单元的大量接入和微网运行，鼓励各类不同电力用户积极参与电网互动，以实现配电网在正常运行状态下完善的监测、保护、控制、优化和非正常运行状态下的自愈控制，最终为电力用户提供安全、可靠、优质、经济、环保的电力供应和其它附加服务。传统的电力系统是一个刚性系统，柔性及可组性较差。智能电网可实现对电网的全景信息的获取和控制；与传统电网相比，智能电网将进一步优化各级电网控制。目前用户停电95％以上是由配电网的原因引起的，智能配电系统所具有的自愈功能将使事故发生时用户遭受的停电风险降至最低。

智能配电系统的双向性（双路通信、双向表计）将促进电网公司和客户之间的互动沟通，有利于促进电力需求侧管理，使客户享受更多的电价优惠，从而进一步提升电力服务水平。有利于提供更加优质的电能（定制电力）、用户分布式新能源大量接入以及各种新型电气设备的应用。

智能配电网可实现配电网优化运行，提供更加可靠的电能，推动新能源革命，促进环保和可持续发展。

现代“微网”的概念于2001年美国Lasseter教授提出。是由负荷和微电源（分布式电源）及储能装置共同组成的有机系统。微电源主要通过电力电子技术实现能量转换和控制。

微网的形式和种类多种多样，能够整合多种形式的分布式电源，将微电源、电网和用电设备有机地整合，实现多种能量形式集中管控。微网对配电网来说是“柔性负荷”或“可控负荷” 众多的微网接入后对配电网及电网的影响不可忽视。微网可实现优化负荷特性，对智能用电的控制，同时微网是智能配电网的有力支撑，通过优化组合电源的运行方式减轻配电网的负担，利用网内通信条件引导用户参与优化过程。

微网的运行方式可分为孤岛运行与并网运行两种运行模式，运行方式转变是平滑、可控的，通过PCC点的开关进行。可以互为备用。微网的主要控制设备有分布式发电控制器、可控负荷控制器、中央能量管理系统、继电保护装置。控制策略主要有并网PQ控制、孤岛U/f下垂控制、可控负荷控制策略、虚拟同步发电机技术。

智能配电信息系统在智能电网中起到重要作用，是配电系统各部件实现相互联系的重要保障，是实现兼容、自愈、互动和优化的技术基础。

内容涵盖信息整合、设备管理、用户需求管理、业务流程管理、运行调度管理及信息安全等。

智能配电网的发展目标是实现电网自愈，以下问题需要集中研究、迫切解决： ①分布式与可再生能源的无缝接入与微网运行； ②提高供电可靠性和电能质量；

③降低扰动对电网的影响和停电对用户的影响；

④增强用户的互动作用，鼓励用户参与电网调峰，进行需求侧管理； ⑤降低运行和维护费用；

⑥为用户提供更多的用电选择和附加服务。

随着能源的发展，社会的进步，科技和信息化水平的不断提高以及全球资源与环境问题的日益突出，能源的开发利用面临着新的挑战。当今世界正在进行一场以新能源大规模开发利用为显著标志的能源产业革命。与长期广泛使用，技术上较为成熟的常规能源（如煤、石油、天然气、水能等）相比，新能源是指在科学技术基础上开发利用的非常规能源，包括风能、太阳能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、核聚变能。从世界来看，一次化石能源是有限的，从长久来看，新能源将是未来人类的主要能源来源，新能源发电是指把新能源转换为电能的过程。我国当前在新能源发电及接入技术和技术管理层面存在的问题主要为以下几个方面：由于电源结构而导致的调峰能力问题；电网资源配臵能力难以满足风电基地远距离电力外送问题；新能源发电及接入技术标准与检测认证体系问题；新能源发电功率预测及调度决策支撑系统问题；及配电网建设适应新能源发电分布式接入问题。

光伏发电将呈现大规模集中接入与分散接入并举的发展态势。一是需要建设完备的新能源发电的资源数据平台和运行数据平台；二是要进行新能源电站模型的深化研究，掌握风电、光伏等新能源电站的参数辨识技术；三是结合新能源发电并网运行调度对仿真分析提出的新要求，研究适用于不同时空尺度下的时序仿真技术；四是新能源并网规划技术，开发相应的工具软件。一是分布式新能源的配电网的规划设计技术；二是分布式新能源接入配电网运行控制技术，三是在分布式储能、用户侧的能源高效利用方面进行研究，使得现有配电网能够适应供电结构变化带来的运行方式差异，逐步实现分布式新能源的即插即用。

分布式发电接入配电网时，除基本要求外，还需要满足一些其他要求，主要包括对配电网事故情况下的响应要求、电能质量方面的要求、形成孤岛运行方式时的要求、控制和保护方面的要求以及投运试验的要求等。

1.分布式发电接入配电网的基本要求

（1）与配电网并网时，可按系统能接受的恒定功率因素或恒定无功功率输出的方式运行。分布式发电本身允许采用自动电压调节器，但在运行电压调节时应遵循已有的相关标准和规程，不应造成在公共连接点（Point of Common Coupling，PCC）处的电压和频率频繁越限，更不应对所联配电网的正常运行造成危害。一般而言，不应由分布式发电承担PCC处的电压调节，该点的电压调节应由电网企业来负担，除非与电网企业达成专门的协议。

（2）采用同期或准同期装置与配电网并网时，不应造成电压过大的波动。（3）分布式发电的接地方案及相应的保护应与配电网原有的接地方式相协调。

（4）容量达到一定大小（如几百千伏安至1MVA）的分布式发电，应将其连接处的有功功率、无功功率的输出量和连接状态等方面的信息传给配电网的控制调度中心。

（5）分布式发电应配备继电器，以使其能检测何时应与电力系统解列，并在条件允许时以孤岛方式运行。

（6）与配电网间的隔离装置应该是安全是，以免在设备检修时造成人员伤亡。

随着分布式发电技术水平的提高、各种分布式电源设备性能不断改进和效率不断提高，分布式发电的成本也在不断降低，应用范围也将不断扩大，可以覆盖到包括办公楼、宾馆、商店、饭店、住宅、学校、医院、福利院、疗养院、大学、体育馆等多种场所。目前，这种电源在我国仅占较小比例，但可以预计未来的若干年内，分布式电源不仅可以作为集中式发电的一种重要补充，而且将在能源综合利用上占有十分重要的地位。

相对电力系统而言，微电网类似于一个独立的控制单元，其中每一个微电源都具有尖端的即拔即插功能。对每一个微电源，最关键的是它本身的接口、控制、保护以及对微电网的电压控制，潮流控制和维持其运行稳定性。一个重要的功能是微电网的联网运行和孤岛运行方式见的平稳转移。在微网中，为了防止微电网与配电网解列时对微电网内负荷的冲击，微电网的配电结构需重新设计，将不重要的负荷接在同一条馈线上，重要或敏感的负荷接在另外馈线上。接敏感负荷的馈线上装有分布式电源、储能元件及相应的控制、调节和保护设备。如此，在微电网与主网解列时，通过隔离装置可甩去一些不重要负荷，但仍能保证一些重要负荷的正常、连续运行。

展望

如果在二十世纪中期以前，电工学的发展主要基于电磁场与固体的相互作用，电机学主要在发展旋转电机，则从新原理与新理论的角度看，二十世纪后半期电工新技术的重大进展则基于电磁场与流体的相互作用的研究和直线电机研究的深入。这时物理与天文研究中发展起来的等离子体物理学与电磁流体力学开始向工程应用方面蓬勃前进，与人类能源、电力、交通及其他工业发展的需要相结合，开创并推进着受控核聚变，半导体的发展为电工领域提供了多种电力器件与光电器件。电力电子器件为直流输电，电气铁路，各种节能电源和自动控制的发展做出了重大贡献。光电池效率的提高及成本的降低为光电技术的应用与发展提供了良好基础，使太阳能发电已在边远、缺电地区得到了实际应用，并有可能在未来电力提供中占有一定的份额。

受国际金融危机的影响，我国电力需求暂时放缓，这在客观上为调整和优化电力和能源结构提供了有利条件和机遇。智能电网为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。通过对电力生产、输送、零售各个环节的优化管理，可以节省电费、实现智能管理、具有更强的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合动力车的接入，以及使家电设备智能化。以智能电网的建设促进优化企业管理、全面节能减碳。

电力电子技术正在不断发展，新材料、新结构器件的陆续诞生，计算机技术的进步为现代控制技术的实际应用提供了有力的支持，在各行各业中的应用越来越广泛。电力电子技术在电力系统中的应用研究与实际工程也取得了可喜成绩。基于环境保护、节能减排和可持续性发展的要求，越来越多的新能源发电系统渗透在电力系统中。而投运的直流输电工程不断增加，产生了巨大效益；柔性交流输电技术尚未大范围使用，但效果显著，前景美好。配电网中用户电力技术作为一种新型的电力技术和先进的电力经营理念，将成为未来智能电网中不可缺少的重要组成部分，也必将极大的推进我国电力事业发展。

体会

通过对电气工程发展前沿课程的学习，我们对电气工程专业有了更进一步的了解，也了解到了目前电气工程发展的状况，和我国电力的现状，目前我国的电力发展还很低，相比较发达国家而言，还有很大的路要走，随着各行业对电力依赖越来越高，电力工业成为国民生产的基础命脉。怎样节约能源，和发展新的能源，方便的运用能源，是我们需要去研究的，电网的自动调节，新型能源的开放，都是新的发展方向。

软件技术前沿技术报告 篇2

7月16日,由中国集团公司促进会主办的“前沿智能技术报告会”在北京召开。中国集团公司促进会智能技术研究院院长陈树铭博士做《宇宙智能论》专场报告,并特邀美国纽约州立大学布法罗分校徐金辉教授主持对《宇宙智能论》成果的交流与研讨。

报告会从本体论、认识论、方法论的视角,阐述了陈树铭博士及其团队对宇宙一体化智能模型的思考,并介绍了其在量子、现代数学、宗教、人工智能等领域的最新成果,涉及技术、产业与社会等多方面。同时,还讲述了《宇宙智能论》独创的“功能逻辑建模”在中医、情感、意识、思维等人类尚无法认知领域的思考和建模。

在《宇宙智能论》的市场化、产业化方面,陈树铭博士具体介绍了其在智慧城市、海绵城市、大数据等领域的关键技术成果和全矢量三维数字地球平台、三维地质智能建模、三维不规则曲面矢量金字塔建模、三维激光点云特征抽稀等核心技术应用。

前沿技术悄然走俏 篇3

日前,《MIT技术评论》评选出了年度十大新兴技术。其中,实时搜索、社会化电视、移动3D、云编程四大IT技术位于十大排行前四名的宝座。

手持移动终端设备,实时搜索、随时登录社交网站和微博,将最新资讯尽收囊中; 通过切换移动设备屏幕,实现二维视频到三维场景的华丽转换;坐在电视机前,便可以通过宽带连接或机顶盒与朋友实现互动,即时分享观看节目的感受……

这一切都不再只是想像,实时搜索+社会化电视+移动3D+……=最酷的生活方式。

社会化电视

互动的偏爱

麻省理工学院电子研究实验室的科学家Marie-José Montpeti,数年来一直致力于社会化电视的研究,力求将社会化网络的主动体验与被动观看电视无缝结合起来。她的目标是让在不同地方观看同一电视节目的观众可以分享和讨论,使寻找观看内容的过程变得更容易。

社会化电视的兴起源于两个紧密相连的电视体验趋势——社会互动和个性化,这使传统观看电视的模式一去不复返。当人们在观看电视节目时,他们同时使用智能手机或笔记本电脑交换信息、发布微博、关注名人状态更新。

Facebook和MySpace这类社交网站已经开始将电视嵌入到自己网站的视频应用,借助社区平台,使喜爱特殊电视节目的个性化小众群体可以更加便捷地实现互动,体现独特的节目品味。

社会化电视的走俏将大大改变电视的收视人群组成,从而为运营商、内容提供商创造商机。运营商、网络和内容制作商也希望观众更容易与朋友们进行互动,这将帮助他们维护自己的观众群体,避免其流失到其他视频服务网站。事实上,为了更好地满足用户需求,有线电视公司和其他宽带视频供应商早在20年前就已经在全球赞助互动电视服务的小试验。

目前来说,社会化电视通信系统还显得笨拙。Montpetit希望联结不同的通信系统,尤其是移动和宽带服务,以此来创造一种全新的用户体验。今年2月,Montpetit和学生们展示了该系统的改良版。通讯系统的进一步完善,将会提供更佳优质的用户体验,大大增强电视体验的互动性和个性化。

移动3D

随身的视觉盛宴

《阿凡达》电影的热映,让全世界对3D电影有了直观感性的认识,移动3D已经悄然走进人们的视线: 三星B710手机屏目从垂直方向移动到水平方向时,图像就自动从二维转变为三维;夏普最新的三维显示屏也无需借助眼镜便可以呈现鲜艳、清晰的图像; 2010年3月,微软展示了Surface的移动3D界面,可以提高便携性和3D感应,只要带上一个特制的投影机,就可以随时随地的实现多点触摸等功能,该投影移动技术可以用于电话、笔记本或Zune设备,实现更简单的游戏和应用程序控制。

移动3D技术的发展得益于澳大利亚Dynamic Digital Depth公司CTO Julien Flack的贡献,他花了超过10年的时间来完善能够实时将2D转换为3D的技术。但目前移动3D技术尚未广泛应用。根据GigaOM Pro最新的一份报告显示,移动3D技术的应用主要受限于昂贵的成本,但随着新型芯片、移动传感器、软件的发展,能够有效地实现2D转换为3D,这将导致3D市场格局的变化。

目前,移动3D技术较多地应用于游戏领域,利用模拟三维内部空间来处理导弹发射路径这类动态过程,然后展示给玩家。Flack表示,他的技术可以使得三维几何效果在“游戏自身内部”得以展现。Dynamic Digital Depth公司已经发布可以将普通游戏转换为三维电脑游戏软件,并预计在未来一两年内有类似的软件能在移动设备上运行。

市场研究公司DisplaySearch预测,2018年世界将有7100万应用移动3D技术的移动设备。可以预见到,移动3D将有广阔的前景。

云编码

释放程序员生产力

看到Google、亚马逊等公司所拥有的超大数据中心,人们都不会怀疑云计算提供了几乎无限的处理和存储能力。Google以应用托管、企业搜索以及其他形式向企业开放了他们的“云”。今年4月,谷歌推出了谷歌应用软件引擎,这种服务让开发人员可以编译基于Python的应用程序,并可免费使用谷歌的基础设施来进行托管,最高存储空间可达500MB(若需更多空间要付费购买)。亚马逊则提供了可以通过网络访问的存储、计算机处理、信息排队和数据库管理系统接入式服务。尽管大家都认为云计算有着超凡的能力,但是开发人员目前却不知道如何充分利用这种能力。

今天,许多程序员在做的是转换现有程序使其能在“云”上运行,而不是创造出一种可以在任何地方运行的新程序类型。于是他们面临着这样的难题——如何记录数据并获取“云”运行情况的可靠信息。只有这一问题得以解决,程序员才能真正利用云计算所展示出的无尽可能。例如,云应用可以使在线音乐销售商随时了解流行音乐的情况;如果一个歌手一夜之间成为热门话题,他可以迅速利用自己网站中的广告和特惠服务来迎合顾客的需求。

计算机前沿技术心得 篇4

心得感悟

学号： 1111060101姓名： 张辉

专业：信息与计算科学

在当今社会的发展下，科学技术和信息技术已经成为各行各业重要的信息通讯手段，在其带动下，经济全球化的进程也逐步加快，企业面临的竞争也越来越激烈，而计算机的前途也是在顺应时代潮流，不断向前发展。

近年来，数据挖掘引起了信息产业界的极大关注，其主要原因是存在大量数据，可以广泛使用，并且迫切需要将这些数据转换成有用的信息和知识。获取的信息和知识可以广泛用于各种应用，包括商务管理，生产控制，市场分析，工程设计和科学探索等。而在学习了《计算机前沿技术》一课后，让我对当代计算机的发展有了新的认识，也有了新的体会。

在当今的信息新技术主要包括这么几类。

1.信息安全新技术：主要包括密码技术、入侵检测系统、信息隐藏技术、身份认证技术、数据库安全技术网络容灾和灾难恢复、网络安全设计等。

2.信息化新技术：主要涉及电子商务、电子政务、城市企业信息化、农业信息化、服务信息化等。

3.软件新技术：主要关注嵌入式计算与嵌入式软件、基于构件的软件开发方法、中间件技术、数据中心的建设、可信网络计算平台等。4.网络新技术：包括宽带无线与移动通信、光通信与智能光网络、家庭网络与智能终端、宽带多媒体网络、分布式系统等。计算机新技术：主要关注网络计算、人机接口、高性能计算和高性能服务器、智能计算、磁存储技术、光存储技术、中文信息处理与智能人机交互、数字媒体与内容管理、音视频编/解码技术等。

学完这门课后，我通过查阅一些资料以及自己的感悟，大胆的对计算机技术的发展做了一步预测和构想。因为只有明白了当前的形式，搞清楚历史的规律，这样才能知道下一步应该怎么做，应该朝着什么方向发展。我大胆的对此做了一个发言，中国的计算机界把握机遇迎接挑战。看一下处理器方面该怎么做，在上一个世纪中，我们所关心的是每秒钟可以完成多少指令，也就是处理的速度。后来发现不对，应该做高性能的处理器，重要的是功耗低，然后是无线和互联，而我们更关心的是其所处理能力的多少，大家关心的点也已开始转移，从每秒处理能力多少，到每块能买到多少处理能

力，最后到消耗每瓦功耗多少能力。在处理结构上有什么变化，从上世纪70年代左右，人围着计算机转，那时候的一切围绕CPU转，所以那时候的CPU当之无愧，因为处理器是中心，所以叫CPU。再往下看的话，就是计算机围着人转，我们身上的手表的一切一切，无论走到哪里，计算机装备都围着我来转，在计算机内部不是围着CPU而是围着存储期，I/O，通道转，因此，不能光搞CPU，比如出现PIM等新的名称，所以我们应该与时俱进。

这是我在学习《计算机前沿技术》一课程后对计算机的发展方向简单的总结了自己的观点。另外，在通过学习这门课程后，我最大的体会不仅仅是在于对计算机方面的了解，给我感触最深的就是对问题的思考和学习的过程。

这学期的课程虽然只有简短的十几节课，可是对于我来说却十分的宝贵。对此谈谈我个人的一些收获。首先是在学习的过程中，一是从被动的听老师授课，讲课的理论性太强，而且可感性有不高，难以更好的去理解所讲内容所涉及到的理论知识，没法更好的去学习这些知识点，因此，在以后的学习之中，要主动的去学习，可以通过网络查询了解关

于所学的内容，对这些内容作更细致的了解。其次是在对于问题的思考，通过本学期的学习，我明显的感觉到了，在看待问题，分析解决问题的能力明显不足，心态上有些急切，很是想学习相关方面的具体解决问题的只是，进一步提升自己。而在逐渐的学习之中，自己的思维方式，思考问题的方式也在逐步产生变化。为什么会出现问题，怎样去解决问题，为什么要这样去解决问题，如何更好的具体的去提出相关的可行方案去落实···这样就能更好的让自己对其有更深的认识。

先进制造技术前沿发展与未来趋势 篇5

毕节学院 机械工程学院 机械一班 金钦 32321101008

摘要：本文介绍了当今制造技术面临的问题，论述了先进制造的前沿科学，并展望了先进制造技术的发展前景，最后提出我国制造技术要跨入世界先进行列可行的实施策略。随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈，越来越多的制造企业开始将大量的人力、财力和物力投入到先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。改革开放以来，我国制造科学技术有日新月异的变化和发展，确立了社会主义市场经济体制，但与先进的国家相比仍有一定差距，为了迎接新的挑战，对先进制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不容缓的重要任务，必须认清制造技术的发展趋势，缩短与先进国家的差距，使我国的产品上质量、上效率、上品种和上水平，以增强市场竞争力，实现我国机械制造业跨入世界先进行列之梦想。

关键词：制造科学； 先进制造技术； 机械制造； 发展趋势

引言

制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。当前制造科学要解决的问题

当前制造科学要解决的问题主要集中在以下几方面：

（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。

（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。例如在计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-Real Space)中，都存在大量的几何算法设计和分析等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间(配置空间Configuration Space)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(Screw Space)进行几何推理[1]。制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科--计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。（3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。

（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。

这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。现代制造工程的前沿科学

不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对科学技术产生了新的要求和期望，从而形成前沿科学。前沿科学也就是已解决的和未解决的科学问题之间的界域。前沿科学具有明显的时域、领域和动态特性。工程前沿科学区别于一般基础科学的重要特征是它涵盖了工程实际中出现的关键科学技术问题。

超声电机、超高速切削、绿色设计与制造等领域，国内外已经做了大量的研究工作，但创新的关键是机械科学问题还不明朗。大型复杂机械系统的性能优化设计和产品创新设计、智能结构和系统、智能机器人及其动力学、纳米摩擦学、制造过程的三维数值模拟和物理模拟、超精度和微细加工关键工艺基础、大型和超大型精密仪器装备的设计和制造基础、虚拟制造和虚拟仪器、纳米测量及仪器、并联轴机床、微型机电系统等领域国内外虽然已做了不少研究，但仍有许多关键科学技术问题有待解决。

信息科学、纳米科学、材料科学、生命科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界的面貌。因此，与以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等会是21世纪机械工程科学的重要前沿科学。

2．1 制造科学与信息科学的交叉--制造信息科学

机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对制造技术开始探索产品设计和制造过程中的信息本质，另一方面对制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化制造环境。随着对制造过程和制造系统认识的加深，研究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。

与制造有关的信息主要有产品信息、工艺信息和管理信息，这一领域有如下主要研究方向和内容：

(1)制造信息的获取、处理、存储、传递和应用，大量制造信息向知识和决策转化。(2)非符号信息的表达、制造信息的保真传递、制造信息的管理、非完整制造信息状态下的生产决策、虚拟管理制造、基于网络环境下的设计和制造、制造过程和制造系统中的控制科学问题。

这些内容是制造科学和信息科学基础融合的产物，构成了制造科学中的新分支--制造信息学。

2．2 微机械及其制造技术研究

微型电子机械系统(MEMS)，是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS的发展将极大地促进各类产品的袖珍化、微型化，成数量级的提高器件与系统的功能密度、信息密度与互联密度，大幅度地节能、节材。它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如用尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞；制造出3mm大小能够开动的小汽车；可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术的发展开辟了技术全新的领域和产业，具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在制造业、航空、航天、交通、通信、农业、生物医学、环境监控、军事、家庭以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景[2]。

微机械是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60~120μm的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力。微机械技术有可能像20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。近10年来，微机械的发展令人瞩目。其特点如下：相当数量的微型元器件(微型结构、微型传感器和微型执行器等)和微系统研究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值；多种微型制造技术的发展，特别是半导体微细加工等技术已成为微系统的支撑技术；微型机电系统的研究需要多学科交叉的研究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和科学。

目前对微观条件下的机械系统的运动规律，微小构件的物理特性和载荷作用下的力学行为等尚缺乏充分的认识，还没有形成基于一定理论基础之上的微系统设计理论与方法，因此只能凭经验和试探的方法进行研究。微型机械系统研究中存在的关键科学问题有微系统的尺度效应、物理特性和生化特性等。微系统的研究正处于突破的前夜，是亟待深入研究的领域。2．3 材料制备／零件制造一体化和加工新技术基础

材料是人类进步的里程碑，是制造业和高技术发展的基础。每一种重要新材料的成功制备和应用，都会推进物质文明，促进国家经济实力和军事实力的增强。21世纪中，世界将由资源消耗型的工业经济向知识经济转变，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的设计实现定量化、数字化；要求材料和零件的制备快速、高效并实现二者一体化、集成化。材料和零件的数字化设计与拟实仿真优化是实现材料与零件的高效优质制备／制造及二者一体化、集成化制造的关键。一方面，通过计算机完成拟实仿真优化后可以减少材料制备与零件制造过程中的实验性环节，获得最佳的工艺方案，实现材料与零件的高效优质制备／制造；另一方面，根据不同材料性能的要求，如弹性模量、热膨胀系数、电磁性能等，研究材料和零件的设计形式。进而结合传统的去除材料式制造技术、增加材料式覆层技术等，研究多种材料组分的复合成形工艺技术。形成材料与零件的数字化制造理论、技术和方法，如快速成形技术采用材料逐渐增长的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，加工过程不需要工具或模具，能迅速制造出任意复杂形状又具有一定功能的三维实体模型或零件。

2．4 机械仿生制造

21世纪将是生命科学的世纪，机械科学和生命科学的深度融合将产生全新概念的产品(如智能仿生结构)，开发出新工艺(如生长成形工艺)和开辟一系列的新产业，并为解决产品设计、制造过程和系统中一系列难题提供新的解决方法。这是一个极富创新和挑战的前沿领域。

地球上的生物在漫长的进化中所积累的优良品性为解决人类制造活动中的各种难题提供了范例和指南。从生命现象中学习组织与运行复杂系统的方法和技巧，是今后解决目前制造业所面临许多难题的一条有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统与制造过程。如果说制造过程的机械化、自动化延伸了人类的体力，智能化延伸了人类的智力，那么，“仿生制造”则可以说延伸了人类自身的组织结构和进化过程[3]。

仿生制造所涉及的科学问题是生物的“自组织”机制及其在制造系统中的应用问题。所谓“自组织”是指一个系统在其内在机制的驱动下，在组织结构和运行模式上不断自我完善、从而提高对于环境适应能力的过程。仿生制造的“自组织”机制为自下而上的产品并行设计、制造工艺规程的自动生成、生产系统的动态重组以及产品和制造系统的自动趋优提供了理论基础和实现条件。

仿生制造属于制造科学和生命科学的“远缘杂交”，它将对21世纪的制造业产生巨大的影响。

仿生制造的研究内容目前有两个方面： 2．4．1 面向生命的仿生制造

研究生命现象的一般规律和模型，例如人工生命、细胞自动机、生物的信息处理技巧、生物智能、生物型的组织结构和运行模式以及生物的进化和趋优机制等；

2．4．2 面向制造的仿生制造

研究仿生制造系统的自组织机制与方法，例如：基于充分信息共享的仿生设计原理，基于多自律单元协同的分布式控制和基于进化机制的寻优策略；研究仿生制造的概念体系及其基础，例如：仿生空间的形式化描述及其信息映射关系，仿生系统及其演化过程的复杂度计量方法。

机械仿生与仿生制造是机械科学与生命科学、信息科学、材料科学等学科的高度融合，其研究内容包括生长成形工艺、仿生设计和制造系统、智能仿生机械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多属前沿探索性的工作，具有鲜明的基础研究的特点，如果抓住机遇研究下去，将可能产生革命性的突破。今后应关注的研究领域有生物加工技术、仿生制造系统、基于快速原型制造技术的组织工程学，以及与生物工程相关的关键技术基础等。3 现代制造业的先进生产模式

制造业发展趋势表明，只有采用先进的制造技术并能实施在相匹配的生产模式中才能符合上述的趋势。生产模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作模式。

（一）精良生产(LP)与独立制造岛(AMI)20世纪90年代美国麻省理工学院(MIT)提出精良生产(LP)概念。它的特征是：（1）重视客户需求，以最快的速度和适宜的价格提供质量优良的适销新产品去占领市场，并向客户提供优质服务。（2）重视人的作用，强调一专多能，推行小组自治工作制，赋予每个工段有一定的独立自主权，运行企业文化。（3）精简一切生产中不创造价值的工作，减少管理层次，精简组织结构，简化产品开发过程和生产过程，减少非生产费用，强调一体化质量保证。（4）精益求精、持续不断的改进生产、降低成本、零废品、零库存和产品品种多样化。

独立制造岛是张曙教授根据在引进先进技术的同时，必须改革生产组织的角度提出新的生产模式。独立制造岛的技术构思是：以GT为基础，以NC机床为核心，强调信息流的自动化和以人为中心的生产模式，它的特征是：组织、人员和技术三者的有机集成，面向车间、权力下放、综合治理，并以获取经济效益为主要目标[4]。AMI是发展中国家走向工厂自动化的重要途径，它的推广对中国机械制造业转向市场机制，参与国际竞争意义重大。

（二）敏捷制造与虚拟制造

美国通用汽车公司与里海大学于1988年提出了敏捷制造(AM)，AM是在不可预测的持续变化的竞争环境中取得繁荣成长，并具有能对客户需求的产品和服务驱动市场做出迅速响应的生产模式。AM的特征是：（1）制造资源的集成性，企业间联作集成。充分发挥各企业的长处，针对限定市场的目标要求共同合作完成任务。（2）具有需求响应的快捷性和高度的制造柔性。制造柔性是指制造企业对市场要求迅速转产和能实现产品多品种变批量的快速制造。（3）充分发挥人的作用，不断提高企业职工素质和教育水平，优化人机功能分配。

虚拟制造(VM)是国际上提出的新概念。VM与AM联系密切。VM的特征是：当市场新的机遇出现时，组织几个有关公司联作，把不同的公司，不同地点的工厂或车间重新组织协调工作。在运行之前必须分析组合是否最优，能否协调运行，以及投产后的效益和风险进行评估，这种联作公司称虚拟公司。虚拟公司在一定的环境和条件下通过虚拟制造系统运行，包括物理基础、法律保障、社会环境和信息技术[5]。因此研究开发虚拟制造技术VMT)和虚拟制造系统(VMS)意义重大，美国称AM为21世纪制造业发展战略。

（三）集成制造与智能制造

美国哈林顿博士在“计算机和集成制造”一书中提出计算机和集成制造(CIM)的概念。集成制造的核心内容是：制造企业从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理直至售后服务是一个不可分割的整体，需要统筹考虑。整个制造过程的实质是信息采集、传递和加工过程，最终生产的产品可看作是信息的物质表现。集成是CIM的核心，这种集成不仅是物的集成，更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集成，计算机是集成的工具，计算机和辅助各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共享是关键。集成的目的在于制造企业组织结构和运行方式的合理化和最优化，以提高企业对市场变化的动态响应速度，并追求最高整体效益和长期效益。

智能制造(IM)是美国出版研究IM和IMS书籍中首先提出的。它的特征是：在制造工业的各个环节的高度柔性与高度集成的方式，通过计算机和模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与发展。先进制造技术的发展趋势

先进的制造业是将物料、能源、设备、资金、技术、信息和人力等制造资源通过先进的制造技术、先进的管理技术和先进的制造过程转变成人类需求产品的行业。行业追求的目标是：高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产品，因此，21世纪的机械制造技术的发展趋势体现在以下几个方面：

（一）精密化

精密加工、特种加工、超精密加工技术、微型机械是现代化机械制造技术发展的方向之一。精密和超精密加工技术包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合加工(如机械化学研磨、超声磨削和电解抛光等)三大领域。超精密加工技术己向纳米(l nm=10-3μm)技术发展。纳米技术己在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用。因此，它促进了机械科学、光学科学、测量科学和电子科学的发展。

（二）自动化

自动化技术自20世纪初出现以后，经历了由刚性自动化向柔性自动化的发展过程，自动化技术的成功应用，不但提高了效率，保证了产品质量，还可以代替人去完成危险场合的工作。对于批量较大的生产自动化，可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生产线来完成。小批量生产自动化可通过NC、MC、CAM、FMS、CIM、IMS等来完成。在未来的自动化技术实施过程中，将更加重视人在自动化系统中的作用。

（三）信息化

信息、物质和能量是制造系统的三要素。产品制造过程中的信息投入，己成为决定产品成本的主要因素。制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理过程，最终形成的产品可看作是信息的物质表现，因此可以把信息看作是一种产业，包括在制造之中。为此一些企业开始利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数据等实现异地生产。使生产分散网络化，以适应高柔性生产的需要。

（四）柔性化

随着科学技术的飞速发展和人民生活水平不断提高，促使产品更新换代的速度不断加快，这就要求现代企业必须具备一定的生产柔性来满足市场多变的需要。所谓柔性，是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力，它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务，完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。

（五）集成化

集成是综合自动化的一个重要特征。集成的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调工作的和功能更强的新系统。集成不是简单的连接，是经过统一规划设计，分析原单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而实现的。集成化的目的是实现制造企业的功能集成，功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术集成，同时还要强调人的集成，由于系统中不可能没有人，系统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人有关，因此在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成。

（六）智能化

智能化是制造技术的发展趋势之一。智能制造技术(IMT)是将人工智能融入制造过程的各个环节，在整个制造过程中贯彻智力活动，使系统柔性的方式集成起来，通过模拟人类专家的智能活动，取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或内部激励能自动调整其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力。5 我国存在的差距与可实施策略。

改革开放以来，通过技术改造和引进国外先进制造技术，使我国的制造工业有了长足的进步，但和先进国家相比还存在很大差距，表现在：技改投入相对不足，原有技术基础和研究开发能力薄弱，制造业产品落后，技术水平低，信息含量少，更新换代慢，以及市场营销、经营管理、人才素质相对落后，缺乏国际竞争能力。面对这样形势，发展先进制造技术、实施先进的制造模式已经到了刻不容缓的地步。为了使我国的制造业站在世界先进行列，必须采取相适应的措施和策略。

（一）人才是关键。发展和推广先进的制造技术、实施先进的制造模式人才是关键。我国是社会主义市场经济体制，研究先进制造技术和先进的生产模式其根本目的是制造出有竞争力的产品去占领国内市场和国际市场，科技人员必须强化市场意识，因此人才的培养要注意市场导向。要有产业观念、企业观念、信息观念、竞争观念和效益观念。科技人员要懂得市场营销、经营管理和经济法。要拓宽学科领域，更新教育内容与方法，培养一支了解和掌握机械工程科学的前沿技术人才，加速先进制造技术的推广和实施，为市场经济服务。

（二）加强政策与法规建设，建立强有力的宏观调控机制。在市场经济环境下，国家仍应制订科学的制造产业规划和制造技术进步的总体规划，以及相应的法规政策。避免重复建设、重复生产和重复引进的事情发生，要尽可能减少和避免市场盲目竞争造成的损失。

（三）发展适应我国国情的生产模式。对于一些先进的制造技术和先进的制造模式，要根据我国现实存在的技术水平和能力向前发展，避免盲目的追求目前实施有一定困难的理想的先进科学制造技术。目前要积极发展适应我国国情的制造模式。

（四）建立与发展我国自主的 NC、MC、CAD、CAM、FMS、CAT、CIM、IMS等制造自动化单元技术，结合实际情况实现与现有成熟技术的有效结合。同时要有组织有计划的引进先进制造技术进行消化和吸收。对于引进的并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、精良生产(LP)、智能制造(IM)等先进制造模式要根据它们的技术构思和特征开发创新成适合我国国情的生产模式，(如独立制造岛)以使企业适应市场经济的需要[7]。

（五）提高制造业现代化管理水平。现代管理核心是信息管理、物质管理、质量管理、生产过程管理和市场信息管理、加强企业人才的培养同时与国际接轨，开展ISO9000系列管理体系认证，加快现代企业制度改革，为先进制造技术的发展奠定良好的基础。

【参考文献】

[1]张世昌．先进制造技术[M]．天津：天津大学出版社，2004 [2]李伟.先进制造技术[M].北京：机械工业出版社，2005.7 [3]杨叔子 吴波.依托基金项目 开展创新研究：国家自然科学基金重点项目“智能制造技术[J].中国机械工程

[4]雷源忠 雒建斌等.先进电子制造中的重要科学问题[J].中国科学基金, [5]宋健.制造业与现代化[J].特种铸造及有色合金, [6]杨叔子 吴波 程涛.网络经济时代的制造企业策略[A].技术科学发展与展望--院士论技术科学(2002年卷)[C].济南：山东教育出版社,2002.391-398 [7]杨叔子 熊有伦 管在林 杨文玉.信息时代和网络条件下的制造业发展前景[A].湖北省[8] Dr.Bjoern Wedel.Laser Processing Heads for High Brightness Lasers[J].HIGHYAG Lasertechnologie,04.2007:1-22 [9] P.A.Blomquist.CTMA WORKING SYMPOSIUM[J].ARL-Penn State-Laser Processing Division, April 17, 2002:1-20 [10] Makoto OCHIAI.Development and Applications of Laser-ultrasonic Testing in Nuclear Industry[J],1 st International Symposium on Laser Ultrasonics: Science, Technology and Applications, July 16-18 2008:1-6 [11] K.F.Kleine, K.G.Watkins.Pulse Shaping for Micro Cutting Applications of Metals with Fiber Lasers[J].photonic west,January,2004:1-8 [12] K.Walther & M.Brajdic & E.W.Kreutz.Enhanced processing speed in laser drilling of stainless steel by spatially and temporally superposed pulsed Nd:YAGlaser radiation[J].Int J Adv Manuf Technol, 8 November 2006:1-5 [13]马晓春.我国现代机械制造技术的发展趋势[J].森林工程，2002（3）

[14] 王世敬，温筠.现代机械制造技术及其发展趋势[J].石油机械，2002（11）

[15] 武永利.机械制造技术新发展及其在我国的研究和应用[J].机械制造与自动

智能布线前沿技术及其应用 篇6

智能布线技术是网络管理领域解决对物理层连接管理的先进布线技术，目的是将网络管理策略应用到网络最后一个未受管理的物理层。

网络系统正常运营，必须保证的关键性技术指标为可用性、合规性、运营效率和安全性。

网络系统建设及运营期间，很大一部分问题出现在网络的基础设施的无序管理，如何拥有一个良好管理及经营的基础设施就成了在决策、投资前首要考虑的问题。

良好的网络物理层及其管理系统将为整个网络带来丰厚的投资回报，而一个优越的智能布线系统将为用户及运营商解决绝大多数物理层所带来的问题。

连接点标识（CPID）技术

根据物理层硬件配置方式的不同，目前市场上有多种类型的布线系统，本文将主要介绍一种基于芯片的CPID技术。该技术的核心是在连接器上植入一个芯片，芯片中含有应用于网络连接点的唯一编号，使得所有物理层的连接点能够自动发现和映射，使重要的信息可以提供给上行的网络管理系统。

在连接器上植入的芯片的CPID技术，可以应用在RJ45跳线的连接器、LC光缆的连接器和MPO阵列光缆的连接器上，使得跳线或主干光缆可以有一个像MAC地址一样的唯一标识。

芯片内的信息除了唯一标识外还包括唯一的末端标识、铜缆/光纤、外皮颜色、类型、长度、光纤极性、制造商、产品编号等有关的数据。

在配线架部分，引入了全新的检测技术来识别连接点并提供直接的网络通信及可视的灯显示。

配线架作为CPID智能布线的一部分，提供了唯一的MAC地址、端口识别指示灯、可检测三种连接的状态、配线架的编号/名称、Web服务器以及端口插入次数等信息。

有效、详细的连接点描述信息，可以使整个物理层网络100%准确地自动记录，并使得整个网络连接成为一套受管理的连接。如此，使网络系统真正达到了全方位的网络管理，使得网络的安全性和合规性策略达到普及和应用。

由连接点标识技术获取到的物理层受管理的连接后，通过开放式应用编程接口，可将物理层的全面连接管理提供给网络的管理系统，用来监视实时的物理层状态，并形成完整的网络管理系统。

基于CPID技术智能布线的应用

TE公司的Quareo系列产品是以CPID技术为核心的智能布线管理系统。该系统包括铜缆和光纤的全系列智能布线产品，可针对各种布线环境，从大型数据中心到普通商业楼宇都可以提供全面的智能布线系统的应用。

Quareo系统区别于市场上其他智能布线产品，所提供的智能管理解决方案对比简单的端口检测和链路检测技术，对网络物理层的管理将更加全面和具体。

Quareo系统的优势主要体现在以下方面。

专注客户价值，在网络系统的长期运营中，有效地管理物理层连接，并提供开放式的借口。

提供可扩展和经济的解决方案构架，Quareo系统的完整性和扩展性不仅对数据中心和机房建设前期提供最优化、完善解决方案，并且对将来网络的扩展和变更都有详尽的支持。

开放式软件构架，可以帮助用户使用第三方软件编辑可编程的软件接口，达到将物理层管理纳入到整个机房的管理系统中。

高密度光纤接口，Quareo系统可以支持LC智能光纤连接器以及高密度的预端接MPO智能光纤连接器。

垃圾处理前沿技术的比较分析 篇7

一、生物反应器填埋技术

生物反应器填埋场按操作方式不同分为厌氧型、好氧型和准好氧型三类。厌氧型生物反应器填埋采取了渗滤液回灌等措施，具有加速填埋垃圾稳定、降低渗滤液浓度、可回收利用沼气等优点，但其渗滤液氨氮浓度很高、后期COD浓度降解缓慢。好氧生物反应器填埋场在回灌渗滤液的同时鼓入空气，使填埋场内部保持有氧反应的状态，大大加快了填埋场的稳定化过程，但因强制鼓风造成运行成本高，一般很少采用。准好氧型生物反应器填埋是通过自然通风手段保持填埋场的局部好氧状态，比厌氧型稳定速率快，渗滤液氨氮浓度低，同时不需要通风设备和消耗能源，但直接排放的气体中甲烷含量仍然较高，易造成二次污染。

与传统卫生填埋渗滤液简单回灌不同，生物反应器填埋中渗滤液回灌是可控的，为微生物大量繁殖提供了一个最优的生存空间，因此可以达到较快的降解速率，实现快速稳定化。渗滤液回灌可以促进垃圾中有机化合物的降解，缩短产沼时间，增加填埋场的有效库容量。与常规无控制的卫生填埋方法相比，垃圾填埋气产量提高75%，减容率增加约4倍，且渗滤液稳定快。

自20世纪70年代起，欧美、日本、澳大利亚等国相继开始了生物反应器填埋场的研究。威立雅在法国的LaVergne中试填埋场实施生物反应器填埋技术，经过8个月的运营，填埋气体的产量比普通填埋场高出3－4倍。相关的工程规模集成研究报道在我国国内尚未有。同济大学承担的生活垃圾厌氧型生物反应器填埋成套技术及示范项目于2008年12月通过了教育部科技发展中心组织的鉴定。

生物反应器填埋技术与传统卫生填埋技术相比具有明显优势，但是在持久有效性、压实度、结构特性、氧化—还原环境和费用—效益分析等因素还存在一些不确定性，需要进一步研究。此外，受厌氧填埋场特性的限制，回灌并不能完全消除渗滤液。且回灌后的渗滤液氨氮含量高，仍需要进一步处理后才能排放。

二、厌氧消化技术

厌氧消化又称为沼气发酵、厌氧发酵和甲烷发酵，是指有机物在厌氧条件下通过厌氧菌及兼性菌的分解代谢达到稳定化，同时释放出甲烷和二氧化碳的生物化学过程。厌氧消化是处理有机固体废弃物的有效途径之一，能够在解决环境污染问题的同时，产生清洁能源生物气和高品质有机肥料。

厌氧消化具有以下特点：(1)经厌氧消化后产生清洁能源——沼气，可用于取暖、发电和制化学品;(2)消化最终物可作为高质量的有机肥料和土壤改良剂；(3)在有机物质转变成甲烷的过程中实现了垃圾的减量化；(4)与好氧过程相比，厌氧消化无需氧气，降低动力消耗，运行成本低;(5)厌氧消化减少了温室效应气体的排放量。因此厌氧消化是处理有机废物较理想的方法。

由于厌氧消化的诸多优势，有机垃圾的厌氧消化处理成为有机垃圾处理的一种新的趋势。近年来，该技术在发达国家得到积极开发并获得应用。有机垃圾厌氧消化系统在德国、瑞士、奥地利、芬兰、瑞典等国家发展较为迅速，在美国也有一定的应用。应用情况见表1。

在国内，厌氧消化在高浓度有机废水、污泥、粪便及农业秸秆处理等领域已经有比较成熟经验，全国各地有较多工程应用。但是生活垃圾不同于以上各种固体废弃物，特别是现阶段垃圾采用混合收集，成分和性质复杂，其基质的发酵条件、微生物生长条件及分解代谢等还有待深入研究。同时，由于我国垃圾不同于其他国家的生活垃圾，因此不能机械照搬国外厌氧消化技术和设备，需要针对我国垃圾性质研究并开发适合的垃圾分类和分选技术及设备。

随着垃圾分类工作的顺利开展，厨余垃圾等有机垃圾与无机垃圾分开收集后，将对厌氧消化的应用和推广产生积极的推动作用。

三、热解气化焚烧技术

热解是利用有机物的热不稳定性，在缺氧条件下加热使分子量大的有机物产生裂解，转化为分子量小的燃料气、液体（油、油脂等）。热分解的生成物，因分解反应条件不同而有所不同。

热分解与焚烧不同，焚烧只能回收热能，而热分解可以从废物中回收可以储存、输送的能源（油或燃料气等），是热分解的一大优点。但废物的热解因废物的种类多、变化大、成分复杂，要稳定连续的热分解，在技术上和运转操作上要求都十分严格。因此，热分解设备费用和处理成本也较高，热分解的经济性就成了能否实用化的一个关键。

热解处理系统主要有两种：一是以回收能源为目的的处理系统，另一种是以减少焚烧造成的二次污染和需要填埋处理的废物量，以无公害型处理系统的开发为目的的处理系统。其中，对于前者，由于城市垃圾的物理化学成分极其复杂且变化较大，如果将热解产物作为资源回收，要保持产品具有稳定的质和量有较大的困难。即使对成分复杂，破碎性能各异的城市垃圾增加破碎、分选等预处理技术，不仅需要消耗大量的动力和极其复杂的机械系统，且总效率又非常低。对于后者，将热解作为焚烧处理的辅助手段，利用热解产物进一步燃烧废物，在改善废物燃烧特性、减少尾气对大气环境造成的二次污染等方面，却是较为可行的，许多工业发达国家已经取得了成功的经验。

迄今为止国际上已工业化应用的热解或气化技术还十分有限，尤其是在城市垃圾处理上。大部分热解气化研究局限在实验室阶段，很多技术面临着技术环节和经济效益等难题的阻碍。美国和日本结合本国城市垃圾的特点，开发了许多工艺流程，有些已达实用阶段。由于垃圾组分的不同，有些流程在美国适用，但对日本不适用。同样，我国的城市垃圾成分又不同于美国和日本，这些工艺过程能否用于我国还有待研究。

四、等离子体焚烧

等离子体是物质存在的一种状态，与固态、液态和气态并列，称为第四态。和物质的另外三态相比，等离子体可以存在的参数范围异常的宽广（其密度、温度以及磁场强度都可以跨越十几个数量级），等离子体的形态和性质受外加电磁场的强烈影响，并存在极其丰富的集体运动（如各种静电波、漂移波、电磁波以及非线性的相干结构和湍动），因而能量极为集中，并具有极高的电热效率（85%以上），产生的高温可以还原一切难以还原和难溶的物质，瞬间即可完成。

等离子体焚烧是一种全新的垃圾焚烧方法, 它没有传统的锅炉, 而是模拟地层中的化工过程,将垃圾气化。简单的说, 就是用高压电弧产生高温高于太阳表面温度焚烧垃圾。在这样的高温下, 任何东西都会变成气态或者液态实际上叫等离子体。这时候,一切垃圾都被还原成原子状态, 所以, 有毒有害物质、病菌、病毒等全部变成了无害物质。

等离子体焚烧火炬中心温度可高达摄氏一万度, 边缘温度也可达到千度左右。它的处理过程为废料的分解和再重组过程, 工作原理是在一个密闭空间里, 通过强大的电弧, 使空气电离产生等离子体, 然后在另一个缺氧的密闭空间里, 有待产生的等离子体对城市固体废料进行超高温加热。在无氧化条件下, 垃圾混合物中的无机物迅速玻璃化, 最后产生的无害熔渣可作为建筑材料。最为重要的是, 高温可分解固体废料中的有机分子,在无氧的条件下, 固体废料中的有机物就会转化为氢气和一氧化碳的混和物, 这种混合物, 可以像天然气一样作为一般汽轮引擎的能源, 其中的氢气可进一步纯化分离, 作为单独的燃料。

该技术的主要优点：垃圾焚烧彻底，不污染空气、水源及周边环境。由于炉膛温度大于1200℃，有机物包括传染性病毒，病菌及其他有毒有害物质都全部裂解分解，产生的气体、灰烬无毒害；垃圾燃烧后的灰烬体积量大大减少，大约为传统炉燃灰体积的五分之一，而排放的气体无黑烟，不需烟囱。装置的主要优点：结构比较简单，小型化，占地面积小；不用煤、燃油、天然气作燃料，只使用电，具有洁净、卫生；操作运行费用低；操作简单、启动停机快、可全部实现自动控制、安全、可靠。

与其他有竞争力的废物处理过程相比, 电弧等离子体处理废物比较昂贵。主要缺点在于以电力作为能源, 经济成本高。但是涡轮机能把合成气转化为电能, 蒸汽涡轮机工作原理是通过气体加热水, 用蒸汽推动涡轮机产生电能, 转化率比较低,在15%左右。气体涡轮机则直接用气体本身来推动涡轮机的转动,这明显是更高效的能量转换过程。但由于混合气体中含有少量的氢氯化物和硫氧化物, 涡轮机不可避免地要接触这些腐蚀性气体, 因而耗损比较厉害。

国内许多科研机构也开始了这方面的研究, 开发了一些处理高危废弃物的等离子垃圾处置系统, 取得了一定的成果, 可以处理医用垃圾、废弃轮胎和电子垃圾等, 但是离市场化和产业化还有一定的差距。

在国外, 许多国家正致力于等离子体垃圾处理系统的研究, 并且已经有一些成功的例子。例如, 美国“幻想号”游轮上已经安装了等离子垃圾处理系统,正是这些优点, 使它成为能在巴哈马（世界上防止海岸污染标准最严的地方之一）靠岸时处理垃圾的船只。日本电力中央研究所与环保器材厂家合作,开发出了利用废料和家庭垃圾高效发电的技术。只要是能够燃烧的垃圾, 基本上不用分类就能用于发电。

五、机械—生物处理（MBT）

生活垃圾的机械—生物处理技术是现代生物技术在垃圾处理方面应用的典范。在欧洲（特别是德国）应用已有近十五年的历史。近年来，MBT技术在南美、东南亚等发展中国家也相继得到了应用。德国每年采用MBT技术处理的生活垃圾600多万吨。德国的第一代MBT处理工艺可去除20%－30%的有机垃圾，剩余70%左右的垃圾至填埋场填埋。第二代的处理工艺带有物质分拣系统，垃圾处理后仅为进料量的25%－50%。

垃圾机械—生物处理技术的原理就是利用机械的分选设备，把垃圾中的高热值的物质、金属和玻璃等有用物质分离出来加以利用，垃圾中的有机质部分经过生物的好氧或厌氧处理后实施填埋的方法。垃圾机械—生物处理技术的应用，极大地减少了垃圾填埋场的占地面积，减少了垃圾填埋场的气体和渗滤液的产量。因此该技术的应用，在垃圾的减量化、资源化和无害化处理中起到了很大的作用。

MBT技术包括机械和生物处理两个部分，可以分别独立地用于垃圾处理，也可以与其他的垃圾处理技术如焚烧、填埋等结合在一起，共同完成垃圾的处理。在德国及欧洲，MBT技术已成为生活垃圾管理和处理处置系统的重要组成部分。MBT中的机械部分主要利用分选和筛分等设备对垃圾中的高热值的组分,如塑料、纸张、木材等进行分离；生物处理部分依赖好氧降解、厌氧发酵或两者结合的技术工艺对生活垃圾中的易腐有机质进行降解。

六、生物干化

生物干化(Biodrying)最早是由美国康奈尔大学Jewell 等人于1984年提出，也叫做生物干燥、生物稳定。通常，生物干化即通过采取过程控制手段，利用微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物能，配合强制通风促进水分的蒸发去除，从而实现快速干化的一种处理工艺。

其特点在于无需外加热源，干化所需能量来源于微生物的好氧发酵活动，属于物料本身的生物能，因此是一种非常经济节能的干化技术，这也是生物干化与其他干化工艺(如热干化)的最大区别。作为现代化的工业技术，生物干化的另一个特点是加入了人为的过程控制策略，对物料进行强制鼓风，从而促进整个干化过程，缩短干化周期。同时具备这两点才能算真正意义上的生物干化工艺。

由于好氧堆肥过程对物料也有一定的生物干燥作用，很多研究工作者将好氧堆肥等同于生物干化，而实际上两者在工艺目的和工艺参数上有很大的差别。

好氧堆肥的主要目的是资源化和无害化，即通过微生物的好氧发酵活动促使垃圾中的易降解有机物向稳定的类腐殖质转化，杀死病原菌和寄生虫卵，钝化重金属，高度腐熟的、满足土地安全施用标准的有机肥(营养土)。而生物干化的目的是在尽可能短的时间内去除垃圾尽可能多的水分，实现脱水干化和减容减量。其产物一般不以土地农用为目的，而是填埋处置或焚烧回收热值，因此不需要达到高度腐熟。在以焚烧为最终处置目标时甚至要求适当限制微生物的降解能力，尽量保持产物中的有机组分，从而提高产物热值。

由于不进行土地农用，生物干化产物只需达到部分稳定化和无害化，满足短期保存和运输即可，因此对高温保持时间和腐熟期没有要求。相比好氧堆肥处理，生物干化的发酵周期更短，约为好氧堆肥周期的1/2-1/3，因此其占地面积和单位产量投资成本大幅度减少，具有很强的工艺技术优势。

生物干化技术适用性强，无论是混合收集垃圾，还是分类之后的垃圾均可。在欧洲等国家普遍应用，作为制作衍生燃料（RDF）或者作为垃圾焚烧预处理手段。意大利的Eco-Deco、希腊Herhof、德国Nehlsen公司都拥有该技术，并在多个国家建有生物干化工程。

七、垃圾衍生燃料

垃圾衍生燃料（RDF），是指将垃圾中的可燃物(如塑料、纤维、橡胶、木头、食物废料等)破碎、干燥后，加入添加剂，压缩成所需形状的固体燃料。RDF的概念最早是由英国于1980年提出并用于实践。后来美国、德国等西方发达国家迅速投资进行研发并将成果应用于实践。美国是世界上利用RDF发电最早的国家,已有发电站高达37座,占垃圾发电站的21.6%。日本政府于20世纪90年代开始支持该技术的引进和研发工作。目前日本兴起了建设RDF的热潮,近几年已有十几家大公司对RDF工艺投入大量资金进行RDF资源化研究和开发。如日本川崎重工业公司、三菱重工业公司、日立造船公司等,已取得很好的业绩。日本政府极其重视RDF利用技术,把它作为国家推广的垃圾处理方式、方向。

最近，由中国科学院广州能源研究所与日本名古屋大学、丰田汽车公司共同研制的垃圾衍生燃料中试热态试验装置，在广州能源所五山园区建成，为我国推广RDF技术成功地迈出了第一步。