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关于控制系统的名词有许多，主要如表4-1所示。
表4-1 关于控制系统的名词
关于自动化装备系统加工制造单元集成系统的名词有许多，主要如表4-2所示。
表4-2 关于自动化装备系统加工制造单元集成系统的名词
关于智能制造（automation）的名词有许多，主要如下所示。
（1）AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引运输车）。AGV是装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。
（2）智能机器人。智能机器人又被称作第三代机器人。具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，因此能在非特定的环境下作业，称之为智能机器人。智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能。
第一代智能机器人即“可编程机器人”。20世纪60年代后半叶开始投入实际使用，目前在工业界广泛应用。
第二代智能机器人即“感知机器人”，又叫作自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，能够具有不同程度的“感知”（触觉、视觉、听觉、运动、控制、计算逻辑和信息传递）周围环境的能力。20世纪70年代初期投入美国通用汽车公司装配线，80年代得到了广泛应用。
想要了解当今工业自动化、智能化的发展趋势，就必须对近代控制理论及自动化历史演进过程的内涵有一个基本的了解。控制理论的发展进程毋庸置疑主导着工业自动化的发展。
广义的自动化，是指在人类的生产、生活和管理的一切过程中，通过采用一定的技术装置和策略，使得仅用较少的人工干预甚至做到没有人工干预，就能使系统达到预期目的的过程，从而减少和减轻了人的体力和脑力劳动，提高了工作效率、效益和效果。由此可见，自动化涉及人类活动的几乎所有领域，因此，自动化是人类自古以来永无止境的梦想和追求目标。
在经过长期历史生活和对自然环境不断的认知探索中，古人为了减轻劳动强度，逐渐发展出利用大自然的力量，例如水力、风力来代替人力、畜力来扩大生产。而早期的自动装置如龙骨水车、轮式水车（汲水灌溉装置）、水动力米舂等，均有着明显的实用目的。大约公元一世纪，古埃及和古希腊的发明家也创造了一些自动装置（机器人或机器动物）来强化当时宗教活动，如教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱和教堂门口自动鸣叫的青铜小鸟等自动装置，均可谓为人类研制和使用自动装置的经典佳作。
社会的需要是自动化技术发展的动力。自动化技术是紧密围绕着生产军事设备的控制以及航空航天工业的需要而形成和发展起来的。
工业上的应用，是以瓦特的蒸汽机调速器作为正式起点。1788年瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题把离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来构成蒸汽机转速调节系统，使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置。此时的自动化装置是机械式的，而且是自力型的。
（1）经典控制理论。20世纪40～50年代经典控制理论以传递函数为基础，以频率法和根轨迹法作为分析和综合系统基本方法，对单输入单输出控制系统进行分析与设计。
（2）现代控制理论。现代控制理论是在经典控制理论的基础上于20世纪60年代以后发展起来的。其主要内容是以状态空间为基础，研究多输入、多输出、时变参数、分布参数、随机参数、非线性等控制系统的分析和设计问题。最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制等理论都是这一领域重要的研究课题。
与经典线性控制理论相比，现代线性系统主要特点是：研究对象一般是多变量线性系统，而经典线性理论则以单输入单输出系统为对象；除输入和输出变量外，还描述系统内部状态的变量；在分析和综合方面以时域方法为主，而经典理论主要采用频域方法；使用更多数据工具。
20世纪70年代开始原有的控制理论，不论是经典控制理论，还是现代控制理论，都是建立在集中控制的基础上，即认为整个系统的信息能集中到某一点，经过处理，再向系统各部分发出控制信号。这种理论应用到大系统时遇到了困难。这不仅由于系统庞大，信息难以集中，也由于系统过于复杂，集中处理的信息量太大，难以实现。因此需要有一种新的理论，用以弥补原有控制理论的不足。系统理论，关于大系统分析和设计的理论。大系统的特征是：规模庞大、结构复杂（环节较多、层次较多或关系复杂）、目标多样、影响因素众多，且常带有随机性的系统。这类系统不能采用常规的建模方法、控制方法和优化方法来分析和设计，因为常规方法无法通过合理的计算工作得到满意的解答。
随着生产的发展和科学技术的进步，出现了许多大系统，如电力系统、城市交通网、数字通信网、柔性制造系统、生态系统、水源系统和社会经济系统等。这类系统都具有上述特点，因此造成系统内部各部分之间通信的困难，提高了通信的成本，降低了系统的可靠性。
20世纪90年代至今随着计算机网络的迅速发展管理自动化取得较大进步，出现了管理信息系统办公自动化决策支持系统。智能化程度日益增加，自动化技术不仅仅是减轻和代替了人们的体力劳动，而且也在很大程度上代替了人们的脑力劳动。人类开始综合利用传感技术、通信技术、计算机系统控制、人工智能等新技术和新方法来解决所面临的工厂自动化、办公自动化、医疗自动化、农业自动化以及各种复杂的社会经济问题，研制出柔性制造系统决策支持系统、智能机器人和专家系统等高级自动化系统。
1956年John McCarthy在美国达特莫斯（Dartmouth）会议上首次提出Artificial Intelligence（AI，人工智能）这个新概念。
人工智能以前也曾狭隘地被称为机器智能，因为长久以来都是经过各种系统计算，透过机器来模拟人类的思想行为，使机器能够取代劳动力或帮助人类解决一些人们不便解决的，涉及危险、恶劣环境条件下的工业生产、检查、维修、调查、探测等方面的任务，或者人力不能实时解决的事情，如大量重复的复杂计算。人工智能从诞生以来，理论和技术发展越来越成熟，并且伴随着科学技术的飞速发展，人工智能不断结合各个领域的创新突破，研究成果也逐步深入各个工业应用方面。
（1）人工智能的主要学派。人工智能曾经是计算机科学的一个分支，是用于模拟、延伸和拓展人的思想和行为的理论、技术、方法及应用系统的一门新兴学科，通过了解智能化的实质活动规律，产生一种与人类思想和活动相类似反应的智能系统。主要学派有三个：符号主义、连接主义和行为主义，简述如图4-1所示。
图4-1 人工智能的三个学派
（2）机器学习的方式。从人工智能技术的发展看，机器学习是实现人工智能的重要手段。目前的机器学习领域，主要有四类学习方式，分别存在对应的四类算法模型，如图4-2所示。
图4-2 机器的四类学习方式
（3）人工智能与5G相结合。将5G技术运用到人工智能产品当中，可改善人工智能当前的一些缺陷进而完善人工智能。随着相关技术的不断成熟，5G的关键技术将逐步明确，并进入实质性的标准化研究和标准制定阶段。到目前为止，3GPP提出了14个将人工智能技术用于5G的用例，ITU-T共提出了18个用例。所提出的用例涵盖了移动通信系统的多个应用方面，包括多种应用衔接的设计与优化、网络性能和效能调整与优化、应用层业务支持与优化等。根据分析，受到广泛关注的典型优化用例如表4-3所示。
表4-3 人工智能与5G相结合的优化用例
（1）智能制造与智慧工厂。作为工业4.0的四大主题之一的智能制造，其重点技术领域，指具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，及先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。智能装备能够实现对自身状态、环境的自感知，具有故障诊断、网络通信、自适应功能，能够根据感知的信息调整自身的运行模式，使装备/产品处于最优状态；也能够提供运行数据或用户使用的习惯数据支撑数据分析，实现创新性应用。
智能制造的实体为智慧工厂（数字化车间）。在智慧工厂中，工厂总体设计、工程设计、工艺流程及布局前期均已建立了较为完善的系统模型，进行了模拟仿真、设计，相关的数据进入企业核心数据库；配置了符合设计要求的数据采集系统和先进控制系统，建立了实时数据库平台、实时过程控制、实时生产管理系统，实现区域（段）或总线集成，工厂生产实现基于工业物联网的信息共享及优化管理，建立了制造执行系统（MES），构建企业资源计划（ERP）管理系统集成，实现生产模型化分析决策、过程的量化管理，成本和质量的动态跟踪，进一步完善了企业资源计划管理系统。在供应链管理中实现了原材料和产成品配送的管理及优化。在数字化车间中，车间/工厂总体设计、工艺流程及布局均已建立数字化模型，并进行模拟仿真，实现规划、生产、运营全流程数字化管理；采用三维计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划、设计和工艺路线仿真、可靠性评价等先进技术，产品信息能够贯穿设计、制造、质量、物流等环节，实现产品的全生命周期管理（PLM）；建立了生产过程数据采集监控系统（SCADA），能充分采集生产现场信息，并同时在车间制造执行系统实现数据集成和分析；建立了数字化制造执行系统（MES），实现全过程闭环管理及企业资源计划管理系统集成，建立了车间级的工业通信网络。利用云计算、大数据等新一代信息技术，在保障信息安全的前提下，实现经营、管理和决策的智能及优化。
（2）智能制造的基础在于工业互联网/物联网。工业互联网/物联网是开放、全球化的网络，是全球工业系统汇集高级计算、分析、感知技术以及互联网连接融合的结果。工业互联网将物联网、移动互联网、云计算、大数据等新一代信息技术创新成果充分应用在各工业领域，从而达到提高生产力和工作效率、降低成本、减少资源使用的目标。工业互联网是涵盖了从生产到服务、从设备层到网络层、从制造资源到信息融合的多领域、多层级、多维度的融合体。所以工业互联网/物联网与一般移动互联网是有相当差距的，对于云计算、大数据、信息技术服务的应用也有一些本质上的区别，如表4-4所示。
表4-4 工业互联网/物联网与一般移动互联网的区别
人工智能、5G对智能制造会有些什么样的影响？人工智能可以直接部署在制造业中的海量设备上或者生产车间中，从而减少传输时间，提高工作效率，真正实现和海量设备相互融合。人工智能助力制造业从少量离散的智能设备应用发展成为一体化的智能制造系统。而在制造业中，设备之间的通信能力通常要求较高，在5G进入应用之前，设备数据传送效率较低，更多是将设备数据传输到云端进行处理，目前的工业互联网正在从工业3.0转向工业4.0，而5G的高速信息沟通连接即是实现制造业智能化升级的基础。
在5G和人工智能时代，智能设备采用切片技术及近侧计算应用，可以在设备侧直接进行人工智能运算，无法及时处理的数据也可以利用5G高速网络快速传到云端处理，促成智能设备与云端的相互协作，共同进行人工智能处理。实现海量智能设备的互联互通，设备之间利用有线或者无线的方式相互连接，形成制造业内部信息互联网络，实现智能设备与设备之间、设备与人之间、设备与工厂之间的互联互通，连接的深度和广度都大幅增加。5G的高可靠、低延时、高带宽，三大特性有利于优化制造业的工业控制、信息采集、运维管理等生产过程，有利于实现智能制造的生产需求，帮助实现工厂内设备与传感器的数据实时采集、低时延无线传输、生产线全生命周期管控、车间与车间的全连接、工厂内的零部件及产品的质量自动化检测。5G的边缘计算更可以实现智能制造多业务场景、多服务质量、多用户及多行业的隔离和保护等，所以5G、人工智能、智能制造协同作业缺一不可。
5G和人工智能正在以各种方式改变着制造业。在5G时代下的智慧工厂中，人、设备、工厂之间可以相互感知，相互连接。无数传感器产生的大量数据将实时流畅地传送到边缘云或核心云中，进行数据的智能化处理和快速递送；大量新技术都将通过5G网络应用于智慧工厂中，给智能制造带来新的活力。目前，国家正在大力支持制造业发展，推动传统制造业向智能制造业方向转型，5G和人工智能技术将会从设备连接、数据传送、服务递送等方面向制造业提供动能，提升生产效率，满足智能化生产需求，推动制造业的智慧化变革与发展。5G和人工智能助力制造业的应用场景如图4-3所示。
图4-3 5G和人工智能助力制造业的应用场景
非标自动化是相对于标准自动化设备而产生的名词。不同于标准自动化设备，非标自动化不局限于单一设备，可能是为了满足生产工作，在生产过程中有时候没有合适的生产设备而研发设计出来的机械设备、设备群组或设备群组连带软件等。这还包括各式各样的客制化设计及应用，不局限于有形的硬件或无形软件，统称做自动化解决方案。而近期的自动化解决方案须多涵盖较新的信息采集功能或不只为单一工序的综合集成设备，所以用智能化解决方案加以全面覆盖。
虽然“智能化解决方案”在意义上可以涵盖“非标自动化”，但非标自动化一词在设备生产行业中沿用已久，所以大多数解决方案设计行业人员惯用此一名词，也就自然而然地将自动化设备区分为标准自动化设备及除外的所有其他存在，并将其统称为“非标自动化”。
非标自动化与标准自动化设备最直观的区别就是非标自动化不在商品市场中流通，为了某种特定的目的进行设计，没有统一的设计标准，如专用的实验设备、定制化生产工具、设备、集成软件、零件模具等。而标准自动化设备则是指以国家或行业规定的相关标准为基础，进行一系列规整的设计和制造，如通用的生产加工车床、冲床、印刷机、涂覆机等。但对于特殊行业如航空、航天、军工、核工、半导体这类行业来说，其在生产过程中使用的设备大多都不存在标准设备，几乎都是以非标准化需求方式存在，其使用设备是根据不同型号与零件的不同需求进行特殊定制设计的。所以非标自动化行业以其了解使用者需求，并同时拥有设计和制造能力，且一般依附特定专属行业而存在。
对于民间生产制造而言，部分生产企业在产品生产过程中，对其所需的自动化设备当市面上并没有与其工作性质相匹配的设备时，如果贸然引进市面上现存的自动化设备投入企业生产的话，就会引发尺寸、参数和体积不适当等多种问题，无助于提高生产效率。而非标自动化是为了满足生产工作，因为没有合适的生产设备而研发设计弥补这一现象的解决方案，能更好地满足企业的生产需求，以用户实际需求为依据，最大限度地适应生产工艺需求。
与常规标准自动化设备相比，非标自动化所具有的独特的特点是在进行设计时可以参考的经验比较少，其过程涉及多样性、专业性与技术性，对技术人员的专业能力要求更高。也由于相当一部分生产工艺无法在市场中寻找到合适的标准设备，进而需要特殊客制化研发设计制造，因此非标自动化即非标准化生产设备。虽然其仍勉强按照国家规定的设备标准设计制造，但具有一定特殊性，现有规定和标准无法全面满足所有的应用。所以一般非标自动化均是由产品行业内使用者自行研发或者专门定制的，其目的只负责对所属行业的产品进行生产，这样在对其进行设计时，就更务必要保证所有参数信息的精确性，提前对产品工艺需求进行深入的综合分析，明确各项设计参数，确保性能达标。
非标自动化由于其具有的特殊性与专业性的特点，所以更需要安排经验丰富且专业能力强的人员，严格按照程序来进行设计，争取从根本上提高设备综合设计水准以规避失败风险。
（1）定制性。非标自动化是针对特定行业企业的某种类产品批量生产或替代现有人工生产工艺的自动化而进行设计，其具有定制性的特点。在实际的非标自动化设计和使用过程中，不能只依靠国外设备设计的经验来进行，还需要针对当前我国工业化生产的实际情况来进行设备的非标设计。需要充分考虑当前工业生产的实际问题，结合不同企业实际的生产环境和问题，进行有针对性的设备优化设计，促使非标自动化能充分发挥其针对性的优势特性，帮助企业提高生产效率，促使行业更好发展。
（2）项目后期带来很多不确定性。非标自动化在前期方案设计中，很多客户能提供的信息通常不周全，甚至工艺参数不能明确，会给项目后期带来很多不确定性。所以要对企业的要求进行厘清并且明确化，与客户做好实时的沟通交流，深入了解客户的产品结构及工艺参数非常重要，以便设计方案能够满足客户企业的实际生产需求。客户的实际需求明确后，以此为依据制定初步的生产工艺、设备技术参数。在制定设计的过程中要与己方工程人员及客户工艺、生产等方面人员保持密切沟通，多方讨论后方可确定设备整体布局、电气控制及软件控制的初步方案。初步方案确定以后需要组织专家组对方案的可行性、成本、生产效率等方面进行综合评估，且可根据评估结果进行方案的调整与纠正，然后与客户进行最终确认，而后确定最终设计方案。
（3）执行周期很短、交货期严苛。非标自动化的引入，很多是企业为迅速抢占市场而提出的需求，可执行周期一般很短，所以对非标自动化供应商的各方面能力都有极高要求及考验。不可单纯依循传统方式，必须转变设计思维。当前社会属于精细化分工时代，作为设计人员一定要选择更加合适的方法，通过选择性价比高、交货期准时的专业零部件供应商来提高产品设计效率，这样就能够集中更多的精力到产品的设计环节上去。由于非标自动化产品当前还不能完全地进行大规模生产，因此就需要企业也进行思维的转变，敢于尝试创新，确保产品的高质量，实现企业竞争力的持续发展。
非标自动化设计中应注意的标准化及模块化包括两个方面：一是设计流程的标准化模块化，手段是根据企业自身特点制定标准规范，目的是避免千人千面、各自为政而引起的不必要的资源浪费与低效率。二是设计内容的标准化模块化，虽然非标设备或生产线是定制性的，可复制性比较低，但是归根到底，非标设备及生产线也是各种标准零组件，如气缸、电机、传感器、输送机、机器人等应用与功能组合而成的，而且就其功能而言，也脱离不了加工、装配、检测、包装与输送的范畴。对于各种标准零组件的结构、功能掌握，各种常用功能模块的经验提炼，可形成一些标准模块以此降低失败率，对于非标自动化企业，尤其是某些针对特定行业的设计具有极大的意义。
（1）进行模块划分。在非标自动化模块化设计的过程中，对模块进行划分应遵循单一模块可以独立完成一个功能的原则，这样在组装过程中可以保证各个功能模块相互独立，便于调试和搭配。在模块划分的过程中，应注意每个模块的结构，每个组立模块的结构应相互独立，这样在需要更换组立模块时无需更换其他组立模块。与此同时，对于一些结构较为复杂的零件，可以先对其进行分解，将零件中的组件也进行模块化，通过添加或删除其中一些组件，可以使零件具有不同的多元化功能。在对基础设备进行模块化设计时，因其结构简单的特点，可以将其作为单独的模块进行处理，可以用作改变设备的工作空间，使设备的规格在保证完成生产的前提下具有泛用性。在模块的划分过程中，应考虑对后续工作中技术更新的可能性，在每个模块中应留出一定数量的空闲接口，以便在后续工作中能够通过增加相应的模块实现更高的要求，达到更佳的扩充性及兼容性。
（2）非标硬件的模块化设计。对非标自动化硬件模块化设计，就是对设备中的机械结构的模块化设计。在进行模块化设计之前，应对设备进行分类，按照设备的功能和结构进行分区摆放，可将设备分为搬运类、加工类、测试类设备等。再将同一类型的设备进行模块化设计区分，如在对非标自动化进行模块化设计时，可将设备主体单独划分为一个模块，在不同的设备中可能会出现相同的模块。以电子行业为例，在电子生产设备中分为在线式设备和离线式设备，在线式设备可以通过不同的设备连接组合形成一条自动化的产线，而离线式设备只能通过一个单一的模块进行生产。在在线式设备中，一般会设立一个传输模块，那么这个传输模块就可以作为一个标准模块，将其他设备进行串联，可以实现生产线全自动化。
（3）非标程序模块化设计。在目前工业中所使用的控制器通常为PLC，非标自动化的性能与PLC程序的编写水平有着直接的关系。在PLC中实现程序的模块化能够使非标自动化保持稳定性与一致性。将程序进行模块化设计的理念首先应用于高级语言编程中，随着编程技术的不断发展，程序的模块化设计逐渐被应用于PLC编程中来。对程序进行模块化设计需要根据相关要求PLC程序进行划分，将其划分为若干个小模块，使程序的结构变得清晰，各个模块之间的功能相互独立，便于程序变更的编写。这样在编程过程中就能够很大程度上降低编程的难度，避免在编程过程中出现重复编程的情况出现，在管理上也方便很多。
（4）非标自动化设备模块化设计所使用的相关技术。在对非标自动化进行模块化设计时，需要明确哪些设备可以进行模块化设计，并对当前的发展趋势进行调查，制定合理的方案才能进行后续的工作。在制定方案的过程中，应根据实际的调查结果进行制定，在对非标自动化模块化设计时应考虑硬件的模块化设计和程序的模块化设计，再利用计算机建模的方式进行辅助设计。在上述工作依序完成后，还要进行科学的验证，检验模块化设计所具备的效果，如果运行正常，则可以拟定模块规划书。对非标自动化进行模块化设计时，应确定模块的组成和工作方式，模块之间进行连接之后的布局和联系应根据方案的要求进行设计。在模块之间的连接接口要简洁方便，而且在模块化设计的过程中，模块的独立性越强越好，在工作过程中，尽量在单一的模块中完成相应的工作，或许成本会有所增加，却可避免不当牵连，并大幅增加组立的方便性及设备的泛用性。
（5）引进“数字化”“信息化”手段。在当前机械产品的设计工作过程中，已经普遍地使用了计算机工具来参与辅助。但是当前相当一部分企业对于数字化的应用还没有全面普及，通常局限于一个作业节点或者是某个特定的工序中。对于全面实现“数字化”，还需要走很长的路。由于产品的开发环节会涉及许多的工序，因此作为企业要对各个工序有全面的认识，充分借助计算机网络的特点将数字处理以及信息资源共享等应用到企业产品设计开发当中。企业通过实现数字处理的碎片化，将企业的数字化建设当作企业发展的重点，将数据的利用效率有效提升，借助数字化的手段助力企业的产品设计和制造。
在对非标自动化设计研发的审核过程中，一旦发现影响因素，应及时对其进行解决，如果出现需要较大调整的情况，须第一时间与需求商联系，并与其进行协商，从而最终确定设计研发过程。并再次对方案进行最终的审核，在审核工作通过后，即可对其非标自动化进行设计制造。
（1）制定完善合理的设计流程及规范。非标设备的设计过程从客户提出需求起，到设备终验收止，已有一般的工作流程可供遵循。但在实际执行过程中，各非标设备生产企业根据各自的企业特点，制定适合自身情况的一些标准化的流程及规范，应用于项目执行中，可起到事半功倍的效果。对于非标自动化设计，一定要积极遵循零件标准化、部件通用化以及产品系列化的“三化”原则。在开展实际的生产活动中，会有各种各样型号的机械设备投入生产过程，这些设备的存在就是为了能够实现生产效率的提高，为生产提供更好的服务。对于这些设备不仅有标准件，还要求拥有许多相似结构、相似工艺要求的零件。遵循非标设备的“三化”原则，可以从图4-4所示方面入手。
图4-4 “三化”原则
通过在非标自动化中贯彻“三化”原则能够将设计的工作量全面减轻，设计周期有效缩短，并将设计的质量提升到新的层次。
（2）提高非标自动化设备设计人员的水平。作为非标自动化设计的主要执行人员，其每一项建议都会对设备的设计生产过程造成一定的影响。设计人员的综合能力，在很大程度上决定了非标自动化的设计效果，所以必须要加强对该方面的重视，具体而言设计人员的综合能力表现在以下几个方面。
①具备扎实的功底，掌握各项基础知识，能够清晰地了解客户的需求，然后利用自身的理论知识和实践经验，提供合格的设计图纸。
②具有一定的沟通能力，可以与客户进行有效沟通，明确其对设备的需求，通过沟通能够对设备有一个更为直观的认知以作为设计图纸绘制的有力支持。
③具有较高的专业知识与技能水平。因为非标自动化是一种定制性的设备，没有统一的标准与模板可供设计人员参考，完全是依靠设计人员与客户的交流结果，进行设计方案的制定。这种独立的设计特点对设计人员的业务水平也是一种严峻的考验，设计人员只能根据自身的专业知识、对产品的了解以及企业生产现场的实地考察情况等对非标自动化进行设计。
因此，不断提高非标自动化设计人员的水平是非标自动化生产企业应考虑的重中之重。
（3）有效利用软件进行非标自动化设备设计的建模和仿真，提高设计成功率。目前，各种机械、电气等软件工具已被广泛应用在工业设计的活动中，极大地减轻了设计人员的工作强度，提高了设计效率。在非标自动化设计当中比较常用的就是CAD及CAE技术，它们都具有强大的图形绘制、图形编辑、零件库等功能，可满足企业日常设计所需，而且其具有的二次开发功能，可以满足不同企业的个性化设计需求。CAE仿真软件的引入，可以在软件环境下，对很多不便实验验证的设计进行仿真、演示，可以有效提高设计可靠性、经济性。现在几乎所有的发达国家都建立了混合仿真实验基地。也出现微型机阵列组成的全数字并行仿真系统。系统仿真还被用来构成一种以训练为目的的自动控制系统（训练仿真器）。随着建模和仿真技术的迅速发展，现在系统辨识、建模和仿真已成为系统和控制领域中十分重要的应用学科，各式各样的模拟及仿真软件也开始符合经济效益地广泛流行，大幅度协助并促进非标自动化的设计及发展。
（4）提高非标自动化设备的耐用性和易操作性。非标自动化的设计需要与制造过程紧密联系，根据企业生产工艺的特点，提高设备在实际应用中的便利性，不仅是企业的生产需求，同时也要考虑操作工人的使用便利性、操作习惯，尽可能地将设备的操作设计得简单方便，提升使用工人和设备之间的交互性，保证设备的耐用性和易操作性，以适应工作人员的操作习惯，同时设计人员要编写详细的设备使用维护手册，为企业操作人员与设备维护人员提供便利。
另外要确保设备具有更高的适应性和易用性。基于以往经验，设计良好的操作界面，将提高设备与工作人员之间的交互性，使实际生产效率得到进一步提高，增加企业的经济效益，是非标自动化在实际的设计过程当中需要重点考虑的。
（5）要加强全过程的管理。
①在进行非标自动化制造的过程中，需要专业的人员在场进行监督工作，以保障非标自动化在制造过程中出现的任何影响因素，都可以第一时间对其进行解决。
②对于非标自动化制造所采用的材料来说，所有材料都需要进行性能检测，以保证非标自动化所采用的材料在制造完成后，可以起到应有的效果，从而在最大限度上保证非标自动化自身的质量。
③在非标自动化制造设计完成后，需请委托方前来对非标自动化的各项参数以及工作性能进行测试，如果在测试过程中发现任何影响质量的问题，应及时对其进行解决完善，保证在交付到客户手上投入生产时自身质量完整并符合设计中预期的优良表现。
在非标自动化产品交付完成后，还需要对设计过程及思路进行整合分析，用以巩固自身设计知识的同时，还可对此类非标自动化的设计留下依据，也便于企业中的设计“新手”进行参考学习。
工业4.0以及5G信息技术的普及，为非标自动化生产企业带来全面的机遇与挑战。毋庸置疑，非标自动化企业尝试将工业4.0概念及5G信息技术运用到设备研发和测试的各个环节，宣告着“非标自动化”的智能化时代即将迅速到来，这将为非标自动化行业带来重大机遇。如：制造生产工厂的智能化和无人化需求；生产产品全生命周期的变化管理；更高速高效的生产需求；更高水平的质量要求等。这些都将为非标自动化生产企业带来颠覆性的变化。而这些变化将促进非标自动化行业更高速、更健康、更可持续地发展。同时，各相关企业可以利用一些非标自动化智能设备，包括5G技术监控生产设备的实时状况，为客户提供更好的服务，也为企业产品的研发和改进提供准确的数据支持。总而言之，工业4.0、5G与非标自动化行业的融合将会迎来非标自动化的新商业模式，也开启更快、更创新的产品周期，是推动非标自动化进行技术创新的动力。优先站在这个制高点上的人，将优先获得更大的发展空间。
机器人的出现以及应用发展至今已有了几次世代更替，也已初步具有类似于人的智能，其具备掌握一定知识的能力，能对感知的信息进行分析，控制自身的行为并处理环境发生的变化，完成交付的各种简单的任务。而且有自我学习、归纳、总结、提高已掌握知识的能力。它装备了高灵敏度的传感器，因而具有超过一般人的视觉、听觉、嗅觉、触觉的能力，又称作智能机器人。
早期研制的智能机器人大都只具有部分的智能，和真正的意义上的智能机器人还有相当距离。智能机器人的感官系统、运动系统及人工智能技术的应用，都还只是在全面“模拟人”的初步发展阶段。在感官、仿生、智能方面的重要任务能力提升上机器人仍须具备多元化且更完善的功能，如触觉传感、视觉传感、听觉传感、运动性能、控制装置、计算逻辑系统装置、信息处理系统等。由于范围非常广泛以下仅概分为三个方面来罗列及简述智能机器人的系统发展现况。
（1）在感官系统方面。世界各大先进工业国家、研究机构、大型集团企业，近几年在阵列触觉传感方面及视觉传感器方面开展了相当广泛的研究。例如由威尔士大学和软件科学公司研制的采用压强技术装在机器人夹持器上的触觉传感器，以及擅长研究机器人视觉系统的考文垂工业大学、爱丁堡大学、格拉斯哥大学、格温特大学等。在听觉传感方面，目前用得最多的是麦克风与机器人的自然语言理解系统。而目前这类感官传感器系统方面，也只能做一些很简单的操作，使机器人具有某种程度的触觉、视觉、听觉等功能。另外，还有许多从事传感系统开发的单位，进行了传感反馈研究。如米德尔塞克斯工业大学、伯明翰大学致力于使机器人能自行组织和使用来自不同类型感官传感器的数据，还有其他更多感官传感器方面的研究单位。所以智能机器人感官系统方面的发展现况就是仍不断将新型智能机器人的“看”“感”和“听”能力进一步提升，使在应用面的程度上更接近于人。
（2）在运动性能方面。目前机器人仍只能在可控局部区域范围内工作。以工业生产为例，若要在空间任意点以任意方式操作一个动作，当前机器手臂的研制目标是通过现有可用系统的组合采用更灵活、更有适应力的设计思路，开发具备运动传感能力的产品，如：英国的苏塞克斯（Sussex）大学和沙克尔顿（Shack-leton）系统驱动公司研制的基于运动性能的介电电容传感阵列；伯明翰大学则专门研究惯性传感器。匹配运动传感能力选择较合适的坐标系统也能大幅增进效率。运动传感能力方面合适的坐标系统方面如伯明翰大学机械工程系研制的全交接左笛卡尔坐标系机器人Locoman，它是一种装配机器人。在该机器人上用控制设备来改进其刚性和精度。一般机器手臂操作一个动作需要有6个自由度左/右、前/后、上/下、投、卷和左右摆转。在工业中常使用的坐标有6个（圆柱形坐标、球形坐标、笛卡尔坐标、旋转坐标、Scaratype坐标和并行坐标），在国际机器人市场上圆柱形坐标机器人现已有大量成熟产品，机器人Unimate系列即为球形坐标系统，手臂可移进移出，绕其坐标移动，还可以做旋转的纵向移动。
（3）在其他信息处理、控制装置、逻辑计算方面。现阶段智能机器人的信息处理、控制装置、逻辑计算方面的发展状况颇为复杂，因尚无具备说服力的主流趋势和行业标准，所以各大机器人生产企业及研究单位大多是自行完善操作执行机构的组件。一般从操作执行现场摄取信息，再把这种信息反馈传送给电子计算机的接收装置，且用自行设计开发信息传感功能装置来提高小型机械移动装置电动传感器的灵敏度、精确度并延长寿命，进而完善运动程序信息的传送、接收、贮存、计算及优化整个数字过程中的控制组件，因此为智能机器人研制小型而又可靠的感知装置、动力机构、执行机构、控制组件等，是亟需突破的问题现状，也是非标自动化（智能化解决方案）能否顺利使用智能机器人的关键。这也造成多数自动化方案实施时智能机器人无法被广泛采用。而在机器人的计算逻辑系统装置和信息系统的现况则比较单一，只需研制更专业化、更完善的微处理机即可。
近期智能机器人的开发研究取得了举世瞩目的进步，主流技术均沿着各项更具自主性、更智能和易适应性的方向重点发展。而未来发展重点应如何谋划呢？以下从实用角度及对未来需求的期望加以简单陈述。
（1）机器人应用人工智能技术。在机器人的研究过程中，理论和实践均取得了较好的研究成果，但主要是建立在合适的数学模型技术之上所进行的控制理论研究。为了解决机器人的智能化问题，大量机构相应组成智能机器人系统开发团队，研究者们希望将传统人工智能的符号处理技术应用到机器人中，直接加专家系统到机器人控制器的顶层，得到一个较好的智能控制系统。但因为符号处理与数值计算，在知识表示的抽象层次以及时间尺度上的重大差距，把两个系统直接结合起来，相互之间将存在通信和交互的问题，一直是组织智能控制系统的困难。由于这些困难，要把人工智能系统与传统机器人控制器直接结合起来就很难建立实时性和适应性很好的系统。为了解决机器人的智能化进而组成智能机器人系统，研究者们将面临许多困难且需要做长期努力，进行若干课题突破的研究，但加入人工智能的应用仍是不变的主流方向。
人工智能专家系统的智能控制可以极大地减少运算量，机器人虽然在人工的设定下模拟人脑在进行工作，但由于机器人动力学的时变性、非线性和变惯量等复杂现象的存在，很难确定其参数内容，并对其进行计算。所以减少计算，提高其智能性的人工智能，应用到机器人控制系统中能够更好应对复杂的外界环境，进而提高机器人对外界的反应速度。同时人工智能与常规的控制系统可重新有效地结合，不仅提高了系统辨识模型的能力，更具有较高的故障诊断能力，进而提高机器人的控制能力。
人们为了探讨人工智能在机器人中近期的可用技术，应暂时抛开人工智能中的各种带根本性的争论，如符号主义与连接主义、有推理和无推理智能等，只要不存在根本性的硬伤，其余都应把着眼点放在人工智能技术中较成熟、可应用的技术上。
（2）更人性化的操作（指令、任务指挥）界面。智能机器人研究中当前的核心问题有两方面：一方面是，提高智能机器人的自主性，这是针对智能机器人与人的关系而言，就是希望智能机器人进一步独立，且具有更为友善的人机界面。从长远来说，操作人员只要给出要完成的任务，而机器能自动形成完成该任务的步骤，并自动完成它。另一方面是，提高智能机器人的适应性，提高智能机器人适应环境变化的能力，这是针对智能机器人与环境的关系而言，希望加强智能机器人与环境之间的交互关系。
目前，虽然操作界面已经大幅改善但要让机器人完成一个作业程序，其软件编制经常需要数十小时，费时又费工。想要改善这种状况，需要从软件和硬件两方面同时着手。如多指多关节灵巧手是一种模拟人的通用手，它能比较逼真地记录和再现人手的熟练动作，受到研究者的青睐。与人协调作业关系密切的一类智能机器人如医用机器人、空间机器人、危险品处理机器人、打毛刺机器人等，它们都面临着如何快速、准确地把人的意志和智能机器人的熟练操作传送到机器人执行机构的问题。由于它涉及操作力学、结构学、传感器的控制、传感器融合等方面的问题，研制的难度很大，因此到目前为止，还没有一种成熟的产品投放市场。随着科学技术的进步，机器人通过计算机系统与操作员或程序员能进行人/机对话，实现对机器人的控制与操作。虽然具有了部分处理和决策功能，能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等功能，但是还要受到外部的控制。而操作界面的研究注重于快速、准确、灵活性、柔顺性和结构的紧凑性。随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而，智能机器人所处的环境往往是未知的、很难预测的，智能机器人所要完成的工作任务也越来越复杂，对智能机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。智能控制技术、智能控制方法提高了机器人的速度及精度。新式人机接口技术研究如何使人方便自然地与计算机交流，更人性化的操作界面也是现阶段引人注目的研究课题。
（3）第五代（5G）新移动信息技术的导入。移动功能是智能机器人与工业机器人的显著区别之一。机器人附加了移动功能之后，机器人的作业范围将大幅度增加，移动机器人的应用场景也从陆地拓展到水下和空中。近几年来，步行机构如双足步行机和轮式移动机构的开发和实用化方面都取得了不错进展。
据日本工业机器人协会表述，移动机器人已达到实用化与人具有同样步行速度的成熟程度，多足步行机和双足步行机以及不平整地面行走和爬楼梯均可与人具有相同速度的移动机器人，不久也将可达到实用化。在欧美国家的机器人研究计划中，移动技术占有重要的位置。例如在NASA空间站自由号上搭载的机器人、NASA和NSF共同开发的南极活火山探测机器人（Erebus）、美国环保局主持开发的核废料处理机器人（HA7BOT），在这些已研制并投入使用的机器人中，移动功能都被列为关键技术。
新移动信息（5G）技术导入移动机构，其与执行机构面向作业任务的综合开发是近年来较为突出的科技新趋势。因为无论何种机器人都需要用移动机械手或移动传感器来完成特定的作业功能。另一个新趋势是移动的运动控制与视觉的结合。这种倾向在美国多数智能机器人研发项目中已见端倪，而近期则克服了静态图像识别的条框限制，进入主动视觉和主动传感的阶段。显然，智能机器人在非固定结构环境中自主移动，或在遥控条件下移动，视觉/传感器/驱动器的协调控制尤其重要。
（4）动力源和驱动器的革新。智能机器人的机动性要求动力源轻、小、出力大。而现有的移动机器人无一例外地拖着“辫子”。以动力源的重量/功率比为例，目前电池约达到60g/W（连续使用小时），汽油机约为1.3g/W，都不理想，而且使用有局限性。到目前为止，尚未见到改善动力源的有效办法。电机仍然是智能机器人的主要驱动器。要使智能机器人的作业能力与人相当，它的指、肘、肩、腕各关节大致需要3～300Nm的输出力矩和30～60r/min的输出转速。传统伺服电机的重量/功率之比约为30g/W，而人在百米跑和投掷垒球时腿、肩、臂的出力大约为1g/W，相差甚大。日本在改进电机的性能方面已取得了长足的进步。例如：核工业机器人臂和腿的驱动电机的重量已减轻到原来的1/10，使机器人整体自重降低到700kg，但与它只能处理20kg重的工作相比，仍不尽如人意，所以人们寄希望于新驱动器诞生。除此之外的改善方案，例如：人工肌肉、形状记忆合金、氢吸附合金、压电组件、挠性轴、钢丝绳集束传动等。虽然各有其独特的优点，但在实用性方面还达不到伺服电机的水平。
总之，智能机器人性能指标的改进是无止境的，对驱动器的要求也越来越高。什么是客观的衡量标准呢？一个容易接受的办法就是把它与人的体能加以比较。从这个角度来看，智能机器人驱动技术目前差距还相当大。
（5）仿生能力机构的完善。智能机器人在创新开展仿生机构的研究方面，可以从外形、移动模式、运动机理、能量分配、信息处理与综合感知等方面多层次得到启发。目前，蛇形移动机构、人工肌肉、仿象鼻柔性臂、人造关节、假肢、多肢体动物的运动协调等受到了人们的长期高度关注。仿生机构的自由度往往比较多，建立数学模型以及基于数学模型的控制比较复杂，借助传感器获取信息加以简化可能是一条出路。近年来，机器人出现了一个倾向是面向特定功能和作业开发专用机器人，以追求高速、高效、单一化和低成本为目的。例如美国IBM公司设计的超高速小型机器人，以50次/s频繁往复于相距数毫米的两点间，实现高密度微型电子器件装配，定位精度高达1μm。这种高速运动机构的动态平衡十分重要，虽然其工作区域只有13mm×13mm×1mm，但其加速度却高达50次/s。
如何进行机构/控制/传感/驱动的一体化设计以满足机械手高速、高精度定位的要求，是IBM公司的技术人员对机器人学提出的新的问题，也是众多研究者共有的发展瓶颈。众所周知，机器人系统的设计程序是先设计臂结构和驱动装置，然后设计控制器，而后实践证明，这种设计即使能达到最佳的静力学性能，也往往不能满足动力学性能。到目前为止，改进动力学性能的有效系统方法并不多见，一般是按常识减轻构件的重量，匹配减速器的速比等。
（6）机器人是未来智能制造的必要装备。人工智能的工业机器人、聊天机器人、做菜机器人、迎宾机器人、服务机器人、娱乐机器人、拉车机器人等都已经出现并普遍商用在不同的领域，机器人智能化已成为一种发展趋势。机器人也是未来智能制造的必要装备。机器人是高端智能生产装备的代表，是国家的战略支撑技术项目，对现代制造业、民生服务业、国防安全和社会发展至关重要，被称为新技术革命的核心。
机器人诞生于20世纪60年代，其构造宗旨是取代人在不适合于人生产生活的环境中作业，辅助甚至代替人类高效率、高精度、高可靠、高重复性地完成各项工作。传统的工业机器人以及以空间、深海探测为代表的专业服务机器人，很好地贯彻了上述宗旨。比如，工业机器人在汽车生产线上的大规模应用，极大提升了生产效率，降低了生产成本。但进入21世纪以来，环境污染、资源短缺等关乎人类可持续发展的重大问题，正在迫使人们反思并逐步改变过去粗放型生产消费模式，进而跨入绿色制造、柔性制造、个性化制造等新的制造模式并使其正成为制造业的新发展方向。在刚性生产线上高速、高精度完成重复性使命的传统工业机器人已难以满足这些新制造模式对自动化、智能化装备的需求。同时，由于机器人在制造系统中处于信息空间与制造过程交互的枢纽位置，智能制造对其自组织、自适应生产需求等方面提出了新期望、新需求。但现有机器人系统一直未能脱离自动化机器范畴，要满足智能制造需求还面临巨大技术挑战。正是在这种大背景下，研制下一代工业机器人成为传统制造业强国保持其地位的迫切需求。在新一代信息通信技术、人工智能技术带动下，新一代机器人将突破感知、智能等核心技术瓶颈，具备强大的人机交互能力，形成与人、机器、环境间的多重协调能力，向上作为信息空间的有力延伸，向下覆盖更多制造功能，沿着人机协调与共融的方向发展。