性的 5 大社会问题的困扰,即人口激增、能源短缺、资源破坏、粮食不足和
环境污染的严重威胁。如何利用现代科学知识,合理解决这些问题,使社会
正常发展,明显改善人类生存环境,是全世界人民所面临的一个挑战性任务。
幸运的是,社会控制论的出现,拓广了人们的视野,使我们在迷罔困惑之中
看到了希望的曙光。
社会控制论的基本内容是把控制论中取得的丰硕成果推广应用于社会的
生产管理、交通运输、能源管理、资源开发、环境保护、城乡建设,以至人
类社会的各个方面。控制论研究者认为,人类社会是一个充满活力和生机勃
勃的自适应、自组织系统,存在着内涵丰富的信息交流和反馈机制。社会控
制论不仅从整体上研究社会发展的内在规律,而且运用控制论的基本原理分
析各类复杂的社会现象,比如说国家领导体制的改革,社会精神文明的建设、
社会犯罪问题的综合治理等。人类社会的存在和发展,既需要社会变革,也
需要社会的稳定和正常的社会秩序。安居才能乐业,这是人所共知的真理。
无论是哪个朝代,哪个社会,都试图建立一个稳定的社会秩序,使人民生活
安定,生产迅速发展。从控制论的观点来看,社会秩序、社会稳定都是与社
会控制紧密相连的。离开有效的社会控制,就不会有安定团结的社会局面。
因此,社会控制论的研究还与社会政治、法纪法制、伦理道德等诸多因素有
关。所以我们说,在应用控制论研究复杂社会现象时,绝不能摆脱辩证唯物
主义和历史唯物主义的科学分析法,否则也很难得出正确的结论。
应当承认,社会控制论的研究还处于刚刚起步的初始阶段,但控制论及
其在社会各个领域的应用已经或正在成为人们认识世界和改造世界的强有力
工具。随着社会控制论这一边缘学科的进一步深入研究,它在社会发展过程
中必将发挥愈来愈显著的作用。
计算机时代的控制论
计算机控制
计算机控制是指利用计算机来实现自动控制的功能。由此构成的自动控
制系统,叫做计算机控制系统。计算机控制的应用范围很广。控制对象从小
到大,从简单到复杂,都可以由计算机参与控制。电子计算机可以控制单台
机或一个简单生产过程(如炉温、轧钢机等),也可以控制和管理某个车间,
甚至整个工厂都可交由大型计算机控制而成为所谓的“无人工厂”。计算机
控制可以是简单的反馈控制,也可以是复杂的多变量控制、最优控制、自适
应控制乃至具有人类智慧的“智能控制’。
计算机控制系统的基本组成一般包括控制对象、硬件和软件三大部分。
计算机控制系统的发展,是和电子计算机本身的发展密切相关的。电子
计算机自 1946 年问世以来,发展极为迅速,大致是十年左右更新换代一次。
特别是大规模集成电路技术的突破,使计算机的性能价格比显著提高,极大
地推动了电子计算机在各行各业中的应用。
然而,与科学计算、气象预报和数据处理等应用相比,计算机在控制领
域的应用起步相对较晚,早期应用进展也比较慢。造成这种现象的主要原因,
不是因为计算机不适合控制应用,也不是由于理论方面准备不足,而是因为
早期计算机的可靠性不高等原因。显然,计算机用于生产过程控制,对可靠
性的要求是比较严格的。
本世纪 50 年代中期,计算机开始用于工业控制。但总的来说,这阶段为
数不多的计算机控制系统,控制规律比较简单,如对原有人工控制系统提供
操作指导,或对原有系统提高最佳设置(系统输入)。计算机大量的时间主
要用于其他非控制作业,如制订生产规划,打印生产报表等。另外,由于早
期的计算机价格昂贵,为了充分利用,总是将各种不同的任务罗织在一起,
这就在原本可靠性不高的基础上,又增加了因组织复杂造成的新的可靠性问
题。由于这诸多原因,所以早期计算机控制技术进展缓慢。
尽管如此,也有一些比较成功的例子。如 1959 年美国的波特阿瑟(Port
Arther)炼油厂就采用了计算机控制系统,总共控制 26 个流量、72 个温度
值、3 个压力和 3 种化学成分。控制系统的基本功能是使反应器的压力最小,
确定 5 个反应器供料的最优分配、最佳的热流量循环。计算机除主要用于寻
找系统最佳运行条件外,还要完成原料调度、生产计划、报告产量和能源消
耗等任务。这个系统的成功,使计算机找到了新的应用领域,使工业界看到
了一种提高自动化的新工具。
计算机直接参与生产过程的另一个成功实例发生在英国。1962 年,英国
帝国化学工业公司(ICI)用一台名为费伦蒂.阿格斯(Ferrenti Argus)的
计算机直接测量 224 个控制量和控制 129 个阀门,在保持原有功能的条件下
取代了原系统中所有的模拟仪表装置,这就是我们说的直接数字控制(DDC)
系统。DDC 系统显示出的巨大优越性,使它在 1963~1965 年间获得了长足进
步。
1972 年以后,由于微型计算机的出现和发展,计算机价格大幅度下降,
计算机控制技术真正得到了迅速发展。计算机控制不仅在过程控制中的应用
日渐成熟,而且在机电控制、机械加工、航天技术和各种军事装备中也得到
广泛应用,例如通讯卫星的姿态控制、卫星跟踪天线的方位角控制、飞机自
动驾驶仪、计算机数控机床、电气传动装置的计算机控制等。在许多精度要
求极高的领域,如工业机器人、现代导弹制导、航空航天等,计算机控制已
成为必不可少的重要环节。
数值控制
数值控制(Numerical Control),简称数控,(NC),是以数字形式实
现控制的技术。比如说数控机床加工,首先将待加工的工件形状数值化(即
用数字形式表示工件形状),然后在输入纸带上用组合穿孔的方式表示出来,
由此控制加工刀具的走刀轨迹进行自动加工。常见的数控机床、数控火焰切
割机、灵敏遥控绘图机、数控冲剪机等都是属于数控范围的自动化设备。
数控技术的关键是计算机,其发展也是与电子计算机的发展分不开的。
早在 1947 年,美国的帕森斯(PARSONS)公司,为了制作检查飞机螺旋桨的
样板,首先在坐标镗床上采用了数控技术,制作出精确的样板。以后美国空
军系统为了改进导弹和飞机性能,在美国麻省理工学院(MIT)成立了伺服系
统研究所,开始了对数控机床的系统研究。1952 年,该研究所根据第一代电
子计算机原理,研制成功了世界上第一台数控机床,也叫做 MIT 数控机床。
在加工精度和效率方面比普通机床大有提高。但是由于这种数控机床用的都
是真空电子管元件,因而数控装置体积较大,运算速度较慢,可靠性也不高,
因而限制了它的广泛使用。
我国早在 1958 年就制成了数控铣床,之后沈阳第一机床厂和北京第一机
床厂也制成了不同类型的数控机床,1970 年还研制成功加工中心。从 1976
年到 1984 年,我国共生产数控机床 8,584 台。现在我国除生产数控机床外,
还试制生产了一些盘类和箱体类零件的卧式和立式加工中心,并有少量数控
机床出口。1984 年以来,在推广南京和常州生产的微型控制车床后,数控机
床的研制和使用在我国迅速推广,并且取得了可喜成果。
柔性制造系统
80 年代以来,工业技术比较发达的国家为了进一步提高劳动生产率,降
低生产成本,缩短产品研制或生产周期,增强产品更新换代和产品市场竞争
能力,开始把计算机作为中枢,组成由各类数控机床、监测设备和其他机器
构成的自动化生产系统、自动仓库系统、自动输送系统和计算机生产管理系
统。目前,人们把这些具有高度自动化的各类系统统称为柔性生产系统,各
个生产环节的设计人员只要把生产任务编写成相应的程序,输入到计算机控
制中心,由人通过电子监控装置观察机器的运转情况就行了。
机械制造自动化迄今已有几十年历史。早期由于技术水平的局限性,只
能在大规模生产领域内引入生产自动化。30 年代到 50 年代间,人们主要建
立了由机械式或液压式的自动车床、组合机床或专用机床组成的单品种生产
自动线。这种自动生产线有其固定的生产节奏,要改变加工品种是非常困难,
且费用极高,故称之为“刚性自动化生产线”。到了 60 年代,人们意识到大
批量生产只是机械制造业的小部分,约占 15%~25%,而中、小批量生产要
占到 75%~85%。比如在日本,多品种、中小批量生产企业的产量是大批量
生产企业的两倍,但是雇员却是大批量生产企业的 4 倍。由此可见,在国民
经济生产部门中比重占绝对优势的多品种、中小批量生产企业的劳动生产率
大大落后于大批量生产企业,这就迫使人们寻找新的生产方式来改变这种落
后局面。
美国森斯特兰德公司在 1967 年建成了世界上最早的柔性制造系统
(FMS)。在随后的 10 年中,又继续开发了几十套 FMS。在此期间,FMS 的技
术先进性得到充分证明,其经济效益也十分显著。在此基础上,FMS 数目激
增 3 倍,用户的兴趣和社会需求也持续高涨。此后,每年 FMS 的平均增长率
均在 30%~40%。
近年来,我国走国外引进和自行开发并举的道路,在 FMS 的研制和应用
方面获得了长足进步,并取得了比较明显的社会和经济效益。如北京机床研
究所为