1 机械制造的进展
由于各类不同学科新技术的相互渗透，传统的机械工程各领域的边界变得模糊起来，智能技术、传感技术、信息技术与机械的结合，产生了各种智能机械产品；激光技术、材料技术、 CAD/CAM 技术集成形成了快速原型制造（ RPM ）新技术；消失模技术的应用，使铸造领域面貌一新，采用消失模铸造生产的铸件壁厚公差达到了± 0.15 mm ，表面粗糙度 R a25 μ m ；连铸连轧已发展到薄板领域； CAD 、 CAE 、 CAPP 、 CAM 和 PDM 已被企业广泛应用，虚拟设计和网络制造的应用也被提上日程；智能制造、微型机械以及纳米技术等也都加入到机械制造领域。
2 先进制造技术
2.1 先进制造技术的发展趋势
(1) 成形技术和加工技术日趋精密化。
(2) 加工超精密、超高速化。
(3) 制造工艺、设备和工厂的柔性与可重构性将成为制造业的显著特点。
(4) 虚拟制造和网络制造技术将得到广泛应用。
(5) 智能化、数字化是先进制造的发展方向。
(6) 提高对市场快速反应能力的制造技术将超速发展和应用。
(7) 信息技术在先进制造领域发挥越来越重要的作用。
(8) 21 世纪的企业面临管理创新。
2.2 现代制造企业的特征
信息时代的制造企业将是一个全面集成的数字化企业 。它建立在集成化企业战略框架和先进的企业经营理念、管理方法、信息技术的基础上，能够不断改进和持续创新。全面集成的数字化企业的发展目标是通过全面采用先进的信息技术，实现设计数字化、制造装备数字化、生产过程数字化、管理数字化，并通过集成实现企业数字化。
21 世纪的制造企业应该具备协同商务的能力，要实现客户、企业和供应商的合作与协同，实现人、技术、经营目标和管理方法的集成；实现企业不同产品线的均衡发展。全面集成的数字化企业不仅为用户提供满足其当前需求的产品，更重要的是实现对产品全生命周期（从用户需求分析、产品设计、制造装配、维护服务到报废回收）的管理和服务。 协同制造商务的意义是倡导一种全新的合作理念，将对供应链上每个环节的管理模式从单纯的合同契约管理变成共同发展伙伴之间充分实现优势互补、利益共享和风险共担的关系。全面集成的数字化企业不仅能响应市场变化，而且能够主动地抓住市场变化，通过采取技术上的改进来获取市场变化带来的商机。
2.3 制造业信息化内涵
全面集成的数字化企业通过集成企业的所有过程、规则、信息、资源、人员、技术，使企业成为具有协作性、学习型、虚拟化、敏捷化和精良型的企业，并在各方面呈现数字化的特征。要实现制造企业信息化工作，必须要构造一个使能平台，将 CAX 、 ERP 、 CRM 、 SCM 等软件集成起来，并利用网络技术提升企业设计、管理、商务等能力，实现产品设计数字化、制造装备数字化、生产过程数字化、管理数字化、企业数字化。
2.4 现代设计技术
传统的产品制造模式是一个开环系统，即原料—工业生产—产品使用—报废—弃入环境。它是从大量消耗资源和破坏环境为代价的工业发展模式，所以设计技术主要考虑产品的功能质量和成本。
而现代设计除要考虑产品功能、质量和成本外，还必须考虑产品的竞争优势和在产品生产、销售、使用及报废时对环境的影响。因此现代设计技术就应包括绿色产品设计技术、优良性能设计基础技术、竞争优势创建技术和全寿命周期设计技术等内容和工作。
2.5 并行设计与虚拟设计技术
最引人注目的设计技术是并行设计和虚拟设计技术。
2.5.1 并行设计技术
并行设计技术是并行工程、协同设计、
敏捷制造、虚拟制造等先进技术的基础，它涉及计
算机技术、通信技术、机械设计方法等领域。而并行工程是把 CAD 、制造、管理和质量保证等有机地集成在一起，实现信息集成、信息共享、过程集成，使设计者一开始就考虑到产品全生命周期中所有因素，包括质量、进度、成本和用户需求。
并行设计的内容包括：过程重构，即由传统的串行产品开发模式转变成集成的、并行的产品开发模式，使下游设计过程中的需求及早地反馈到相应过程中；数字化产品定义，包括数字化产品模型定义和管理、数字化过程定义和管理、数字化工具定义和信息集成，如 DFQ 、 DFA 、 DFM 、 CAD/CAE/CAM 集成等。
并行设计技术要求产品开发队伍重构，就是将传统的以功能部门为主线的产品设计，改变为以产品为主线，组织多功能集成产品开发团队，进行产品并行开发。
并行设计还需要建立协同的工作环境。可利用多媒体、网络等技术，组建协调工作环境，支持并行设计。
2.5.2 虚拟设计技术
全球化、网络化和虚拟化已成为制造业发展的重要特征，实现虚拟设计是制造业虚拟化的重要内容。“虚拟现实”技术的引入，更是加快了各种敏捷制造模式的实现。
虚拟现实 (Virtual Reality ,VR) 技术是基于三维计算机图形技术与计算机硬件技术发展起来的高级人机交互的技术，让用户通过视觉、听觉、触觉、甚至嗅觉和味觉等多种知觉方
式虚拟地与计算机所建造的仿真环境发生交互。比如，进入“虚拟厂房” ，操纵“虚拟机床”，抓取“虚拟零件” ，组装“虚拟设备”等等。借助虚拟外设（如头盔式显示器 HMD 、跟踪器、数据手套、定位器等），人们就可沉浸在仿真环境之中，有“身临其境”的感觉，从而完成在现实世界中可能或不可能完成的工作。
虚拟现实中还有一种称作增强现实 (Augment Reality) 技术，它是一种“虚实结合”的人机交互技术，是“看穿 (See-Through) ”计算机生成显示技术。这种技术可以将计算机图像 ( 虚体 ) 叠加在实物 ( 实体 ) 之上，能看到物理世界与虚拟世界的混合体。比如，轿车整车装配时，车身是计算机产生的图像，而底盘、装配环境则是实物，用户可以操作车身使之逼真地安放在真实底盘上，从而进行装配分析。
3 自动化技术
自动化一词的含义十分广泛，它是指采用能自动开停、调节、检测、加工和控制的机器、设备进行各种作业，以代替人力来直接操作的措施。 它是机械化的高级阶段。近年来由于电子技术、计算机技术和通信技术的迅速发展，自动化得到了长足的进步。自动化的原意就是设计一种控制设备来取代人力操作机械的动作，以达到各种机械自动、半自动运行的目的。
自动化技术进展迅猛，主要依靠许多使能技术的进步和一些开发工具的扩大，将人们构思的自动操作付诸实现。如网络控制技术、可编程序控制器及工业控制机、组态软件、嵌入式芯片、数字信号处理器等都属于自动控制技术中的使能技术。这些使能技术在计算机、信息和电力电子技术的推动下，正发生巨大变化。
3.1 网络控制技术
网络控制系统（ Networked Control System ， NCS ），即网络化的控制系统，又称为控制网络。分布式控制系统或称集散控制系统（ DCS ）、工业以太网和现场总线系统 (FCS) 都属于网络控制系统。这体现了控制系统正向网络化、集成化、分布化、节点智能化的方向发展。
3.1.1 集散控制系统
70 年代中期，工业控制从早期的就地控制、集中控制发展成为目前应用广泛的集散控制系统。
当今 DCS 技术已经发展得相当成熟，但它仍存在着许多缺点，其中之一是一对一的结构特点，信号采集和控制各分别使用一根通信电缆，要扩充分系统比较困难。 DCS 从 1975 年问世以来，经历了 3 次革新： 70 年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各 DCS 厂家自己开发，没有动态流程图，通信网络基本上都是轮询方式； 80 年代通信网络较多使用令牌方式； 90 年代操作站变为通用系统； 90 年代末通信网络有的部分遵循 TCP/IP 协议，有的开始采用以太网。
DCS 目前已有了很大的进展。新推出的 DCS 采用国际标准化组织开放系统互联（ ISO/OSI ）标准模型，通信协议遵循 MAP/TOP 协议，在局域网内可以联结其他厂家符合此标准的产品。目前 DCS 大多采用通用工作站，有效克服了以前各种专用工作站的弊端； DCS 针对不同的用户，有不同规格的超大型化和微型化 DCS 系统问世；通信介质多样化：许多 DCS 系统增加了光纤接口，可采用光纤作为通信介质，具有良好的抗干扰能力和本质安全； DCS 与 PLC 相互融合；软件不断丰富，主要表现在实时多任务和图形操作系统、功能丰富完善的组态软件、各种各样的管理软件和先进的控制软件包等方面。
DCS 向智能方向发展。由于数据库系统、推理机能等的发展，尤其是知识库系统（ KBS ）和专家系统的应用，如自学习控制、自适应控制、远距离诊断、自寻优等，人工智能也会在 DCS 各级出现。和 FF 现场总线类似，以微处理机为基础的智能设备，如智能 I/O 、智能 PID 控制、智能传感器、变送器、调节器、执行器、智能人机接口、可编程调节器相继问世。
DCS 工业 PC 化。由 IPC 组成的 DCS 成为一大趋势， PC 作为 DCS 的操作站或节点机已经很普遍， PC-PLC 、 PC-STD 、 PC-NC 等就是 PC-DCS 的先驱。
3.1.2 现场总线
现场总线（ Fieldbus ）是一种数字化的串行双向通信系统。这一技术可将所有现场设备（传感器、执行机构、驱动器等）与控制器用一根电缆（光缆或无线）连接在一起，形成设备及车间级的数字化通信网络，可完成现场状态监测、控制、远程参数化等功能。
现场总线技术使现场级设备的信息作为整个企业信息网的基础，使企业信息的采集控制直接延伸到生产现场。
使用现场总线技术不但大大提高了通信能力和系统运行的可靠性，而且大大节省了系统安装时的布线费用和硬件费用，并更加容易对系统进行管理和维护。这一技术代表了自动化的发展方向，是工业现场级设备通信的一场数字化革命。
现场总线技术起源于欧洲，目前以欧美地区最为发达。由于这是一项带有革命性的、领导今后各领域自动化潮流的技术，各国、各公司都投入了大量的人力、财力，在市场上展开了激烈的竞争。据不完全统计，世界上已出现过的总线约有 200 余种。 出现多种现场总线有其应用背景，因为不同领域的自动化需求各有其特点，如 FF 总线（ Foundation Fieldbus ）主要是针对流程工业开发， Profibus 是针对工厂自动化开发。 CAN 适用于汽车工业， Lon 应用在楼宇自动化。经过 10 多年的竞争和完善，目前生命力较强的有 10 多种，每种总线都力图发展和扩大其应用领域，因此各类总线仍处于激烈的市场竞争之中。
现场总线标准难于统一的原因是由于现场总线是众多仪表之间的接口，因此对一个开放的总线来说，标准化是非常重要的。又由于现场总线与计算机通信网络不同，用户希望现场总线满足可互操作性要求，因此现场总线标准与其他通信标准有不同的特点。过去，电脑总线、测量仪器总线的标准化都很顺利，而且多种标准共存。而今天现场总线控制系统 FCS （ Fieldbus Control System ）的国际标准化，由于开发商各自强调自身利益而未能达成共识，经过了长达 18 年的纷争之后，现已趋向于多种标准共存。
现场总线的标准比较复杂，其基本内容如下： ISO 制定的 ISO 7498 1996 开放系统互连 - 基本参考模型（ Information technology =Open System Interconnection-Basic Reference Model 简称 OSIRM 或 OSI ），将通信任务划分为 7 层：①物理层，②数据链路层，③网络层，④传送层，⑤会话层，⑥表示层，⑦应用层。
结合现场总线的特点和 OSI 模型，可以将现场总线标准化的内容划分为 3 个基本要则：底层协议（包括①②）、上层协议（包括③④⑤⑥⑦）和行规（相当于第⑧层）。
目前现场总线标准有 4 种类型： (1) 只有底层协议的总线标准。它适合于简单的位式总线（ Bitbus 或 Sensor-Bus ）。由于它受的约束较少，因此适用面较宽，但它并不保证符合标准的产品之间一定能通信。若要保证通信，还要补充一些附加规定。典型总线是 CAN 。 (2) 有底层和上层协议的总线标准。这种类型的总线标准最多，实际上大多数总线在上层协议中只用了第⑦层。虽然这种总线的适用范围比第 1 种总线狭窄一些，但它更容易保证产品之间的通信。典型总线有 SDS 、 LonTalk 。 (3) 具有全部 3 项要素——底层、上层协议和行规的总线标准。这种总线的应用对象往往很明确，具有较好的可互操作性。典型总线是 FF 。 (4) 只有行规。这种标准的制定者认为行规与协议是可以分开制定的。一种行规可以被几种不同的通信协议使用。典型标准是 IEC 的 IEC 61915 。
2000 年 1 月 4 日，历时 12 年 IEC （国际电工委员会）发布了最终获得通过的 IEC 61158 标准。新标准包括 8 种类型的现场总线标准，容纳了 8 种互不兼容的协议。因此多种现场总线标准并存已成定局。这将会影响先进的现场总线技术的快速推广应用。
IEC 61158 标准定义的 8 种现场总线： Type1 IEC61158 IEC 技术报告（即 FF HI ）； Type2 ControNet 现场总线（美国 Rockwell 公司支持）； Type3 Profibus 现场总线（德国西门子公司支持）； Type4 P-Net 现场总线（丹麦 Process Data 公司支持）； Type5 FF HSE High Speed Ethernet （美国 Fisher-Rosemount 公司支持）； Type6 SwiftNet 现场总线（美国波音公司支持）； Type7 WordFIP 现场总线（法国 Alstom 公司支持）； Type8 Interbus 现场总线（德国 Phoenix Contact 公司支持）。
3.1.3 工业以太网 (Ethernet) 技术
以太网技术是最符合网络控制系统现场总线特点（数字式互联网络、互操作性、开放性和高网络性能）的技术 。以太网是世界上应用最为广泛的计算机通信技术之一，受到广泛的开发技术支持。而且以太网已被使用多年，具有大量的软、硬件资源和开发设计经验。
以太网上层应用的 TCP/IP 协议也已经开发得比较成熟。绝大多数 PC 机均提供以太网接口，操作系统也已经配备了 TCP/IP 协议。
以太网适配器及相关产品价格低廉，一块以太网网卡的价格只是 Profibus 、 FF 等现场总线网卡的一小部分。
许多现场总线标准已经向上支持以太网，其中主流现场总线 FF 在 2000 年 3 月宣布将采用以太网。
以太网的应用前景光明：工业自动化控制系统的网络结构发展越来越分散，同时系统越来越复杂，内部的连接越来越高速化、紧密化。更多的是系统细分成了独立的控制孤岛。对驱动器和用户接口的需求越来越多。传统的可编程序控制器 PLC 不适合系统拓扑结构的分散化需 求。分布式实时控制的前提及其确定性的概念是一种网络技术，其性能至少要高于现行的现
场总线。这也就是为什么传统的 PLC 技术不能满足这一要求，现场总线技术也不能提供相关的性能的原因。
目前以太网还只适合于工业控制网络系统的信息层应用。以太网是 BYTE 级网络，只能部分代替现场总线作用，而将以太网用于现场 I/O 级则是目前工控领域研究的热点问题之一。
由于计算机网络技术的迅速发展和计算机价格的降低，人们迫切希望通过 Internet 来管理生产过程和外界的联系。而 Internet 、 Intranet 之间的互联使这种希望成为可能。随着计算机领域的局域通信逐步被以太网垄断，过程控制领域中上层的通信也逐步统一到以太网和快速以太网。以太网被用于网络控制系统已成为一种发展趋势 。
3.2 可编程序控制器（ PLC ）
PLC 由于它的功能完善，操作方便，可靠性高，价格也比较实惠，近年来普及很快，当前已成为工厂自动化的重要支柱 。
PLC 已成为世界各国自动化领域中广泛应用的控制设备。大型的、中型的、小型的、高级的、简易的，适合不同环境的品种都有，而且与其他设备的配合十分方便，操作简单，所以应用领域十分广阔，除工业生产外，它已经开始进入各行各业。
以工控机（ IPC ）为基础的各种控制技术发展也很迅速，如数控机床、机器人等都采用工控机技术。
工控机与 PLC 技术各有千秋，市场定位有所不同。但目前 IPC 与 PLC 有相互结合的趋势， IPC 适合于负责人机界面和系统的前处理和后处理，而 PLC 则适合程序控制和过程控制。把 IPC 中的视窗 (Windows) 操作系统和网络等向 PLC 融合、渗透和集成的技术称为 PLC 的商业技术（ Commercial Technology ），简称 PCs 。
操作系统可以用 Windows NT 或 Windows CE 。基于 Windows NT 操作系统的菜单驱动多窗口技术，能以彩色图像动态模拟控制过程的运行情况，十分方便。用 Windows CE 上的开发工具写软件比原来的 PLC 编程更容易，集成后改进了接口，也节约了空间和成本。
目前 PLC 产品已具有开放性功能，在产品设计、元器件选择、网络通信、操作系统、监控和显示方面都采用了国际标准或公认的工业标准，使不同厂家的 PLC 产品兼容、互换，能连接在一个网络中运行。此外还具有网络功能。
PLC 在控制系统节点化、分散化中的作用也是显著的。从整个系统结构看，一部 PLC 就可以看成网络中的一个节点， I/O 模块也是网络中的一个节点，各个节点之间可以通过接线很少的串联通信进行沟通， PLC 的系统控制可以分配到基层网络、智能 I/O 或现场总线上，它们和中央控制器可以有机地联系起来。
智能 I/O 模块是以微处理机、程序和数据存储器为基础的功能部件，能进行系统的预处理、开环和闭环控制，具有开关量的 I/O 和模拟量 I/O （传感器可直接接入）、 PID 调节、通信、
中断、实时时钟、故障检测、冗余输出、模糊控制、混沌控制等功能。即使主机发生了故障，智能 I/O 仍能继续工作，正常操作，还能访问各有关的回路。
现场总线 I/O 集检测、数据处理、通信为一体，可以与 PLC 构成相当廉价的 DCS 系统，它能增强系统的自治性，完成智能 I/O 的功能，使控制功能分散，提高可靠性。主机程序下载到现场总线的 I/O 后，具体的操作就由现场总线 I/O 进行了，而且能在现场设定、调试和显示各种运行参数；便于系统软件的集成化，可以提高检测精度，实现系统的坚韧性，节省配线，简化安装，方便了操作与维修。
具有容错系统的 PLC ：具有安全性的 PLC 称为可编安全系统（ PPSs ）。 PPSs 要求在硬件和软件上都要求有足够的冗余功能。一般双通道冗余、切换和单边配置的组合最经济，现在要求有 3 层冗余，使之更加安全。
PLC 的高功能体现在容错系统上，以及故障的自搜索、自诊断、自处理等。系统的坚韧性 ( 鲁棒性 ) 使之在某些故障和软件错误的情况下能安全地运行。 PLC 的容错系统是当今发展最快的一个领域，有广阔的市场。
PLC 的小型化、模块化、编程语言多样化和通用化：（ 1 ）小型（ Small ） PLC 一般是指 I/O 点在 256 或以下的机型，近年来出现了超小型（ Mini ）甚至微型（ Micro ）的机型，称呼上还都叫小型机，但结构更紧凑、体积更小巧，但功能十分先进，能方便地扩展、通信和连网；（ 2 ）模块化使 PLC 的成本降低、可靠性提高，现在已经普及。编程语言也向多样化和通用化发展，目前的编程语言主要有指令码、梯形图、顺序流程图、功能方块图等，编程工具从专用编程器转向用计算机编程，使用时变得更方便。
3.3 组态软件
随着计算机技术的飞速发展，新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济及开发周期短等优点。监控组态软件在新型的工业自动控制系统中起到了越来越重要的作用。
组态软件系统划分为控制层、监控层、管理层 3 层结构。监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，而且在自动控制系统中完成上传下达和组态开发的重要作用。监控层的硬件以工控机和工作站为主，目前更趋向于工控机。监控层的软件功能由监控组态软件来实现。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境下，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法。
组态软件的特点是预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和 I/O 设备，与高性能的工业微机和网络系统相结合，向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。
组态软件产品大约在 20 世纪 80 年代中期在国外出现，在中国也有将近 20 年的历史。早在 80 年代末 90 年代初，有些国外的组态软件如 ONSPEC 、 PARAGON 等就开始进入中国市场。
当时微软 Windows 95 和 NT 的推出，为组态软件提供了一个更适宜的操作系统平台，使各生产供应商同随后跟进的 32 位组态软件产品的性能指标和功能进一步加强。
国内组态软件市场大部分份额被国外几种组态软件占据，如 FIX 、 InTouch 等。目前国产化的组态软件产品也正在成为中国市场上的一支生力军，如近年来已有一定影响力的产品组态王、力控、天工、 SYNALL 、 MCGS 、 Control X 和虎翼等。
美国 Wonderware 公司 InTouch 堪称组态软件的“鼻祖”，率先推出的 16 位 Windows 环境下的组态软件，在国际上曾得到较高的市场占有率。 InTouch 软件的图形功能比较丰富，使用较方便，但控制功能较弱。其 I/O 硬件驱动丰富，只是使用 DDE 连接方式，实时性较差；另外驱动程序要单独购买。此外，美国 Intellution 公司的 FIX 产品也较早地进入了中国市场。 1995 年 Intellution 被爱默生集团收购。 FIX 产品系列较全，包括 DOS 版 16 位、 Windows 版 32 位、 Windows 版 OS/2 版和其他一些版本，功能较 InTouch 强，但实时性欠缺。其 I/O 硬件驱动丰富，只是驱动程序也需单独购买。最新推出的 IFIX 是全新模式的组态软件，思想和体系结构都比较新，提供的功能也较为完整。
澳大利亚 CIT 公司的 CITECH 是组态软件中的后起之秀，在世界范围内扩展得很快。 CITECH 产品包括 16 位和 32 位 Windows 版，与其他软件有很多不同，版本升级不快，使用的方便性和图形功能不及 InTouch ，但界面部分较好，其控制算法较好， I/O 硬件驱动相对较少，大部分驱动程序可随软件包提供给用户。
中国市场上还有不少其他国外专业软件公司的组态软件产品，如美国 Heuristics 公司的 ONSOPEC 、美国 Intec Contro 公司的 PARAGON 、美国 Iconics 公司的 Gensis 以及美国 U.S.Data 公司的 Factory Link 、以色列 PC SOFT 公司的 WIZCON 等。近年来，还有一些国外著名硬件或系统厂商也推出了日趋成熟的组态软件产品，如美国 GE 公司的 Cimplicity ，美国 AB 公司（ Rockwell 自动化）的 RSVIEW 。
甚为可喜的是我国组态软件也开始问鼎国内市场，如北京亚控公司的组态王是国内较早出现的组态软件产品之一，已有 5 年多的历史。早期的组态王产品与 InTouch 接近，网络功能较为薄弱，支持不了分布式系统，但 6 系列版本的结构有了较大改进。 ForceControl （力控）也是国内较早出现的组态软件之一， 32 位 Windows 下的 1.0 版的力控，在体系结构上是基于分布式实时数据库结构的 3 层结构，而且其实时数据库结构为可组态的“活结构”。
国内已有一定规模的组态软件公司不少于 10 余家，如国内几大 DCS 系统商：浙大中控、北京和利时、浙江威胜、北京金穗、新华自控等；另外几大电力系统商：南京南瑞、山东大学积成电子、山东烟台东方电子及四川联合大学等；其他大型系统集成商：清华同方、清华紫光和天津仪表等。
组态软件和其他工业控制软件一样也在向大型化和小型化两个方向发展。随着计算机软件的发展，软件的功能越来越强，迫使工业组态软件随之发展。成熟的商用软件技术，如高级动画技术、分布式运算、大型数据库技术等逐渐在组态软件上得到应用。但由于工业软件长期运行可靠性的要求，其技术应用均比商用软件滞后。
此外，组态软件也出现了分布式、网络化的趋势，比如组态软件直接支持 Internet 远程访问功能已成为一个基本要求。
组态软件向小型化发展的主要原因是满足嵌入式计算机在控制系统中的应用。组态软件的小型化并不意味着其功能的弱化，相反它对组态软件的开发提出了更高的要求。
3.4 嵌入式芯片技术
21 世纪初，以信息家电为代表的嵌入式芯片技术应用广泛，领域特色突出，发展空间巨大。市场上的几乎所有 MCUs （微型控制单元）都是嵌入式芯片。
嵌入式芯片的应用已深入到社会的方方面面，特别是自动控制领域，越来越为人们所关注。
嵌入式芯片是计算机的一种应用形式，通常指埋藏在宿主设备中的微处理系统。嵌入式处理器使宿主设备功能智能化、设备灵活和操作简单，这些设备小到移动电话，大到飞机导航系统，功能各异，千差万别，但都具有功能强、实时性强、结构紧凑、可靠性高和面向对象等共同特点。广义讲，嵌入式芯片是指作为某种技术过程的核心处理环节，能直接与现实环境接口或交互的信息处理系统。
嵌入式系统通常由硬件和软件两部分组成。嵌入系统与通用计算机系统相比有 5 个明显的特征：专用性、可封装性、外来性、实时性、可靠性。与通用计算机不同，嵌入式芯片的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣，去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
嵌入式芯片中的软件一般都固化在只读存储器中，而不是以磁盘为载体，可以随意更换，所以嵌入式系统的应用软件的生命周期也与嵌入式产品一样长。
嵌入式芯片在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了 5 ～ 10 个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、 Modem 、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、 USB 集成器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业中，过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式芯片应用的领域。
信息家电，如 Web 可视电话、 Web 游戏机、 WebPDA 、 WAP 电话手机以及多媒体产品，如 STB （电视机顶盒）、 DVD 播放机、电子阅读机等都是数量巨大的嵌入式芯片的应用场合。
WAP 手机算得上是一种具有代表性的嵌入式设备，其结构小巧，电池供电，且屏幕较大，能无线入网，全球漫游，因此功能复杂度较高，要求内嵌高，而 WAP （无线应用协议）则赋予手机以随时随地访问互联网的功能，读取互联网上的诸多信息服务，如电子邮件、电子商务、气象查询等。 WAP 信息设备的出现，标志着革命性的一代嵌入式系统已经诞生。
嵌入式系统软件要求固态化存储，代码质量和可靠性的要求高。其中操作系统（ OS ）的高实时性是基本要求，多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础。
在嵌入式芯片软件开发工具中，使用了实时在线仿真系统 ICE ，它能对应用程序进行原理性检验，排除人难以发现的设计逻辑错误。
ICE 的另一个主要功能是在应用系统中仿真微控制器的实时执行，发现和排除由于硬件干扰等引起的异常执行行为。 ICE 还带有完善的跟综功能，可以将应用系统的实际状态变化、微控制器对状态变化的反应以及应用系统对控制的响应等以一种录像的方式连续记录下来以供分析，在分析中优化控制过程。
嵌入式芯片软件开发工具中还使用了一种高级语言编译器。新型的微控制器指令及 SOC （片上系统）速度不断提高，存储器空间也不断加大，已经达到甚至超过了目前的通用计算机中的微处理器，这为嵌入式芯片应用 C++ 语言创造了条件。为了 C++ 语言能支持复杂的语法和代码生成效率的提高，针对嵌入式应用，制定了减小代码尺寸的 EC++ 标准。它提供对 C++ 的向上兼容性，并满足嵌入式系统设计的一些特殊要求。
嵌入式芯片软件的测试工具是源程序模拟器。源程序模拟器是在广泛使用的、人机接口设备的工作平台上，如小型机和 PC ，通过软件手段来模拟执行为某种嵌入式处理器内核编写的源程序的测试工作。简单的模拟器可以通过指令解释方式逐条执行源程序，分配虚拟内存空间和外设，供程序员检查，高级的模拟器可以利用计算机的外部接口模拟出处理器的 I/O 电气信号。
RTOS 开发平台是一种功能强大、应用广泛的实时多任务系统软件。它具有各种系统资源管理功能，用户可以通过应用程序接口 API 调用函数形式，来实现各种资源管理。用户程序可以在 RTOS 的基础上开发并运行。与通用系统机中的 OS 相比，它具有短小精悍、实时性强和可靠性高等特点。完善的 RTOS 提供各种设备的驱动程序。为了适应网络应用和 Internet 应用，还可以提供 TCP/IP 协议支持。基于 RTOS 开发出的程序，具有较高的可移植性，其中一些成熟的通用程序可以作为专家库函数产品进入市场。
目前嵌入式芯片的发展动向：为设备网络通信提供标准接口，为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必须配以太网口，相应需要 TCP/IP 协议簇软件支持。由于家用电器互关联及实验现场仪器的协调工作的需要，要求新一代嵌入式芯片具备 IEEE1394 、 USB 、 CAN 或 IrDA 通信接口，同时也需要提供相应的组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如 Web 或无线 Web 编程模式，还需要相应的协议软件，如 HTTP 、 WAP 等。
为了支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本，要求嵌入式产品相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。嵌入式芯片要提供人们与信息终端交互的以 GUI 屏幕为中心的多媒体界面，如目前手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像等功能。
3.5 数字信号处理器（ DSP ）
近几年来，数字信号处理器 DSP 器件随着性价比的不断提高，而被越来越多地直接应用于自动控制领域。与单片机相比， DSP 器件具有较高的集成度。 DSP 具有更快的 CPU ，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和 FIFO 缓冲器，提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了 A/D 和采样 / 保持电路，可提供 PWM 输出。更为不同的是， DSP 器件为精简指令系统计算机（ RISC ）器件，大多数指令都能在一个周期内完成，并且通过并行处理技术，使一个指令周期内可完成多条指令。
DSP 芯片能构成单片电动机控制系统。电动机控制专用 DSP 芯片是以 DSP 芯片为内核、辅以完备的电动机控制外设、专用于电动机控制的芯片，内部集成了高性能的数字信号处理器。它继承了数字信号处理器芯片的几乎所有特性，如高速运算能力、快速的中断处理和硬件 I/O 支持等，而且针对电动机控制增加了专用的 PWM 发生单元、编码器接口和事件捕获单元等外设。
制造业是国民经济的主要支柱，而先进制造技术则是增强新产品开发和企业竞争能力的重要手段。先进制造技术的内涵已远非人们传统中的概念，它已经是计算机、信息、电子、自动化、材料、各种加工成形等集成化技术的总和。本文所介绍的内容，正是想描绘先进制造技术领域中用不同学科构成的一幅五彩缤纷的图画，其中信息技术的影子可谓无所不在，让人回味。