第九章當(dāng)代高技術(shù)“高技術(shù)”，一般認(rèn)為是指基本原理主要建立在最新科學(xué)成就基礎(chǔ)上的技術(shù)，是“尖端”的、“前沿”的、“先進(jìn)”的技術(shù)。目前，得到世界各國(guó)公認(rèn)的高技術(shù)領(lǐng)域有生物技術(shù)、信息技術(shù)、航天技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)和海洋技術(shù)等。生物技術(shù)也叫生物工程，包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程四個(gè)方面。它是21世紀(jì)高技術(shù)的核心，不僅直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)環(huán)保、能源技術(shù)等都有很強(qiáng)的滲透力。電子信息技術(shù)主要是指信息的獲取、傳遞、處理等技術(shù)。它是高技術(shù)的前導(dǎo)。信息技術(shù)以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，包括通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、光導(dǎo)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)等。航天技術(shù)是探索、開(kāi)發(fā)和利用太空以及地球以外的天體的綜合性工程技術(shù)，包括對(duì)大型運(yùn)載火箭、巨型衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)、永久空間站、空間資源、空間工業(yè)、空間運(yùn)輸及空間軍事技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。新材料技術(shù)是高技術(shù)的基礎(chǔ)，包括對(duì)超導(dǎo)材料、高溫材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶態(tài)材料、單晶材料、纖維材料、超微粒材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、特種功能材料等的開(kāi)發(fā)利用。新能源技術(shù)是高技術(shù)的支柱，包括核能技術(shù)、太陽(yáng)能技術(shù)、燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)、地?zé)崮芗夹g(shù)、海洋能技術(shù)等。其中核能技術(shù)與太陽(yáng)能技術(shù)是新能源技術(shù)的主要標(biāo)志，通過(guò)對(duì)核能、太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用，打破了以石油、煤炭為主體的傳統(tǒng)能源觀念，開(kāi)創(chuàng)了能源的新時(shí)代。海洋技術(shù)也叫海洋工程，包括深海挖掘、海水淡化以及對(duì)海洋中的生物資源、礦物資源、化學(xué)資源、動(dòng)力資源等的開(kāi)發(fā)利用。9.1電子信息技術(shù)電子信息技術(shù)是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的綜合，它是一門(mén)隨著微電子、計(jì)算機(jī)以及其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，涉及信息的獲取、存儲(chǔ)、傳遞與處理等的新的綜合技術(shù)。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，電子信息技術(shù)已成為關(guān)鍵性學(xué)科，它的發(fā)展應(yīng)用深刻影響著人們的生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式，從根本上改變著人類社會(huì)的面貌。9.1.1微電子技術(shù)現(xiàn)代電子信息技術(shù)的硬件技術(shù)的核心是微電子技術(shù)。微電子技術(shù)是微小型電子元器件與電路的研制、生產(chǎn)及用它們實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)功能的技術(shù)領(lǐng)域。在這個(gè)領(lǐng)域中最主要的就是集成電路技術(shù)。微電子技術(shù)是隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。微電子技術(shù)的發(fā)展可以追溯到晶體管的出現(xiàn)。1945年，美國(guó)電話電報(bào)公司（AT&T）的貝爾實(shí)驗(yàn)室成立了固體物理研究小組，試圖研究出性能比真空電子器件更好的固態(tài)電子器件。1947年底，該研究小組研制出第一個(gè)半導(dǎo)體晶體管，宣告了半導(dǎo)體技術(shù)的誕生。1957年美國(guó)物理學(xué)家基爾比（T.S.C.Kilby，1923~)發(fā)明集成電路。1958年，美國(guó)仙童公司的諾伊斯（R.N.Noyce，1927～）等發(fā)明用平面工藝制作硅集成電路技術(shù)，奠定了半導(dǎo)體集成電路發(fā)展的基礎(chǔ)。1968年，集成電路進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段，從雙極型集成電路發(fā)展到MOS型集成電路。所謂集成電路是將某一單元電路用集成工藝技術(shù)制作在同一基片上。標(biāo)志集成電路水平的指標(biāo)之一是集成度。所謂集成度就是指在一定尺寸的芯片上能做出多少個(gè)晶體管。也有用在一定尺寸的芯片上能做出多少個(gè)門(mén)電路（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的門(mén)電路是由一個(gè)或幾個(gè)晶體管組成）來(lái)衡量集成度。一般將集成100個(gè)晶體管以下的集成電路稱為小規(guī)模集成電路（SSI把集成100～1000個(gè)晶體管的集成電路稱為中規(guī)模集成電路（MSI集成1000個(gè)以上元器件的集成電路稱為大規(guī)模集成電路（LSI集成10萬(wàn)個(gè)以上元器件的集成電路稱為超大規(guī)模集成電路（VLSI到80年代中期更進(jìn)一步發(fā)展了特大規(guī)模集成電路（ULSI）,集成度達(dá)到100萬(wàn)個(gè)元器件以上。集成電路，特別是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，可將傳統(tǒng)電子裝置的體積縮小幾百倍至幾百萬(wàn)倍(大功率部分除外)，因而使過(guò)去因體積、能耗、速度、可靠性等原因無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜信息處理裝置得以造出，從而帶動(dòng)了信息技術(shù)的大發(fā)展。信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)進(jìn)入千家萬(wàn)戶就是得益于集成電路技術(shù)的成熟和發(fā)展。目前，集成電路的應(yīng)用日益廣泛，國(guó)防、工業(yè)自動(dòng)化、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域都離不開(kāi)集成電路。集成電路發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)主要有：微細(xì)圖形加工技術(shù)、精密控制摻雜技術(shù)和薄膜生長(zhǎng)技術(shù)。微細(xì)圖形加工技術(shù)是微電子技術(shù)的工藝基礎(chǔ)，是人類迄今為止所能達(dá)到的精度最高的加工技術(shù)。超大規(guī)模集成電路及特大規(guī)模集成電路的進(jìn)展在很大程度上取決于微細(xì)加工和超微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，其中十分引入矚目的是同步輻射X射線、激光束、電子束、離子束及分子束等高純離子束加工技術(shù)，以及采用場(chǎng)發(fā)射源等新一代工藝制造技術(shù)和控制的應(yīng)用，將逐漸取代傳統(tǒng)的工藝技術(shù)，在超微細(xì)加工技術(shù)中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。精密控制摻雜技術(shù)是應(yīng)用高溫?zé)釘U(kuò)散或離子注入技術(shù)，精確控制半導(dǎo)體摻雜層的雜質(zhì)濃度、深度及摻雜圖形如幾何尺寸的工藝。高溫?zé)釘U(kuò)散具有工藝靈活性大，重復(fù)均勻性好，易于為其他工藝兼容，能獲得較理想的摻雜特性等優(yōu)點(diǎn)，是微電子技術(shù)中常用的一種主要摻雜方法。但是，隨著超高速、微波和超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，器件的結(jié)深、基區(qū)的寬度都小到僅有零點(diǎn)幾微米，雜質(zhì)濃度分布也有更高的要求，這是普通熱擴(kuò)散工藝難以達(dá)到的。而離子注入技術(shù)能較好滿足這些要求。它具有工藝溫度低，可實(shí)現(xiàn)淺結(jié)摻雜，注入濃度范圍廣，適宜各種雜質(zhì)摻雜等優(yōu)點(diǎn)，已在微電子技術(shù)中獲得廣泛應(yīng)用。在微電子加工技術(shù)中，還用到薄膜技術(shù)。薄膜技術(shù)是一門(mén)綜合性的應(yīng)用科學(xué)，它涉及諸多學(xué)科理論知識(shí)，如等離子體物理，表面科學(xué)，半導(dǎo)體物理，電子光學(xué)與離子濺射等，屬于知識(shí)與技術(shù)密集型學(xué)科。目前的表面薄膜生成技術(shù)主要有物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積兩類方法。象蒸發(fā)、濺射、離子鍍膜、分子束外延等屬于前者，象常壓化學(xué)氣相沉淀、低壓化學(xué)氣相沉淀、等離子體化學(xué)氣相沉淀以及金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀等則屬于后者。目前，批量生產(chǎn)的超大規(guī)模集成電路已能在幾十平方毫米的硅片上集成幾百萬(wàn)個(gè)至幾千萬(wàn)個(gè)二極管、三極管和電阻、電容等，最小線寬縮小到0.1微米。1992年，16兆位的芯片，集成度達(dá)到3200萬(wàn)個(gè)元件，條寬減到0.5微米，即500納米。實(shí)驗(yàn)室中研制的新產(chǎn)品甚至可達(dá)每片幾億個(gè)元件。微電子技術(shù)將從微米技術(shù)進(jìn)入納米技術(shù)?；玖Ｗ泳哂胁６笮?。在固體內(nèi)部，眾多電子組成一個(gè)多體運(yùn)動(dòng)體系。單就運(yùn)動(dòng)著的電子來(lái)說(shuō)，其數(shù)量為1022個(gè)/cm3。通常只注意到電子作為粒子的集體運(yùn)動(dòng)宏觀效應(yīng)，而忽略了電子的波動(dòng)性質(zhì)。但在納米尺度空間，電子的波動(dòng)性就不可忽略。在經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的納米器件中，電子將以波動(dòng)性質(zhì)來(lái)表征其特性。納米電子學(xué)研究的重點(diǎn)是納米空間電子所表現(xiàn)出的特征和功能。納米技術(shù)發(fā)展目標(biāo)之一是使人們能直接操縱單個(gè)原子來(lái)制作具有特定功能的產(chǎn)品。納米技術(shù)包括利用X射線、電子束和同步輻射光作為光刻制版光源，位置重合技術(shù)的精度將達(dá)到1納米，還包括各種超薄膜的生長(zhǎng)技術(shù)和超精度的腐蝕技術(shù)等。美國(guó)科學(xué)家研制出彈道發(fā)射電子顯微鏡，可以在硅片上刻寫(xiě)線寬僅為幾個(gè)納米的字母。中國(guó)科學(xué)家用納米（掃描隧道顯微技術(shù)）繪制出迄今最小納米級(jí)中國(guó)地圖。這些都表明納米技術(shù)正步入當(dāng)代人類生活。9.1.2通信技術(shù)通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)信息時(shí)空轉(zhuǎn)移或變換的技術(shù)。早在史前時(shí)期，人們之間就用各種原始方式相互進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息交流。從古至今，通信技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段1）文字和紙的發(fā)明、交通工具的發(fā)明促使真正的郵政通信的誕生。（2）電的發(fā)現(xiàn)、無(wú)線電波理論的建立、電話與電報(bào)的發(fā)明促使模擬電子通信與廣播的建立，人類開(kāi)始進(jìn)入電信時(shí)代。（3）計(jì)算機(jī)的發(fā)明、信息編碼理論的建立促使數(shù)據(jù)通信成為現(xiàn)實(shí)。（4）海底電纜的鋪設(shè)、微波中繼的建立、衛(wèi)星的上天，為洲際通信及全球通信的實(shí)現(xiàn)鋪平了道路。（5）電視的發(fā)明、數(shù)字圖象處理技術(shù)的建立，使人類進(jìn)入有聲有色的圖象通信時(shí)代。（6）多媒體技術(shù)的建立、智能化信息處理技術(shù)的成熟，使現(xiàn)代通信向數(shù)字化、綜合化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)人化方向發(fā)展。通信按其業(yè)務(wù)內(nèi)容可分為電報(bào)、電話、傳真、數(shù)據(jù)通信、可視電話等。按其傳輸媒質(zhì)可分為有線通信和無(wú)線通信兩大類。有線通信又可分為明線通信、電纜通信、光纜通信、波導(dǎo)通信等。無(wú)線通信按傳輸方式可分為微波接力通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等。按所用波段可分為超長(zhǎng)波通信、長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、毫米波通信、光通信等。下面根據(jù)當(dāng)前情況和今后發(fā)展趨勢(shì)著重闡述微波通信、衛(wèi)星通信、光纜通信、移動(dòng)通信、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)(ISDN)和高速信息公路。(一)微波接力通信微波接力通信，也稱微波中繼通信，是使用波長(zhǎng)為1米到1厘米范圍的微波，依靠中繼站接力傳輸、實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信。微波接力通信是二次大戰(zhàn)后發(fā)展起來(lái)的。開(kāi)始時(shí)采用時(shí)分多路脈沖調(diào)制方式，設(shè)備容量很小。后來(lái)采用頻分多路調(diào)頻方式，中容量和大容量的微波通信得到迅速發(fā)展。調(diào)頻制微波通信設(shè)備除能傳輸幾百至幾千路電話外，還適用于傳輸電視及其伴音。20世紀(jì)50年代，微波接力通信成為電視傳輸系統(tǒng)的主要干線，并與同軸電纜通信一起組成長(zhǎng)距離通信干線。模擬調(diào)頻制微波接力系統(tǒng)已有300，600，900，1200，1800，2700，3600，6000路等各種傳輸容量的系統(tǒng)投入使用。數(shù)字微波接力通信系統(tǒng)在70年代逐步完善。80年代初，微波接力通信已廣泛使用分米波和厘米波，毫米波則處于研究階段。分米波主要用于小容量通信(幾百路以下)和移動(dòng)通信。厘米波中低于11GHz(1GHz=106Hz)的部分傳輸特性好，是最重要頻率資源，主要用于中、大容量長(zhǎng)距離微波中繼通信干線。高于11GHz的電磁波受雨雪等沉降物的衰減嚴(yán)重，一般用于短距離通信線路，如城市內(nèi)部通信或相鄰城市間通信。與光纜通信相比，數(shù)字微波接力通信更適于在地形復(fù)雜地區(qū)應(yīng)用，如多山地區(qū)、沼澤地區(qū)、與陸地之間隔著淺海的島嶼地區(qū)等。在這些地區(qū)是難以敷設(shè)光纜的。數(shù)字微波也適合于人口稀少、業(yè)務(wù)量低且增長(zhǎng)慢的地區(qū)。各發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視數(shù)字微波通信的發(fā)展，積極利用數(shù)字微波系統(tǒng)來(lái)建設(shè)通信網(wǎng)。未來(lái)數(shù)字微波接力系統(tǒng)將沿著提高頻譜效率、開(kāi)拓新頻段、提高可靠性、采用同步數(shù)字序列(SynchronousDigitalHierarchy，簡(jiǎn)稱SDH)標(biāo)準(zhǔn)等方向發(fā)展，使它與衛(wèi)星通信系統(tǒng)和光纜通信系統(tǒng)共同構(gòu)成當(dāng)前世界三大信息傳輸手段。(二)衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信利用人造衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。1965年4月6日，美國(guó)發(fā)射了第一顆商用同步通信衛(wèi)星，使衛(wèi)星通信進(jìn)入實(shí)用階段。從1965年到20世紀(jì)90年代初期，國(guó)際通信衛(wèi)星組織已先后發(fā)射了五代六種不同型號(hào)的130多顆國(guó)際通信衛(wèi)星。全世界商用和專用地球站已超過(guò)100萬(wàn)個(gè)。在國(guó)際通信中，衛(wèi)星通信承擔(dān)了70%以上的業(yè)務(wù)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由通信衛(wèi)星、地球站和與此兩者聯(lián)系的測(cè)控跟蹤系統(tǒng)等組成。通信衛(wèi)星主要使用地球同步衛(wèi)星。它的理論軌道是和地球自轉(zhuǎn)同步的軌道。衛(wèi)星定位于赤道上空35786公里高處，衛(wèi)星運(yùn)行周期為一個(gè)恒星日，即23小時(shí)56分04秒。從地面看去，它恰似停在空中靜止不動(dòng)，所以稱它為對(duì)地靜止衛(wèi)星或定點(diǎn)同步衛(wèi)星。由于每一顆通信衛(wèi)星可俯視地球三分之一的面積，所以利用在定點(diǎn)同步軌道上等距離分布的三顆衛(wèi)星，就能同全球進(jìn)行通信?，F(xiàn)在通信衛(wèi)星已發(fā)展到第六代。一顆衛(wèi)星有幾十個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，可同時(shí)提供幾萬(wàn)路電話線路或轉(zhuǎn)發(fā)幾十路電視。衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是不受地理?xiàng)l件的限制；組網(wǎng)靈活、迅速；通信容量大、費(fèi)用省。衛(wèi)星通信采用數(shù)字方式，由于電話、圖像、電視等形式的信息都可以數(shù)字化，因此可以采用統(tǒng)一的衛(wèi)星數(shù)字通信網(wǎng)，這樣不僅能改善傳輸?shù)馁|(zhì)量，降低網(wǎng)路的建設(shè)費(fèi)用，而且可使通信效率大大提高。目前，全世界至今已有160多個(gè)國(guó)家與地區(qū)，總共建立了800多個(gè)地球站，通過(guò)太平洋、印度洋、大西洋上空的國(guó)際通信衛(wèi)星，組成了一個(gè)全球通信網(wǎng)。世界上全部電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)和2／3的跨洋電信業(yè)務(wù)已由衛(wèi)星通信系統(tǒng)承擔(dān)。通信衛(wèi)星使人類的通信聯(lián)絡(luò)進(jìn)入了嶄新的階段，廣闊的地球變成了一個(gè)人人在其中可隨時(shí)聯(lián)絡(luò)的“小村落”。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，衛(wèi)星通信在技術(shù)方面的發(fā)展主要表現(xiàn)在1）傳輸技術(shù)從模擬走向數(shù)字。目前提出和使用的數(shù)字調(diào)制和編碼方案已達(dá)數(shù)十種。（2）使用更高的頻段。從C頻段(6/4GHz)移向Ku頻段(14/12或14/11GHz)和Ka頻段(30/20GHz)。（3）出現(xiàn)了多種多址技術(shù)，包括頻分多址(FDMA)，時(shí)分多址(TDMA)，碼分多址(CDMA)以及混合多址技術(shù)。（4）星上通信設(shè)備和功能日趨復(fù)雜和完善。主要有星上天線增多，形成由寬波束，窄波束和點(diǎn)波束組成的多波束系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)星上處理功能。星上轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)和每一轉(zhuǎn)發(fā)器容量增大。衛(wèi)星重量和功率增大，壽命不斷延長(zhǎng)。（5）地球站由大變小，由初期大而昂貴的30米天線地球站，發(fā)展到目前不到1米天線的廉價(jià)小站。1984年4月，我國(guó)發(fā)射第一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星。1986年2月，我國(guó)發(fā)射實(shí)用通信廣播衛(wèi)星成功，成為世界上少數(shù)幾個(gè)能獨(dú)立研制、發(fā)射同步衛(wèi)星的國(guó)家之一。通信手段除了衛(wèi)星通信之外，還有光纖通信，我們將在9.2激光技術(shù)一節(jié)中(三)移動(dòng)通信移動(dòng)體之間或移動(dòng)體與固定體之間的無(wú)線電信息傳輸與交換，稱為移動(dòng)通信。它包括陸地移動(dòng)通信、航海通信、航空通信和衛(wèi)星通信等。公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)是在二次大戰(zhàn)后逐步發(fā)展起來(lái)的。1946年美國(guó)圣路易市首先建立人工轉(zhuǎn)接的小容量汽車(chē)電話系統(tǒng)。1964年美國(guó)研制成新的中容量汽車(chē)電話系統(tǒng)。每次呼叫都可以自動(dòng)選擇頻道。1969年，美國(guó)移動(dòng)電話自動(dòng)化的性能擴(kuò)展到450MHz頻段。當(dāng)時(shí)“改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)”(IMTS)成了美國(guó)移動(dòng)電話系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。1969年，日本也開(kāi)始研制800MHz蜂窩狀“大容量汽車(chē)電話系統(tǒng)”(HCMTS)。1978年后，美國(guó)、日本和瑞典等國(guó)先后開(kāi)發(fā)出一種同頻復(fù)用、大容量小區(qū)制的移動(dòng)電話系統(tǒng)，能在全地域自動(dòng)接入公共電話交換網(wǎng)。這種電話系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)個(gè)邊長(zhǎng)為幾千米到十幾千米的正六邊形小區(qū)組成，因形如蜂窩，故取名為蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)。80年代又研制出數(shù)字式蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。數(shù)字移動(dòng)電話能大大提高頻道的容量，不僅通信質(zhì)量好，而且保密性好，還可以兼容多種通信業(yè)務(wù)并具有國(guó)際漫游等功能。移動(dòng)通信是實(shí)現(xiàn)人與人以及人與移動(dòng)體(汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)和衛(wèi)星)之間通信的理想手段。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家以它來(lái)進(jìn)一步提高通信能力。發(fā)展中國(guó)家用來(lái)替代某些基礎(chǔ)電話設(shè)施，改善通信條件，移動(dòng)通信已成為當(dāng)前通信網(wǎng)中發(fā)展最快的一種通信手段。移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)歷了兩代的發(fā)展，第一代是模擬系統(tǒng)，現(xiàn)已淘汰。正在使用的是第二代數(shù)字系統(tǒng)。但由于第二代數(shù)字系統(tǒng)是以地區(qū)為單位開(kāi)發(fā)的，彼此兼容性差，給全球互聯(lián)漫游造成很多不便。為此，國(guó)際電聯(lián)（ITU）提出了第三代移動(dòng)通信方案，起主要特點(diǎn)是能提供寬帶多媒體業(yè)務(wù)，便于實(shí)現(xiàn)全球覆蓋和全球漫游，接口開(kāi)放，終端多樣化。目前正向第三代移動(dòng)通信技術(shù)過(guò)渡。(四)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)利用數(shù)字交換和數(shù)字傳輸設(shè)備和技術(shù)、能開(kāi)展電話、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)稱為綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN——Data/DigitalNetworkofIntegratedService)。它在電話綜合數(shù)字網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，并于20世紀(jì)70年代初由國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT)最先提出的。ISDN具有以下中和功能：話音（電話、可視電話、移動(dòng)電話信息傳輸（電報(bào)、傳真），電子資金轉(zhuǎn)移（購(gòu)物、電話付費(fèi)）、信息咨詢服務(wù)（電子報(bào)紙、電子雜志）等。它要求用戶擁有顯示器、傳真機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備。自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，美歐和日本等國(guó)ISDN的發(fā)展先后進(jìn)入全面現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段。美國(guó)各地的貝爾運(yùn)營(yíng)公司相繼制定各自的ISDN發(fā)展計(jì)劃，利用各自經(jīng)營(yíng)的電話網(wǎng)及其用戶進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。歐洲各國(guó)都有明確具體的試驗(yàn)計(jì)劃。法國(guó)于1989年12月開(kāi)通巴黎的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，1990年已推廣到全國(guó)。70年代初提出的ISDN經(jīng)過(guò)十多年的研究和試驗(yàn)，已經(jīng)由理想變成了現(xiàn)實(shí)。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過(guò)全面現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，相繼于1988年開(kāi)始投入正式使用。目前，美國(guó)ISDN的應(yīng)用進(jìn)展最快，1988年初首次提供商用。在歐洲，法國(guó)發(fā)展最快，ISDN網(wǎng)已從原試驗(yàn)區(qū)北濱海省發(fā)展到巴黎、里昂、馬塞等大城市，1990年已覆蓋全法。近10年來(lái)我國(guó)通信技術(shù)也得到較快發(fā)展。在通信網(wǎng)中，數(shù)字程控交換設(shè)備、數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)以及衛(wèi)星通信、陸地移動(dòng)通信等新技術(shù)不斷地投入使用，使整個(gè)通信網(wǎng)由模擬發(fā)展為數(shù)模兼容。在“七五”期間(1986～1990年)國(guó)家把發(fā)展ISDN技術(shù)作為重要科研項(xiàng)目，組織了科研部門(mén)、高等院校等20多個(gè)單位，對(duì)ISDN進(jìn)行廣泛深入的研究，現(xiàn)已開(kāi)通ISDN業(yè)務(wù)。(五)信息高速公路“信息高速公路”是1993年初提出的一種新型信息網(wǎng)絡(luò)。它是數(shù)字化大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)，用以把政府機(jī)構(gòu)、企業(yè)、學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)和家庭的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，能同時(shí)高速傳送語(yǔ)音、文字、數(shù)字、圖形、圖像的通信網(wǎng)絡(luò)。1993年1月美國(guó)政府以文件形式正式提出要在美國(guó)建立全國(guó)范圍的高速信息溝通網(wǎng)絡(luò)——數(shù)據(jù)超級(jí)公路(DataSuperhighway)，即后來(lái)通稱的“信息高公路”。同年9月，美國(guó)政府宣布“美國(guó)全國(guó)信息基礎(chǔ)設(shè)施(NII)行動(dòng)計(jì)劃”，這就是美國(guó)的“信息高速公路”計(jì)劃，并把它作為優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目。1993年12月，美國(guó)“信息高速公路”政策已初步成型。美國(guó)企業(yè)界對(duì)“信息高速公路”計(jì)劃反應(yīng)熱烈。美國(guó)電話工業(yè)界提出要在2000年前投資1250億美元發(fā)展國(guó)家“戶—戶信息網(wǎng)”。美國(guó)電話電報(bào)公司、數(shù)字設(shè)備公司和麻省理工學(xué)院成立寬帶光纖網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合體，開(kāi)發(fā)大容量光纖通信技術(shù)。其他經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家也都在積極安排信息高速公路規(guī)劃。日本政府于1993年6月初決定建立連接全國(guó)國(guó)立、公立研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)的研究信息網(wǎng)絡(luò)，稱為“信息研究及流通新干線”。日本郵政省和日本電信電話公司相繼制定計(jì)劃，發(fā)展多媒體信息通信。歐洲共同體在1993年也提出了建立歐洲信息高速公路計(jì)劃。此外，南美洲的巴西、阿根廷、巴拉圭、烏拉圭1994年加緊鋪設(shè)連接4國(guó)的光纜，以適應(yīng)“信息高速公路”的需要。加拿大、韓國(guó)、新加坡等國(guó)也開(kāi)始建設(shè)“信息高速公路”。在短短的兩年時(shí)間內(nèi)，信息高速公路的熱潮已遍及全球。9.1.3廣播與電視廣播和電視都是利用無(wú)線電或有線電向廣大接收者播送節(jié)目(聲音、文字和圖像)的過(guò)程。只播送聲音的稱為聲音廣播，簡(jiǎn)稱廣播。同時(shí)播送圖像、文字和聲音的稱為電視。有記載的首次成功的無(wú)線電廣播是在1906年的圣誕節(jié)前夜，美國(guó)的費(fèi)森登第一次成功地進(jìn)行了語(yǔ)言和音樂(lè)的無(wú)線電廣播實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)兩地相距為322公里。他使用功率為上千瓦，頻率為50赫茲的交流發(fā)電機(jī)，借助麥克風(fēng)進(jìn)行調(diào)制，播發(fā)講話和音樂(lè)，許多地區(qū)，包括海上的船只都可清楚地收聽(tīng)到。以后許多國(guó)家都進(jìn)行了無(wú)線電廣播試驗(yàn)。正規(guī)的定時(shí)廣播是從1920年開(kāi)始，馬可尼公司取得英國(guó)政府的許可證，在英國(guó)的切姆斯福以2800米的波長(zhǎng)、15千瓦的功率定時(shí)播送新聞節(jié)目。1920年4月，美國(guó)威斯汀豪斯公司的康拉德(F.Conrad)在匹茲堡他的家中私人對(duì)外廣播娛樂(lè)節(jié)目。同年11月該公司開(kāi)設(shè)正式的廣播臺(tái)。在英國(guó)，馬可尼公司于1922年5月在倫敦創(chuàng)辦2LD廣播臺(tái)，使用波長(zhǎng)為360米。1927年，英國(guó)廣播公司(BBC)成立。無(wú)線電廣播技術(shù)進(jìn)展的一個(gè)重要方面是使用的波長(zhǎng)不斷改進(jìn)。20年代使用的波長(zhǎng)最初是中波(波長(zhǎng)為300～500米)，但試用結(jié)果表明，中波的傳播距離很短。用3千瓦的發(fā)射機(jī)也只能傳播到40公里左右。1918年英國(guó)的沃斯頓(G.N.Waston)提出地面波傳播理論，指出電磁波是沿著彎曲的地表面通過(guò)繞射傳播的。在地面?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，波的強(qiáng)度隨距離呈指數(shù)衰減，而且波長(zhǎng)越短，衰減越強(qiáng)烈。根據(jù)這一理論，英國(guó)于1925年建立了波長(zhǎng)為1500米、功率達(dá)25千瓦的第一個(gè)長(zhǎng)波電臺(tái)。與此同時(shí)，有一部分業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者卻在試驗(yàn)用短的波長(zhǎng)進(jìn)行長(zhǎng)距離廣播和通信的試驗(yàn)。1921年12月無(wú)線電愛(ài)好者在從美國(guó)到英國(guó)的試驗(yàn)廣播中，利用200米波(短波)獲得成功，這引起了物理學(xué)家的注意。早在1902年，美國(guó)工程師凱內(nèi)利(A.B.Kenelly，1861～1939年)和英國(guó)物理家亥維賽德(O.Heaviside，1850～1925年)就已分別獨(dú)立地提出在高空大氣中存在電離層的假說(shuō)。1924年，愛(ài)爾蘭物理學(xué)家拉摩從理論上論證了電離層內(nèi)的大量電子會(huì)使短波段無(wú)線電波產(chǎn)生折射，使電波折返遠(yuǎn)處地面。與長(zhǎng)波相比，短波傳播可以做到有較強(qiáng)的方向性，因而用較低的功率就可以發(fā)射到較遠(yuǎn)的距離。200米短波廣播試驗(yàn)獲得成功后，對(duì)短波的研究發(fā)展很快。1925年4月，荷蘭工程師馮·貝茨利爾(L.J.W.VonBoetzlear)，利用4千瓦水冷電子管在一個(gè)包裝箱內(nèi)建造了一個(gè)波長(zhǎng)約為30米的發(fā)射機(jī)。在同年5月13日的試驗(yàn)中，在印度尼西亞收到了這個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)。兩個(gè)月后，在荷蘭和印尼之間建立了短波無(wú)線電聯(lián)系。1927年6月1日，荷蘭女皇就利用短波發(fā)射機(jī)向東、西印度群島發(fā)表了廣播講話。這是第一個(gè)全球性的廣播系統(tǒng)。從此，短波廣播成為長(zhǎng)距離廣播的主要手段。上述中波、長(zhǎng)波和短波廣播都是一種調(diào)幅廣播(即用語(yǔ)音去調(diào)制載波的幅度)。一個(gè)調(diào)幅廣播頻道所占帶寬只有4.5～5千赫，特別是由于受到收音機(jī)通帶寬度的限制，保真度較差，難于得到高質(zhì)量的接收。1941年開(kāi)始有調(diào)頻廣播制式。調(diào)頻廣播電臺(tái)工作在甚高頻頻段。一個(gè)調(diào)頻廣播頻道所占帶寬約為200千赫，聲音信號(hào)最高頻率可達(dá)15千赫，因而保真度高。另外，調(diào)頻廣播的信噪比高，抗干擾能力強(qiáng)。在調(diào)頻廣播基礎(chǔ)上，1961年又發(fā)展了與單聲道廣播兼容的調(diào)頻立體聲廣播制式。這是一種利用立體聲原理使聽(tīng)眾獲得聲源方位感和臨場(chǎng)感的廣播方式，按聲道數(shù)區(qū)分有兩聲道調(diào)頻立體聲廣播和四聲道調(diào)頻立體聲廣播等。它們都是與單聲道廣播兼容的，即用普通調(diào)頻收音機(jī)也可以收聽(tīng)調(diào)頻立體聲廣播節(jié)目，用調(diào)頻立體聲收音機(jī)也可以收聽(tīng)普通調(diào)頻廣播電臺(tái)播出的節(jié)目。各國(guó)使用的雙聲道調(diào)頻立體聲廣播有兩種制式：“極化調(diào)制”制和“導(dǎo)頻”制。中國(guó)采用導(dǎo)頻制。導(dǎo)頻制調(diào)頻立體聲廣播在發(fā)送端應(yīng)將左右兩個(gè)聲道信號(hào)經(jīng)立體聲編碼器編碼后成為三種信號(hào)，即和信號(hào)(左右信道信號(hào)之和)、差信號(hào)(左右信道信號(hào)之差)及導(dǎo)頻信號(hào)。電視是一種用無(wú)線電或有線電的方法即時(shí)傳送活動(dòng)圖像的技術(shù)。在發(fā)送端，用電視攝像機(jī)把景物圖像變成相應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)無(wú)線電波或有線電路傳輸出去，在接收端再把這些信號(hào)還原成景物圖像。電視首先在廣播上得到應(yīng)用，后又逐步推廣到工業(yè)、軍事和科研等方面。1884年德國(guó)科學(xué)家尼普科夫(P.G.Nipkow，1860～1940年)發(fā)明螺盤(pán)旋轉(zhuǎn)掃描器，實(shí)現(xiàn)了最原始的電視傳輸和顯示。1925年英國(guó)貝爾德(J.L.Baird，1888～1946年)等實(shí)現(xiàn)了影像粗糙的機(jī)械掃描電視系統(tǒng)。到1932年，人們改進(jìn)了美國(guó)科學(xué)家茲沃雷金(V.K.Zworykin，1889～1982)1923年發(fā)明的光電攝像管。1930年發(fā)明的電子掃描系統(tǒng)和RCA公司電子束顯像管的改進(jìn)，使電視進(jìn)入了現(xiàn)代階段。1937年在英國(guó)，1939年在美國(guó)開(kāi)始了黑白電視廣播。到50年代初期，黑白電視廣播開(kāi)始在各國(guó)普及。中國(guó)在1958年開(kāi)始黑白電視廣播。美國(guó)最先試播一種與黑白電視不兼容的順序制彩色電視，到1953年采用了NTSC兼容制彩色電視制式，1954年正式開(kāi)播。聯(lián)邦德國(guó)、法國(guó)相繼于1963年、1966年確定了兼容的PAL與SECAM彩色電視制式，與美國(guó)的NTSC制式并列為世界三種彩色電視制式，分別在世界各國(guó)和各地區(qū)得到采用。大多數(shù)國(guó)家從60年代后期轉(zhuǎn)向彩色電視廣播。中國(guó)從20世紀(jì)70年代初開(kāi)始發(fā)展彩色電視廣播，采用PAL—D.K制式。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，電視技術(shù)已從廣播領(lǐng)域擴(kuò)充到其它應(yīng)用領(lǐng)域。最早應(yīng)用于工業(yè)方面，而且用量較大。中國(guó)在50年代末期研制成功黑白工業(yè)電視。這種工業(yè)應(yīng)用電視系統(tǒng)的組成主要是攝像機(jī)、傳輸線路和監(jiān)視器，供觀察監(jiān)視之用。到70年代，電視技術(shù)同數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)結(jié)合，產(chǎn)生了多種測(cè)量、分析、處理系統(tǒng)，為電視技術(shù)的多功能、多領(lǐng)域應(yīng)用創(chuàng)造了條件。此外還有觀察監(jiān)視電視、教育電視、特殊環(huán)境電視等。電纜電視(cabletelevision)是一種用射頻電纜或光纜來(lái)傳輸、分配相交換聲音、圖像及數(shù)據(jù)信息的電視系統(tǒng)，又稱有線電視。共用天線電視于40年代末期最初出現(xiàn)在美國(guó)，以后發(fā)展成為電纜電視。中國(guó)于1974年開(kāi)始安裝電纜電視系統(tǒng)。國(guó)際電工委員會(huì)于1982年發(fā)表公告，規(guī)定了電纜電視系統(tǒng)的圖像和聲音信號(hào)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。80年代后期開(kāi)始，電纜電視技術(shù)的發(fā)展方向1）展寬頻帶，這是為了滿足多節(jié)目的需要，而且也是不斷采用新技術(shù)所要求的，如高清晰度電視、數(shù)字電視和寬帶數(shù)據(jù)的傳輸都要占用較寬的頻帶。（2）在傳輸分配方面，干線將采用光纖和數(shù)字技術(shù)以達(dá)到寬帶高質(zhì)量的傳輸。電纜電視將成為社會(huì)信息網(wǎng)的一部分，電視接收機(jī)及其附加設(shè)備將成為家庭信息終端。同時(shí)，性能優(yōu)越高清晰度電視(highdefinitiontelevision)開(kāi)始出現(xiàn)。這是一種畫(huà)面像素越過(guò)百萬(wàn)，圖像質(zhì)量可與35毫米電影相比的新型電視體制，簡(jiǎn)稱HDTV。它與普通電視相比，信息容量增加4～5倍。高清晰度電視不同于高保真度電視和加強(qiáng)型電視。高保真度電視(Hi—FiTV)并不改變現(xiàn)行的傳輸信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，它保持寬高比(4:3)和掃描制式不變，只是對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)的某些缺陷進(jìn)行改進(jìn)；加強(qiáng)型電視也不改變現(xiàn)行掃描制式和寬高比，只是改變信號(hào)傳輸制式，即增加視頻信號(hào)帶寬，用時(shí)分傳送方式傳輸信號(hào)。高清晰度電視則增加了掃描行數(shù)和增大了視頻帶寬，從而使水平和垂直清晰度均提高一倍左右。同時(shí)還由于增加了寬高比，并配有立體聲伴音，而能提供細(xì)節(jié)清晰的優(yōu)質(zhì)圖像和立體聲伴音。此外，還加大顯示屏幕的尺寸，使視場(chǎng)角增大至20～30度，圖像信息容量接近人眼最大處理能力。從70年代起、日本、美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家對(duì)HDTV圖像質(zhì)量、信號(hào)形式、傳輸方式等方面進(jìn)行探索，開(kāi)展可行性的實(shí)驗(yàn)研究，并研制出一系列HDTV設(shè)備。到90年代中期，HDTV已從研究試驗(yàn)階段逐步走向民用階段。9.1.4雷達(dá)技術(shù)“雷達(dá)”一詞英文為“RADAR”，是由四個(gè)英文詞“RadioDetectionAndRanging”縮寫(xiě)而成。它的含意是利用無(wú)線電波來(lái)檢測(cè)目標(biāo)并測(cè)定目標(biāo)的位置。雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是白天黑夜均能檢測(cè)到遠(yuǎn)距離的較小目標(biāo)，不為云霧和雨雪所阻擋，具有全天時(shí)全天候特性。雷達(dá)不僅是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)必不可少的電子裝備，而且也應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)(如交通運(yùn)輸、氣象預(yù)報(bào)和資源探測(cè)等)和科學(xué)研究(如航天、大氣物理、電離層結(jié)構(gòu)和天體研究等)的許多領(lǐng)域。(一)雷達(dá)早期發(fā)展階段30年代初，英、美、法、德都先后組織力量開(kāi)始研制雷達(dá)，最初的發(fā)展是緩慢的。到1936年底,美國(guó)研制的脈沖雷達(dá)作用距離還只有11公里，用的是28.3MHZ(兆赫)的超短波。第二次世界大戰(zhàn)期間，交戰(zhàn)雙方都在雷達(dá)技術(shù)上花了很大力量，促進(jìn)了它的迅速發(fā)展。英國(guó)在戰(zhàn)爭(zhēng)初期受到德國(guó)飛機(jī)的轟炸，損失很大。他們的地面雷達(dá)由于采用較低的頻率，測(cè)角和跟蹤精度差，指揮高射炮打飛機(jī)的效果不好。當(dāng)時(shí)大家已認(rèn)識(shí)到，要提高測(cè)量和跟蹤精度必須采用更高頻率的無(wú)線電波，但當(dāng)時(shí)還沒(méi)有能產(chǎn)生大功率微波的器件。1939年，英國(guó)的科學(xué)家們終于突破了多腔磁控管的研制，能在3GHz(吉赫)波段上產(chǎn)生20千瓦的功率。這一發(fā)明使微波雷達(dá)成為現(xiàn)實(shí)，標(biāo)志著現(xiàn)代雷達(dá)的誕生，是雷達(dá)技術(shù)的第一個(gè)具有劃時(shí)代意義的重大進(jìn)展。由于大功率微波電子管的發(fā)明和戰(zhàn)爭(zhēng)的迫切需要，使40年代成為微波雷達(dá)和微波技術(shù)發(fā)展的時(shí)期。英國(guó)首先研制成一種機(jī)載S波段(3GHz)轟炸用的微波雷達(dá)，稱為H2S。以后，美國(guó)和英國(guó)合作研制成一種頻率更高的轟炸雷達(dá)，工作在x波段(10GHz)，稱為H2X。更高的頻率就使雷達(dá)天線波束更尖銳，從而得到更精確的轟炸效果。同盟國(guó)的雷達(dá)技術(shù)迅速超過(guò)了法西斯德國(guó)。1943年機(jī)載微波截?fù)衾走_(dá)開(kāi)始應(yīng)用。1944年英美合作又研制成功地面炮瞄雷達(dá)，迫使德國(guó)飛機(jī)無(wú)論在白天還是黑夜都停止了對(duì)盟軍的轟炸。(二)相干雷達(dá)體制的發(fā)展1945年秋二次大戰(zhàn)結(jié)束后，世界曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)一段非常短暫的和平氣氛時(shí)期。當(dāng)時(shí)幾個(gè)主要國(guó)家都減少了對(duì)軍用雷達(dá)進(jìn)一步發(fā)展的投資，雷達(dá)技術(shù)迅速向民用轉(zhuǎn)移。1946年美國(guó)陸軍通信兵用雷達(dá)成功地檢測(cè)到從月球來(lái)的雷達(dá)回波。這標(biāo)志著“雷達(dá)天文學(xué)”的開(kāi)始。1949年，原蘇聯(lián)試爆了第一顆原子彈。美國(guó)又開(kāi)始把防空作為一個(gè)緊急問(wèn)題來(lái)考慮。50年代初，美國(guó)在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)期間，發(fā)現(xiàn)它的舊雷達(dá)對(duì)新的高速飛機(jī)性能很差，需要新技術(shù)和新裝備。雷達(dá)領(lǐng)域又活躍起來(lái)。當(dāng)時(shí)擺在雷達(dá)領(lǐng)域科學(xué)家和工程師們面前的迫切任務(wù)是：測(cè)距、測(cè)角和跟蹤目標(biāo)的精度要有數(shù)量級(jí)的提高；增加作用距離要用寬脈沖同提高距離分辨力要用窄脈沖之間的矛盾要解決；掩蓋運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的強(qiáng)大的地雜波必須抑制；多個(gè)目標(biāo)要同時(shí)跟蹤等等。從40年代末到50年代后期，上述這些問(wèn)題都取得進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)、單脈沖雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等先后研制成功。這些新技術(shù)的絕大部分都可以歸結(jié)為一個(gè)重要概念：要充分利用雷達(dá)回波信號(hào)中的相位信息和多普勒頻率信息。40年代雷達(dá)技術(shù)中還只注意對(duì)回波信號(hào)幅度的檢測(cè)，而把相位信息的重要性忽略了，這就把很多帶有目標(biāo)某些重要特征的信息丟掉了。為保持和利用相位信息，在技術(shù)上必須保持相位的穩(wěn)定性，不能因信號(hào)處理打亂了原來(lái)的相位關(guān)系。這就是相干性的概念，這是從物理光學(xué)中移植過(guò)來(lái)的一個(gè)重要概念。在50年代后期發(fā)展起來(lái)的上述這些新型雷達(dá)大多屬于相干雷達(dá)。從這一主要貢獻(xiàn)著眼，人們就把50年代的雷達(dá)史歸結(jié)為相干多普勒雷達(dá)體制突破和發(fā)展的歷史。(三)星載雷達(dá)和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展50年代后期蘇聯(lián)洲際火箭發(fā)射成功，第一顆人造地球衛(wèi)星進(jìn)入軌道。美國(guó)急起直追，很快趕上了蘇聯(lián)。從此，空間時(shí)代開(kāi)始。60年代初，小型化晶體管電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)誕生，微電子學(xué)正在蓬勃發(fā)展。這一形勢(shì)對(duì)雷達(dá)技術(shù)提出了更高要求——超遠(yuǎn)程、高精度、高分辨的檢測(cè)以及高可靠、高速度和大容量的信息處理。在60—70年代，雷達(dá)系統(tǒng)采用了眾多新技術(shù)后確實(shí)取得了很大進(jìn)展。幾種主要相干雷達(dá)——合成孔徑雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)等，到70年代后期又有新的進(jìn)展。合成孔徑雷達(dá)的計(jì)算機(jī)成像在70年代中期取得突破并從軍用移植到民用，于1978年開(kāi)始進(jìn)入空間飛行器——裝在第一顆海洋衛(wèi)星上。它從空間高度獲得的圖像分辨率高達(dá)25m×25m，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理，提供了大量地理、地質(zhì)和海洋狀態(tài)信息。相控陣?yán)走_(dá)和脈沖多普勒雷達(dá)也都與計(jì)算機(jī)密切結(jié)合，提供了大量對(duì)軍事目的極為重要的信息。現(xiàn)在，電子計(jì)算機(jī)(主要是小型機(jī)和微機(jī))已經(jīng)成為雷達(dá)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。9.1.5自動(dòng)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)代發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛、最引人矚目的高技術(shù)之一，是推動(dòng)新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的核心技術(shù)。(一)自動(dòng)化技術(shù)及其發(fā)展自動(dòng)化是在沒(méi)有人的直接參與下，機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)管理過(guò)程，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的操作或某種過(guò)程。在古代，人類就制造出了自動(dòng)機(jī)器，如我國(guó)的指南車(chē)、記里鼓車(chē)、漏壺，以及17世紀(jì)歐洲出現(xiàn)的鐘表、風(fēng)車(chē)控制裝置等。1784年瓦特在改進(jìn)的蒸汽機(jī)上采用了離心式調(diào)速裝置，開(kāi)創(chuàng)了自動(dòng)化裝置應(yīng)用的新篇章。應(yīng)用自動(dòng)裝置把人的體力放大了千萬(wàn)倍，把人的四肢延長(zhǎng)了千萬(wàn)倍，改變了人類生活和生產(chǎn)模式。機(jī)械化和初級(jí)自動(dòng)化促進(jìn)了生產(chǎn)力的大發(fā)展，使無(wú)數(shù)農(nóng)民、手工業(yè)者變成了工人，出現(xiàn)了機(jī)器大工業(yè)。人和機(jī)器、技術(shù)和實(shí)踐交替地發(fā)展，推動(dòng)著技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)著整個(gè)人類的進(jìn)步。而社會(huì)的進(jìn)步又促進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)的需要是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。20世紀(jì)40年代，為解決火炮射擊精度等問(wèn)題，誕生了自動(dòng)控制理論，并創(chuàng)造出了許多自動(dòng)控制裝置(或系統(tǒng))，為自動(dòng)化技術(shù)的形成奠定了基礎(chǔ)。研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造、性能、設(shè)計(jì)方法以及應(yīng)用的理論，就是控制理論。40～50年代，單機(jī)自動(dòng)化和單個(gè)過(guò)程自動(dòng)化得到了廣泛的應(yīng)用。50年代以后，自動(dòng)控制理論得到了飛速的發(fā)展，形成了所謂的現(xiàn)代控制理論，其中有保證系統(tǒng)某種(某些)性能指標(biāo)為最佳的設(shè)計(jì)方法(最優(yōu)控制)；在系統(tǒng)和環(huán)境的信息不齊備的情況下，如何改變自身性能，保證系統(tǒng)具有良好工作品質(zhì)的控制方法(自適應(yīng)控制)；分析和設(shè)計(jì)大系統(tǒng)的方法(大系統(tǒng)理論)。60年代以后，由于控制技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)的崛起，工業(yè)機(jī)器人的問(wèn)世，以及柔性制造系統(tǒng)的出現(xiàn)，綜合自動(dòng)化得到了極大的發(fā)展。(二)自動(dòng)化制造技術(shù)自動(dòng)化制造指生產(chǎn)設(shè)備能在沒(méi)有人直接參與的情況下自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)預(yù)期產(chǎn)品的制造過(guò)程。自動(dòng)化制造要求設(shè)備具有自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)控制和自動(dòng)管理的功能。自動(dòng)化制造技術(shù)包括與此有關(guān)的數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)。1.數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)的起點(diǎn)是以繼電器和電子管電路作為控制裝置的早期數(shù)控機(jī)床。1952年出現(xiàn)了由電子線路控制的數(shù)控機(jī)床。這種機(jī)床是將加工程序、加工要求和操作信息用數(shù)字及文字代碼存儲(chǔ)起來(lái)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后發(fā)出指令，控制伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)或刀具進(jìn)行加工。1959年又制造出了能按數(shù)字指令自動(dòng)更換刀具并完成多種加工工序的數(shù)控機(jī)床，即加工中心(MC)。相對(duì)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，加工中心的自動(dòng)化程度、加工精度、生產(chǎn)效率和通用性都又提高了一步。70年代初，計(jì)算機(jī)逐步代替了數(shù)控機(jī)床中的邏輯控制電子線路，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)。不久，又出現(xiàn)了由計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的系統(tǒng)，即所謂的群控或直接數(shù)控(DNC)系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是1）可以一次裝卡定位，不但縮短了加工的輔助時(shí)間，而且減少了人為的加工誤差，提高了加工精度。（2）適于進(jìn)行復(fù)雜外形零件的加工，其生產(chǎn)效率比普通機(jī)床提高了幾十倍。（3）只要按所要求的加工數(shù)據(jù)修改變換數(shù)控機(jī)床的控制程序，就可以加工多種零件，具有很大的靈活性，即具有了柔性。（4）縮短了產(chǎn)品試制的周期，對(duì)市場(chǎng)的需求能作出迅速反應(yīng)，從而使制造業(yè)發(fā)生了巨大的變化。多品種中小批量生產(chǎn)機(jī)制已成為現(xiàn)代制造業(yè)的明顯特征。采用數(shù)控設(shè)備使中小批量生產(chǎn)效率大大提高了，所以，以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)的柔性生產(chǎn)自動(dòng)化不但在機(jī)械制造業(yè)中得到了普及應(yīng)用，而且在紡織、鋼鐵等工業(yè)部門(mén)也得到了推廣。2.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)工業(yè)機(jī)器人是模擬人的上肢運(yùn)動(dòng)的操作的機(jī)械裝置。它由手臂、腕、末端執(zhí)行器、機(jī)身和控制裝置所組成，具有類似人的上肢運(yùn)動(dòng)和操作的功能。較高級(jí)的工業(yè)機(jī)器人裝有感覺(jué)裝置、電腦或者行走裝置，具有感覺(jué)、識(shí)別、判斷、決策或行走的功能。因此，又稱為智能機(jī)器人。它像數(shù)控機(jī)床一樣，由內(nèi)部的控制裝置按程序指揮它工作。工業(yè)機(jī)器人的研制和應(yīng)用是機(jī)械技術(shù)和信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)60年代工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世，并在與電子計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)的相互滲透中，獲得了飛速的發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了機(jī)械、微電子、信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。工業(yè)機(jī)器人有多種類型，其中最常見(jiàn)的有示教再現(xiàn)型機(jī)器人，由人把著它的操作器或通過(guò)示教操作盤(pán)，“教”它把應(yīng)完成的動(dòng)作做一遍，即所謂進(jìn)行示教(編制程序)，其記憶裝置(常常是電腦)把伺服機(jī)構(gòu)(相當(dāng)于人的肌肉)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成動(dòng)作的位置、速度、順序存儲(chǔ)起來(lái)，需要的時(shí)候，機(jī)器人就會(huì)自動(dòng)地、周而復(fù)始地按這些信息去完成示教給它的動(dòng)作，這就是再現(xiàn)過(guò)程。示教再現(xiàn)型機(jī)器人是第一代機(jī)器人的典型代表。第二代機(jī)器人是具有感覺(jué)裝置，能適應(yīng)外界條件變化的機(jī)器人。第三代機(jī)器人即智能機(jī)器人，它能夠再現(xiàn)人的感覺(jué)、行動(dòng)，并能夠自主地處理意外事件，從事復(fù)雜的作業(yè)。應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人有許多益處1）提高文明生產(chǎn)水平。機(jī)器人把人從單調(diào)、繁重、惡劣環(huán)境下的勞動(dòng)中解放出來(lái)。（2）節(jié)省人力。一臺(tái)機(jī)器人可以代替十幾名，甚至幾十名工人的工作。（3）提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。不論是簡(jiǎn)單的還是復(fù)雜的工作，哪怕重復(fù)千萬(wàn)次，機(jī)器人的工作仍然一樣精細(xì)，不會(huì)疲勞和厭煩，并且很少出差錯(cuò)。（4）提高生產(chǎn)率。（5）易于改變產(chǎn)品品種。機(jī)器人是一種通用性好、靈活性強(qiáng)的自動(dòng)化機(jī)器。（6）完成人難以完成的任務(wù)。機(jī)器人能在深海、嚴(yán)重災(zāi)害和污染的環(huán)境下工作，并能從事超精密加工(加工精度要求為零點(diǎn)幾微米)和超潔凈加工等。工業(yè)機(jī)器人引起世界各國(guó)對(duì)它的重視。第一代工業(yè)機(jī)器人于20世紀(jì)70年代進(jìn)入實(shí)用階段，智能機(jī)器人在80年代處于實(shí)驗(yàn)研究階段，到90年代已進(jìn)入實(shí)用階段。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人具有5～6個(gè)自由度(獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目)，運(yùn)動(dòng)速度為l～2米／秒，定位精度為零點(diǎn)幾毫米至零點(diǎn)零幾毫米，無(wú)故障時(shí)間為幾千小時(shí)至上萬(wàn)小時(shí)。日本自稱是機(jī)器人王國(guó)，它不僅在數(shù)量、密度上占世界領(lǐng)先地位，而且在機(jī)器人技術(shù)開(kāi)發(fā)上也占領(lǐng)先地位。由于日本注意開(kāi)發(fā)和社會(huì)需求相結(jié)合，所以獲得了極其顯著的經(jīng)濟(jì)效益。美國(guó)是機(jī)器人的故鄉(xiāng)，重視理論和基礎(chǔ)技術(shù)研究，在機(jī)器人技術(shù)方面占領(lǐng)先地位。我國(guó)機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)70年代，現(xiàn)已有一批較優(yōu)秀的技術(shù)人員隊(duì)伍，并建立了機(jī)器人示范工程，80年代研究制造出了一批水平較高的工業(yè)機(jī)器人及水下機(jī)器人，得到了實(shí)際應(yīng)用并進(jìn)入了國(guó)際市場(chǎng)。3.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)(CAD／CAM)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD／CAM)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)系統(tǒng)相結(jié)合而組成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。所謂計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，就是由計(jì)算機(jī)來(lái)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的計(jì)算、分析、模擬、制圖、編制文件等工作。它是用計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種專門(mén)技術(shù)。CAD系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、繪圖機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)和CAD軟件組成。CAD軟件能幫助設(shè)計(jì)人員在顯示屏上觀察設(shè)計(jì)圖樣的三維圖像，修改，優(yōu)選，最后控制繪圖機(jī)自動(dòng)繪制出標(biāo)準(zhǔn)的零件圖和部件圖。CAM系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制整個(gè)加工過(guò)程，包括幫助人制定生產(chǎn)計(jì)劃、確定加工順序、選擇刀具、確定加工數(shù)據(jù)并通過(guò)指令輸入機(jī)器中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工，最后仍由計(jì)算機(jī)控制搬運(yùn)機(jī)運(yùn)送產(chǎn)品，控制檢驗(yàn)機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在20世紀(jì)60年代就得到較為廣泛的應(yīng)用。80年代得到了普及和發(fā)展。計(jì)算機(jī)輔助制造原來(lái)是用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)直接數(shù)控生產(chǎn)并監(jiān)督生產(chǎn)過(guò)程，為操作人員提供校正操作的參數(shù)。后來(lái)則用于管理控制整個(gè)加工過(guò)程，為生產(chǎn)管理提供數(shù)據(jù)和信息，以實(shí)現(xiàn)間接控制生產(chǎn)。70年代末，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造逐步結(jié)合起來(lái)，在80年代成為一項(xiàng)引人注目的自動(dòng)化系統(tǒng)。90年代，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造在標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步朝著網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化的方向發(fā)展。采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造除能提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能、價(jià)值之外，更主要的是，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間均可減少三分之一左右。對(duì)于現(xiàn)代產(chǎn)品的生產(chǎn)機(jī)制(多品種、中小批量生產(chǎn))來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)無(wú)論從生產(chǎn)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和制造、信息處理模式等方面，都使傳統(tǒng)生產(chǎn)方式發(fā)生了革命性改變。(三)自動(dòng)化技術(shù)與制造業(yè)結(jié)合產(chǎn)生的一些新的生產(chǎn)方式1.柔性制造系統(tǒng)(FMS)柔性制造系統(tǒng)(FMS)就是把若干臺(tái)數(shù)控加工系統(tǒng)、物料搬運(yùn)系統(tǒng)及上下工件系統(tǒng)、立體倉(cāng)庫(kù)、優(yōu)化調(diào)度管理(信息控制)系統(tǒng)集成起來(lái)，形成較完整的生產(chǎn)系統(tǒng)。它是以計(jì)算機(jī)為中心的自動(dòng)完成加工、裝卸、運(yùn)輸、管理的系統(tǒng)，它具有監(jiān)視、診斷、修復(fù)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換加工產(chǎn)品品種的功能。柔性制造系統(tǒng)是制造業(yè)向現(xiàn)代自動(dòng)化發(fā)展(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、無(wú)人工廠)的基礎(chǔ)設(shè)備。柔性制造系統(tǒng)具有一定的柔性和靈活性，適合于多品種中小批量的生產(chǎn)。它可以縮短產(chǎn)品的制造周期，提高機(jī)床利用率(可達(dá)80％)，減少在制品數(shù)量；可以把勞動(dòng)力、機(jī)床數(shù)量、占地面積、生產(chǎn)成本減少到二分之一左右。2.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是用先進(jìn)的智能化信息支持軟件及相應(yīng)硬件把柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助管理系統(tǒng)等有機(jī)地連接起來(lái)，形成包含市場(chǎng)調(diào)研、工程設(shè)計(jì)、制造、管理、銷(xiāo)售等自動(dòng)化子系統(tǒng)的大系統(tǒng)。這種系統(tǒng)其實(shí)就是完整的企業(yè)、工由美國(guó)約瑟夫·哈林頓博士提出的計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)概念，把它作為贏得競(jìng)爭(zhēng)勝利的生產(chǎn)模式，組成了把市場(chǎng)、工程設(shè)計(jì)、制造、管理、銷(xiāo)售等活動(dòng)都包括在內(nèi)的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的組成主要由工程(設(shè)計(jì))、制造、管理等功能組成。管理主要是制訂生產(chǎn)計(jì)劃和物料需求計(jì)劃，進(jìn)行生產(chǎn)能力平衡、財(cái)務(wù)和倉(cāng)庫(kù)管理以及經(jīng)營(yíng)管理(包括市場(chǎng)預(yù)測(cè)，制訂長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃等)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的各功能部分又包含許多子系統(tǒng)，它們都是自動(dòng)化的孤島。為使整個(gè)系統(tǒng)成為高效益、高柔性的智能化生產(chǎn)系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)不能拼盤(pán)式地組合起來(lái)，而是用支持技術(shù)(數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)技術(shù)、人工智能等)實(shí)現(xiàn)信息集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)功能集成。信息集成是數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)，把各自動(dòng)化孤島互連起來(lái)，成為有機(jī)的統(tǒng)一整系統(tǒng)。功能集成是用系統(tǒng)技術(shù)、人工智能指導(dǎo)局部?jī)?yōu)化，整個(gè)系統(tǒng)(企業(yè)、工廠)運(yùn)行于最優(yōu)工況。因此，集成是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的核心技術(shù)。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)還有很多難點(diǎn)：沒(méi)有統(tǒng)一的定義和模式，用的技術(shù)及設(shè)備還在不斷地改變，而且投資大、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大。特別是決策人員對(duì)這種系統(tǒng)還不真正了解。不過(guò)，計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)作為制造業(yè)新一代生產(chǎn)模式已被人們所接受，很多認(rèn)為它是制造業(yè)自動(dòng)化的先進(jìn)模式，是指導(dǎo)21世紀(jì)工廠生產(chǎn)的科學(xué)哲理。80年代中期以來(lái)，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)得到發(fā)展，世界上很多國(guó)家的政府和企業(yè)競(jìng)相大量投資進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。我國(guó)也已把計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和智能機(jī)器人列為高技術(shù)發(fā)展規(guī)劃自動(dòng)化領(lǐng)域的兩個(gè)主題項(xiàng)目，正在研究開(kāi)發(fā)之中。3.準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)制（JIT）準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)(JIT，也有人譯為適時(shí)生產(chǎn))和成組技術(shù)(GT)是適用于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的新技術(shù)。準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)是指在隨機(jī)得到定單的情況下，把產(chǎn)品所需的成千上萬(wàn)個(gè)零件都排定順序，所有的加工件、外協(xié)件、外購(gòu)件都按規(guī)定時(shí)刻出現(xiàn)在規(guī)定的加工或裝配工位上，按規(guī)定的時(shí)間生產(chǎn)出產(chǎn)品，并立即交貨。采用準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)方式，生產(chǎn)車(chē)間(工廠)無(wú)中間倉(cāng)庫(kù)(只有中間存儲(chǔ)器，用以存放很少、很小的儲(chǔ)備件)，也沒(méi)有成品倉(cāng)庫(kù)和堆積站，從而使生產(chǎn)周期短、成本低、資金周轉(zhuǎn)快，獲得多品種、高速度、高效率的生產(chǎn)。成組技術(shù)是把企業(yè)生產(chǎn)的多種產(chǎn)品、部件和零件按照一定的相似性準(zhǔn)則進(jìn)行分類編組，在此基礎(chǔ)上組織各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、制造和管理合理化。采用成組技術(shù)可把現(xiàn)代化生產(chǎn)中錯(cuò)綜復(fù)雜的情況歸納簡(jiǎn)化，使企業(yè)既具有流水線的高效率，又具有生產(chǎn)靈活性、快速變換產(chǎn)品品種的高度柔性。現(xiàn)在，成組技術(shù)僅在大量生產(chǎn)(如汽車(chē)、家電工業(yè))中有所突破。在一般生產(chǎn)部門(mén)還沒(méi)有得到推廣。因?yàn)橥菩谐山M技術(shù)需要大量資料，而資料的實(shí)用性、使用的方便性以及保管等都需要很好解決，才能使這種技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。4.并行工程（CE）目前，在世界上十分活躍的、企業(yè)界十分稱道的并行工程也是一種制造新技術(shù)。并行工程是適用于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的另一種新技術(shù)。它是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程(如制造過(guò)程)的一種系統(tǒng)方法。過(guò)去，采用順序工程方法設(shè)計(jì)，先進(jìn)行需求分析，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，再進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)，最后得到原型產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)方法，信息是單向地依次傳遞。采用并行工程方法，則將各個(gè)工程設(shè)計(jì)過(guò)程與其后續(xù)過(guò)程并行進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且上下過(guò)程之間信息是雙向交流的，根據(jù)上、下過(guò)程的信息作出決策。這就是說(shuō)，用并行工程方法，從一開(kāi)始就要考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中所有的因素，如用戶要求、概念形成、進(jìn)度計(jì)劃、成本質(zhì)量、報(bào)廢處理，等等。采用并行工程可以提高產(chǎn)品質(zhì)量(減少?gòu)U品和返修品)。降低成本(減少投標(biāo)費(fèi)用，降低設(shè)計(jì)、生產(chǎn)成本，減少庫(kù)存量)，縮短研制周期，使產(chǎn)品性能更好。當(dāng)然，不論并行工程多么優(yōu)越，應(yīng)用和推廣它都必須進(jìn)行充分的研究和實(shí)驗(yàn)，否則將事倍功半。90年代，國(guó)外又提出了精節(jié)生產(chǎn)的概念，這是一種靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)，能以最小的投入，取得最大的產(chǎn)出，并且在花色品種和質(zhì)量上使用戶滿意，在競(jìng)爭(zhēng)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。它與并行工程等進(jìn)一步結(jié)合將使生產(chǎn)技術(shù)向更高、更有效的方向發(fā)(四)自動(dòng)化制造技術(shù)的特點(diǎn)和意義自動(dòng)化技術(shù)的共性之一是它們的靈活適應(yīng)性或稱“柔”性。這種柔性的實(shí)現(xiàn)依賴兩方面的條件：軟件方面是它們以計(jì)算機(jī)為核心控制機(jī)，具有按產(chǎn)品需要靈活確定加工順序及數(shù)據(jù)的能力；硬件方面是它們的工作機(jī)、加工機(jī)適應(yīng)多種物料、多種加工方式。柔性化的自動(dòng)加工制造系統(tǒng)最適宜多品種小批量生產(chǎn)，因它可根據(jù)不同品種的不同要求迅速調(diào)整工位、加工順序和加工數(shù)據(jù)，加工機(jī)的利用率達(dá)到80%。而通常的加工設(shè)備要求工藝人員進(jìn)行費(fèi)時(shí)費(fèi)力的夾具刀具拆卸、重裝，加工量的人工重調(diào)等，加工機(jī)的有效工作時(shí)間僅為20%～25%，并且加工精度也難以保證?？偟墓浪憬Y(jié)果是，柔性制造系統(tǒng)與常規(guī)制造系統(tǒng)相比較，對(duì)于多品種中小批量的生產(chǎn)，前者可將勞動(dòng)力、機(jī)床數(shù)量、占地面積、生產(chǎn)成本均減少一半，并縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，減少在制品數(shù)量。由此可以看出，自動(dòng)化制造技術(shù)的推廣將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。社會(huì)物質(zhì)文明和精神文明的不斷進(jìn)步，已使人們的需求日益多樣化，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也越來(lái)越快，常規(guī)的大批量標(biāo)準(zhǔn)化制造技術(shù)將無(wú)法滿足多品種小批量的生產(chǎn)。柔性的自動(dòng)化制造技術(shù)將取而代之，成為未來(lái)制造技術(shù)的主流，使人們的合理需求得到充分滿足。9.1.6人工智能技術(shù)人工智能(ArtificialIntelligence——簡(jiǎn)稱AI)是20世紀(jì)中葉興起的一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，它研究如何用機(jī)器或裝置去模擬或擴(kuò)展人類的某些智能活動(dòng)，如推理、決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)等。(一)人工智能的誕生數(shù)理邏輯的奠基人德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茨提出的“通用符號(hào)”和“推理計(jì)算”的概念，是關(guān)于“機(jī)器思維”研究的萌芽；1854年，英國(guó)數(shù)學(xué)家布爾在他的《思維規(guī)律研究》一書(shū)中，用符號(hào)語(yǔ)言描述了思維活動(dòng)中推理過(guò)程的基本規(guī)律，創(chuàng)立邏輯代數(shù)。英國(guó)科學(xué)家圖靈(A.Turing，1912～1954年)等人關(guān)于計(jì)算本質(zhì)的思想對(duì)于形式推理概念與當(dāng)時(shí)即將發(fā)明的計(jì)算機(jī)之間聯(lián)系的揭示，為人工智能的產(chǎn)生提供了思想基礎(chǔ)。圖靈在1936年發(fā)表了關(guān)于《論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用》——圖靈機(jī)的論文，論證了任何需要加以精確確定的計(jì)算過(guò)程都能夠由圖靈機(jī)來(lái)完成。1947年，圖靈寫(xiě)了一份關(guān)于人工智能的內(nèi)部報(bào)告，1950年，他發(fā)表了“計(jì)算機(jī)能思維嗎?”的著名論文，明確提出了“機(jī)器能思維”的觀點(diǎn)。并設(shè)計(jì)了關(guān)于智能的“圖靈測(cè)驗(yàn)”，為人工智能的研究提供了理論依據(jù)和檢驗(yàn)方法，開(kāi)辟了用計(jì)算機(jī)從功能上模擬人的智能的道路。直接促進(jìn)人工智能發(fā)展的還有當(dāng)時(shí)創(chuàng)立不久控制論和信息論。在這些工作的基礎(chǔ)上，1956年夏季，一批致力于人工智能研究的科學(xué)家和工程師在美國(guó)達(dá)特摩斯(Dartmouth)大學(xué)召開(kāi)了第一次人工智能學(xué)術(shù)研討會(huì)，就如何使用機(jī)器模擬人類智能的問(wèn)題進(jìn)行了比較深入的討論，第一次使用了“人工智能”這一概念。這次會(huì)議是人工智能作為一門(mén)學(xué)科誕生的標(biāo)志。其后，人工智能科學(xué)分別向以下三個(gè)方面發(fā)展：（1）機(jī)器思維。如機(jī)器證明、機(jī)器博弈、機(jī)器學(xué)習(xí)等；化學(xué)分析、醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等專家系統(tǒng)及知識(shí)工程。（2）機(jī)器感知。如機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器聽(tīng)覺(jué)等文字、圖象識(shí)別、自然語(yǔ)言理解的理論、方法和技術(shù)，感知機(jī)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。（3）機(jī)器行為。具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織特性的智能控制系統(tǒng)、智能控制動(dòng)物、智能機(jī)器人。(二)人工智能的三大主要學(xué)派及發(fā)展人工智能發(fā)展過(guò)程中，形成了不同的學(xué)派，主要有符號(hào)主義、聯(lián)接主義和行為主義。1.符號(hào)主義符號(hào)主義又稱邏輯主義，是目前影響最大的學(xué)派。其主要觀點(diǎn)是：人的智能表現(xiàn)為認(rèn)知，而認(rèn)知的基元是符號(hào)，認(rèn)知過(guò)程就是符號(hào)操作過(guò)程，所以能夠用計(jì)算機(jī)的符號(hào)操作模擬人的智能行為。知識(shí)作為信息的主要形式，是構(gòu)成智能的基礎(chǔ)，所以人工智能的核心問(wèn)題是知識(shí)表示、知識(shí)推理和知識(shí)運(yùn)用。知識(shí)可以用符號(hào)表示，也可以用符號(hào)進(jìn)行推理，因而有可能建立起基于知識(shí)的人類智能和機(jī)器智能的統(tǒng)一理論體系。在人工智能的發(fā)展過(guò)程中，符號(hào)主義取得很大成就，但是，在視覺(jué)理解、語(yǔ)音感知、語(yǔ)言獲取以及學(xué)習(xí)等方面暴露出自身的局限性。符號(hào)主義主要科學(xué)方法是基于實(shí)驗(yàn)心理學(xué)與計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)相結(jié)合的，以思維過(guò)程的功能模擬為重點(diǎn)的“黑箱”方法。其代表人物有1978年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者美國(guó)心理學(xué)家西蒙（H.A.Simon，1916美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家費(fèi)根鮑姆(E.A.Feigenbaum，1936～)等。其成就之一是由紐厄爾（A.Newell，1927、西蒙等人研制成功的啟發(fā)程序——“邏輯理論機(jī)”（LogicTheoryMachine——簡(jiǎn)稱LT）。LT模擬了數(shù)學(xué)家證明數(shù)學(xué)定理過(guò)程中的某些思維方法和規(guī)律。利用LT成功地證明了《數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中的38個(gè)定理，開(kāi)創(chuàng)了用計(jì)算機(jī)模擬人的高級(jí)智能活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜腦力勞動(dòng)自動(dòng)化的先例。對(duì)于人工智能學(xué)科的產(chǎn)生和發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。1956年，啟發(fā)程序的另一項(xiàng)重要成就是由美國(guó)科學(xué)家塞謬爾（A.L.Samuel，1901～）研制成功的、具有學(xué)習(xí)能力的“跳棋程序”，它模擬了塞謬爾本人及其他高手的下棋策略和方法，能夠預(yù)先和估計(jì)若干步走法，積累下棋的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，向高明對(duì)手或通過(guò)棋譜進(jìn)行學(xué)習(xí)，不斷提高棋藝的人工智能水平。啟發(fā)程序的進(jìn)一步發(fā)展的代表是由紐厄爾、西蒙等人在1960年研制成功的“通用問(wèn)題求解程序”(GeneralProblemSolver——簡(jiǎn)稱GPS)。它可以求解11種不同類型的問(wèn)題，提高了啟發(fā)程序的通用性。在人工智能領(lǐng)域，如何用機(jī)器模擬人的思維，在科學(xué)研究方法和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)策略上的重大轉(zhuǎn)變是“專家系統(tǒng)”的問(wèn)世。所謂專家系統(tǒng)是基于專家的專業(yè)知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)，用于求解專門(mén)問(wèn)題的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1968年，美國(guó)科學(xué)家費(fèi)根鮑姆(E.A.Feigenbaum，1936～）等人建造了世界上首批專家系統(tǒng)——化學(xué)分析專家系統(tǒng)。它能進(jìn)行質(zhì)譜儀的數(shù)據(jù)分析、推斷未知化合物的分子結(jié)構(gòu)，具有類似于化學(xué)專家的知識(shí)水平和分析能力。1974年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的肖特利夫（E.H.Shortliffe，1947～）等人研制成醫(yī)療專家系統(tǒng)，具有內(nèi)科醫(yī)生的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，可用于血液感染病的診斷、治療和咨詢服務(wù)。在應(yīng)用上獲得顯著成就的是1977年斯坦福研究所的杜達(dá)（R.O.Duda，1936~)等研制的地質(zhì)勘探專家系統(tǒng)，可用于地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)分析、探查礦床的類型、蘊(yùn)藏量、分布。該系統(tǒng)用于鉬礦探測(cè)取得重大的經(jīng)濟(jì)效益。1977年，費(fèi)根鮑姆提出了“知識(shí)工程”的概念，進(jìn)一步推動(dòng)了基于知識(shí)的專家系統(tǒng)，以及其他知識(shí)工程系統(tǒng)的發(fā)展。我國(guó)的第一個(gè)專家系統(tǒng)是由中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所涂序彥等人于1979年研制成功的中醫(yī)肝炎診斷系統(tǒng)。80年代以來(lái)，專家系統(tǒng)和知識(shí)工程在世界范圍迅速發(fā)展，展示了人工智能研究的內(nèi)在價(jià)值和意義，對(duì)人工智能的發(fā)展有重要的推動(dòng)作用。但是，專家系統(tǒng)和知識(shí)工程還存在知識(shí)獲取“瓶頸”、不確定性常識(shí)推理等難題，有待于進(jìn)一步發(fā)展。2.聯(lián)接主義聯(lián)接主義學(xué)派又稱為仿生學(xué)派和生理學(xué)派。它認(rèn)為人的思維單元是神經(jīng)元，而不是符號(hào)，人的智能行為不能單純歸結(jié)為符號(hào)信息處理。人腦不同于電腦，人腦的結(jié)構(gòu)、功能和智能行為密切相關(guān)，不同的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出不同的功能和行為。所以，人工智能的研究應(yīng)該著重于結(jié)構(gòu)模擬，即模擬人的生理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其主要科學(xué)方法是從仿生學(xué)觀點(diǎn)，基于神經(jīng)生理學(xué)與生理學(xué)的、以神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能模擬為重點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型與物理模型方法。(W.H.Pitts)、生理學(xué)家羅森勃拉特（F.Rosenblatt）和物理學(xué)家荷普菲爾德(J.Hopfield)等。1957年，美國(guó)生理學(xué)家羅森勃拉特（F.Rosenblatt）研制出了具有視覺(jué)感知與分類學(xué)習(xí)功能感知機(jī)，可以進(jìn)行某些簡(jiǎn)單的文字識(shí)別、圖象識(shí)別、聲音識(shí)別。但是，由于感知機(jī)在原理和功能上的局限性，對(duì)復(fù)雜圖象的感知能力低，對(duì)非線性分類問(wèn)題缺乏有效學(xué)習(xí)方法，以及受到當(dāng)時(shí)電子技術(shù)水平的限制，人們對(duì)感知機(jī)的過(guò)高期望沒(méi)有得到實(shí)現(xiàn)。1969年，美國(guó)科學(xué)家明斯基(M.L.Minsky)等人出版了關(guān)于感知機(jī)的專著，對(duì)簡(jiǎn)單感知機(jī)的進(jìn)行總結(jié)分析，指出簡(jiǎn)單感知機(jī)有嚴(yán)重的缺陷，無(wú)法識(shí)別線性不可分的模式。這種批評(píng)曾一度使感知機(jī)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究在70年代陷入低潮。70年代，日本科學(xué)家提出了具有模擬人的聯(lián)想記憶能力的“聯(lián)想機(jī)”，后來(lái)又提出反饋型認(rèn)識(shí)機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，這種模型較之以前的腦模型和學(xué)習(xí)機(jī)有較大的信息加工能力。進(jìn)人到80年代，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究再次出現(xiàn)高潮?？茖W(xué)家們?cè)谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)建模及其應(yīng)用方面取得開(kāi)創(chuàng)性成果。如1982年美國(guó)生物物理學(xué)家霍普菲爾德(J.J.Hopield)采用全互連型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用所定義的計(jì)算能量函數(shù)，成功地解決了計(jì)算復(fù)雜度為NP完全型的“旅行商”問(wèn)題，這項(xiàng)突破性進(jìn)展，再度激起人們對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的熱情。包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家現(xiàn)在都把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)和研制神經(jīng)計(jì)算機(jī)作為新的科學(xué)生長(zhǎng)點(diǎn)。3.行為主義行為主義學(xué)派認(rèn)為智能行為是以“感知—行動(dòng)”的反應(yīng)模式為基礎(chǔ)的，智能系統(tǒng)的智能水平和智能特性，可以在真實(shí)世界的復(fù)雜境域中進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，在與周?chē)h(huán)境的信息交互與適應(yīng)過(guò)程中不斷進(jìn)化和體現(xiàn)出來(lái)。其主要科學(xué)方法是從控制論出發(fā)，基于控制理論、技術(shù)和行為科學(xué)，以生物控制系統(tǒng)的智能行為特性的物理模擬和技術(shù)模型為重點(diǎn)，研究智能控制系統(tǒng)的理論、方法和技術(shù)，用于模擬、延伸和擴(kuò)展人在控制過(guò)程中體現(xiàn)的智能行為特性和其代表人物有信息論創(chuàng)始人申農(nóng)，美籍華裔科學(xué)家傅京孫，美國(guó)麻省理工學(xué)院學(xué)者布魯克斯（R.A.Brooks，1941。為了模擬動(dòng)物的智能行為，探討有關(guān)的控制與信息傳遞、變換和處理過(guò)程的機(jī)理，人們研制了某些機(jī)器動(dòng)物模型，特別是物理模型和工程技術(shù)模型，稱之為“控制論動(dòng)物”。如1952年，申農(nóng)研制的機(jī)器老鼠模型，可以模擬老鼠在“迷宮”（未知的環(huán)境）中尋找通路的條件反射行為和積累經(jīng)驗(yàn)，修正其動(dòng)作的學(xué)習(xí)功能。60年代，美籍華裔科學(xué)家傅京孫研究了自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，如擬人控制系統(tǒng)，模擬和探討在控制過(guò)程中的學(xué)習(xí)方法和策略。并提出了人工智能與自動(dòng)控制相結(jié)合，發(fā)展智能控制的思想。70年代，關(guān)于智能控制的研究，開(kāi)始從“控制論動(dòng)物”向“智能機(jī)器人”發(fā)展。美國(guó)科學(xué)家對(duì)此進(jìn)行了研究試驗(yàn)。70年代后期到80年代，日本日立公司研制的機(jī)器人，用于制造水泥桿，能夠由視覺(jué)自動(dòng)地識(shí)別螺釘?shù)男螤詈臀恢?，用觸覺(jué)確知后，再用碰撞扳手將螺釘緊固。1991年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的布魯克斯研制的新型智能機(jī)器人，擁有159多個(gè)各種類型的傳感器，20多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有6條腿，能夠在未知的動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行自由漫游。上述人工智能的三個(gè)學(xué)派，其研究對(duì)象和內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)不同導(dǎo)致學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和研究方法也各有不同。符號(hào)主義學(xué)派側(cè)重于研究人的思維過(guò)程模擬與機(jī)器思維方法和技術(shù)，主要探討人的高級(jí)智能活動(dòng)與心理過(guò)程，如邏輯推理、分析判斷、對(duì)策決策等；聯(lián)接主義學(xué)派側(cè)重于研究人的識(shí)別過(guò)程模擬與機(jī)器感知的方法和技術(shù)，主要探討視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感知神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)機(jī)理，文字、圖象、聲音識(shí)別問(wèn)題；行為主義學(xué)派側(cè)重于研究人和動(dòng)物的智能行為特性模擬、智能控制的方法和技術(shù)。(三)人工智能的主要研究?jī)?nèi)容盡管人工智能研究的對(duì)象和內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)有所不同，但一般來(lái)說(shuō)，人工智能研究的內(nèi)容主要包括以下幾方面：知識(shí)表示方法、問(wèn)題求解、邏輯推理和定理證明、自然語(yǔ)言理解、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。知識(shí)是智能的基礎(chǔ)，所以知識(shí)表示方法便成為人工智能研究的中心內(nèi)容之一。目前在人工智能中常用的幾種知識(shí)表示方法是：狀態(tài)空間法、問(wèn)題歸約法、謂詞邏輯法、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法、框架表示法、劇本表示法和過(guò)程表示法等。問(wèn)題求解是一個(gè)內(nèi)涵廣泛的研究領(lǐng)域，它涉及到歸約、推斷、決策、規(guī)劃、常識(shí)推理、定理證明和相關(guān)過(guò)程的核心概念。問(wèn)題求解一般包括問(wèn)題表示和對(duì)解答的搜索兩個(gè)方面。問(wèn)題表示同知識(shí)表示方法相關(guān)聯(lián)，問(wèn)題表示的狀況直接決定求解空間的大小，對(duì)求解結(jié)果和求解工作量影響很大。對(duì)問(wèn)題求解的過(guò)程人們也進(jìn)行了深人的研究，探討了盲目搜索(包括寬度優(yōu)先搜索、深度優(yōu)先搜索和等代價(jià)搜索等)、啟發(fā)式搜索(主要有有序搜索和最優(yōu)搜索、正向搜索和逆向搜索等一般搜索策略，也發(fā)展出比一般搜索方法具有更高搜索效率的高級(jí)求解系統(tǒng)，如規(guī)劃演繹系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、系統(tǒng)組織技術(shù)、不確定性推理和非單調(diào)推理等。人工智能關(guān)于問(wèn)題求解的研究取得了引人注目的成績(jī)，專家系統(tǒng)具有重要的實(shí)用價(jià)值，能夠求解難題的下棋(如國(guó)際象棋)程序設(shè)計(jì)水平不斷提高。1997年5月，計(jì)算機(jī)“深藍(lán)”與白俄羅斯國(guó)際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫?qū)?，最終以3.5比2.5的總比分獲勝．引起了世人的極大關(guān)注。邏輯推理是人工智能研究中最持久的領(lǐng)域之一，與之密切相關(guān)的是運(yùn)用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行定理的證明。這方面的研究在人工智能方法的發(fā)展中曾經(jīng)產(chǎn)生過(guò)重要的影響。西蒙等人建立的邏輯理論機(jī)成功地證明了《數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中的38個(gè)定理，這一工作對(duì)于人工智能學(xué)科的產(chǎn)生和發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。語(yǔ)言處理也是人工智能的早期研究領(lǐng)域之一，而且現(xiàn)在愈來(lái)愈引起人們的重視。目前語(yǔ)言處理研究的主要課題是：在翻譯句子時(shí)，以主題和對(duì)話情況為基礎(chǔ)，注意大量的一般常識(shí)——關(guān)于生活和世界的基本知識(shí)與期望的重要性。人們的研究表明，能理解自然語(yǔ)言信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如同人一樣需要有上下文知識(shí)以及根據(jù)這些上下文知識(shí)運(yùn)用信息發(fā)生器進(jìn)行推理的技術(shù)和能力。學(xué)習(xí)是人類智能的主要標(biāo)志和獲得知識(shí)的基本手段。機(jī)器學(xué)習(xí)(自動(dòng)獲取新的事實(shí)和新的推理算法)是使計(jì)算機(jī)具有智能的根本途徑。所以在人工智能發(fā)展過(guò)程中，機(jī)器學(xué)習(xí)是一個(gè)始終得到重視的研究領(lǐng)域。現(xiàn)在這方面理論正在創(chuàng)立，方法日臻完善，但遠(yuǎn)未達(dá)到理想境地。從理論上講，學(xué)習(xí)過(guò)程本質(zhì)上是學(xué)習(xí)系統(tǒng)將導(dǎo)師提供的信息轉(zhuǎn)換成能被系統(tǒng)理解并應(yīng)用的形式。學(xué)習(xí)方法大體可以分成1）機(jī)械式學(xué)習(xí)2）講授式學(xué)習(xí)3）類比學(xué)習(xí)4）歸納學(xué)習(xí)5）觀察發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)。目前運(yùn)用后三種方法開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)系統(tǒng)還處于探索階段。此外，近年來(lái)還發(fā)展了一些新的學(xué)習(xí)方法，如基于解釋的學(xué)習(xí)，基于事例的學(xué)習(xí)，基于概念的學(xué)習(xí)和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)。由于現(xiàn)行的諾依曼型計(jì)算機(jī)無(wú)法快速處理非數(shù)值計(jì)算的形象思維問(wèn)題，無(wú)法求解那些信息不完整，具有不確定性和模糊性的問(wèn)題。而且這種計(jì)算機(jī)不能應(yīng)付環(huán)境的變化，不能經(jīng)受內(nèi)部元件損壞所造成的影響，但人腦在這方面卻顯示出無(wú)比的優(yōu)越性。正因?yàn)檫@樣，人們始終在思考現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)模式是否合適的問(wèn)題。人們?cè)噲D尋找新的信息處理機(jī)制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究是其中非常重要的一個(gè)方面。研究結(jié)果已經(jīng)表明，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理直覺(jué)和形象思維信息具有比傳統(tǒng)處理方式好得多的效果，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展既具有廣泛的背景，又具有廣闊的前景。對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、算法、理論分析和硬件實(shí)現(xiàn)的大量研究，已經(jīng)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)走向應(yīng)用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模式識(shí)別、圖象處理、組合優(yōu)化、自動(dòng)控制、機(jī)器人學(xué)和人工智能的其他領(lǐng)域獲得日益廣泛的應(yīng)用。人們期望神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)將在更多的方面取代傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，使人類智能的人工模擬向更深的層次發(fā)展。人工智能的研究對(duì)人類生產(chǎn)和生活方式的改變有深遠(yuǎn)影響。人工智能不是人類智能在機(jī)器中的簡(jiǎn)單復(fù)制，而是人類智能某些屬性的延伸和加強(qiáng)，是人類智能的必要補(bǔ)充。所以發(fā)展人工智能有著重要的意義。9.2激光技術(shù)激光技術(shù)是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的重大科學(xué)技術(shù)成就之一。40多年來(lái)，以激光器為基礎(chǔ)的激光技術(shù)得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，并取得較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。9.2.1激光器的發(fā)明與激光技術(shù)的發(fā)展關(guān)于對(duì)光的認(rèn)識(shí)和研究早在17世紀(jì)就開(kāi)始了。牛頓曾提出光的微粒說(shuō)。1678年，惠更斯提出光的波動(dòng)說(shuō)。到20世紀(jì)初，科學(xué)證明光具有波粒二象性。1917年，愛(ài)因斯坦在研究黑體輻射中得出一個(gè)重要結(jié)論：自然界存在著兩種不同的發(fā)光方式。一種叫自發(fā)發(fā)射，另一種叫受激發(fā)射。就此，愛(ài)因斯坦提出了受激發(fā)射概念，他認(rèn)為，一個(gè)處于高能態(tài)的粒子在一個(gè)頻率適當(dāng)?shù)妮椛淞孔幼饔孟聲?huì)躍遷到低能態(tài)，同時(shí)發(fā)射出一個(gè)頻率和運(yùn)動(dòng)方向同入射量子完全相同的輻射量子。直到1951年，美國(guó)物理學(xué)家鉑塞爾(E.M.Purcell，1912～1997)等人才在實(shí)驗(yàn)中觀察到50KHz的受激輻射信號(hào)。量子力學(xué)建立后，這種發(fā)光方式的物理內(nèi)容得到更為嚴(yán)重深刻的闡明。同時(shí)光譜學(xué)也得到很大發(fā)展。這些都為激光技術(shù)的產(chǎn)生奠定了理論基礎(chǔ)。微波激射器的音譯是脈澤(英文為MASER——MacrowaveAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)，意為通過(guò)受激發(fā)射實(shí)現(xiàn)微波放大?；陬愃频奈锢磉^(guò)程而實(shí)現(xiàn)光波放大或振蕩的器件稱作激光器，激光器的音譯是萊澤(英文為L(zhǎng)ASER——LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)，意為通過(guò)受激發(fā)射實(shí)現(xiàn)光波放大。1954年，美國(guó)物理學(xué)家湯斯(C.H.Townes，1915～)等人提出了用原子和分子的受激輻射來(lái)產(chǎn)生和放大微波的設(shè)計(jì)方案。1957年，湯斯和他的助手經(jīng)過(guò)三年的試驗(yàn)，研制成功了最早的微波激射器。與此同時(shí)，前蘇聯(lián)物理學(xué)家巴索夫(H.Г.БacoB,1922～)與普羅霍洛夫(A.M.ЛpoxopoB,1916～)也獨(dú)立研制發(fā)明了微波激射器。1958年，肖洛（A.L.Schawlew，1921～）和湯斯進(jìn)一步提出了在光頻段工作的激射器的理論分析和設(shè)計(jì)方案。湯斯、巴索夫和普羅霍洛夫因?qū)ξ⒉ど淦骱图す馄鞯陌l(fā)展作出卓越貢獻(xiàn)而榮獲1964年諾貝爾獎(jiǎng)。但最早提出實(shí)現(xiàn)光頻能級(jí)間粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布方法并申請(qǐng)過(guò)專利的是加利福尼亞大學(xué)輻射實(shí)驗(yàn)室（湯斯當(dāng)時(shí)是該室的主任）的研究生古爾德(G.Gould，1920～)，只是由于他沒(méi)有認(rèn)識(shí)到需要選擇適當(dāng)?shù)恼袷幠Ｊ蕉鴽](méi)有成為激光技術(shù)的開(kāi)拓者。微波激射器的研制成功，給人們以很大的啟發(fā)，促使科學(xué)家去思考能否應(yīng)用同樣的原理在光頻波段實(shí)現(xiàn)受激發(fā)射。1960年，美國(guó)加利福尼亞休斯研究所的梅曼(T.H.Maimen，1927～)終于制成了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器。第一臺(tái)紅寶石激光器出現(xiàn)以后，各類激光器如雨后春筍相繼誕生。1961年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的賈萬(wàn)(A.Javon)研制成世界上第一臺(tái)連續(xù)波運(yùn)轉(zhuǎn)的氣體激光器——氦氖激光器；1962年，霍爾(R.N.Hall)等發(fā)明了砷化鎵半導(dǎo)體PN結(jié)載流子注入式激光器，并于1970年實(shí)現(xiàn)雙異質(zhì)結(jié)注入式半導(dǎo)體激光器室溫下連續(xù)波運(yùn)轉(zhuǎn)；1964年二氧化碳分子氣體激光器的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了紅外波段的光受激發(fā)射等。激光技術(shù)從發(fā)明到應(yīng)用的周期比以往任何新技術(shù)都短。電話從發(fā)明到應(yīng)用周期大約為50年，飛機(jī)為20年，晶體管縮短為3年，而激光僅為幾個(gè)月。激光由于具有相干性好、可調(diào)諧和解調(diào)，又具有高方向性、高單色性、高亮度等許多獨(dú)特的性質(zhì)，因而它獲得了廣泛應(yīng)用。激光用于信息存儲(chǔ)具有密度高、容量大、速度快的特點(diǎn)。激光對(duì)半導(dǎo)體、集成電路、電子元件的微細(xì)加工處理已對(duì)電子工業(yè)發(fā)揮了重要作用，它在超大規(guī)模集成電路研制中也取得顯著進(jìn)展。此外，激光測(cè)距、激光制導(dǎo)、激光全息照相、激光盤(pán)、激光武器等已廣泛應(yīng)用于軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。激光在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究中也發(fā)揮了重要作用。9.2.2光纖通信的產(chǎn)生和發(fā)展光波是一種電磁波，也可用來(lái)進(jìn)行信息的傳遞(通信)。激光的方向性強(qiáng)，頻率高，是進(jìn)行光通信的理想光源。光波的頻帶寬，與電波通信相比，光通信能提供更多的通信通路，可滿足大容量通信的需要。60年代初，激光器發(fā)明以后，就開(kāi)始產(chǎn)生單色相干光，從而使高速的光調(diào)制成為可能。美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室首先利用氦氖激光器通過(guò)大氣傳送了一路彩色電視。此后，一些國(guó)家開(kāi)展了各種大氣傳輸光通信實(shí)驗(yàn)。但大氣傳輸光通信有許多缺點(diǎn)，特別是受氣候變化的影響太大。1966年英籍華人高錕(C.K.Kao，1933～)和霍卡姆(Hockham)預(yù)見(jiàn)利用玻璃可以制成衰減為20分貝／公里的通信光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)。當(dāng)時(shí)，最優(yōu)良的光學(xué)玻璃衰減達(dá)1000分貝／公里左右。1970年，美國(guó)康寧（Corning）公司首先制成衰減率低于20分貝／公里的光纖。之后，各國(guó)紛紛開(kāi)展光纖通信的研究，光纖的衰減率逐年降低,到1980年光纖衰減低達(dá)0.2分貝／公里(波長(zhǎng)為1.55微米)，接近理論值，使長(zhǎng)距離的光纖通信成為可能。經(jīng)過(guò)競(jìng)爭(zhēng)比較，一般認(rèn)為石英光纖衰減小、性能穩(wěn)定、強(qiáng)度大，因此被廣泛采用。光纖一般由兩層組成，里面一層為內(nèi)芯，直徑一般為幾十微米或幾微米；外面一層稱為包層，以保護(hù)光纖，包層外還往往覆蓋一層塑料加以保護(hù)。在實(shí)際使用時(shí)，通常把千百根光纖組合在一起并加以增強(qiáng)處理，制造成像通常電纜一樣的光纜。光纜具有壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，性能比普通通信電纜好得多。它的線路損耗低、傳送距離遠(yuǎn)、重量輕、絕緣性好、保密性強(qiáng)、成本低廉。光纖分單模和多模。單模光纖的帶寬最寬，是理想的傳輸介質(zhì)。但單模光纖的纖芯直徑很細(xì)，僅幾個(gè)微米，工藝要求極高，在70年代初難以達(dá)到。所以當(dāng)時(shí)主要還是研究纖心直徑較大的多模光纖。到80年代，由于光纖制作工藝的進(jìn)步，單模光纖也研制成功，帶寬達(dá)幾十千兆赫至數(shù)百千兆赫。這一成功使得超大容量的光纖通信成為可能。光纖通信在發(fā)送端還需要有適當(dāng)?shù)南喔晒夤庠础Ｔ诮邮斩艘邢鄳?yīng)的光檢測(cè)器。經(jīng)過(guò)艱難的工作，1970年研制出了室溫連續(xù)運(yùn)行的GaAlAs(鎵鋁砷)雙異質(zhì)結(jié)注入式激光器作為光源。1971年又發(fā)展了GaAlAs發(fā)光二極管。光