关键词:机器人控制技术;双语教学;教学改革
自1920年,捷克剧作家卡雷尔•凯培克(Karel Capek)第一次提出“机器人”这个名词以来,机器人学和机器人控制技术已取得令人瞩目的成就。从20世纪60年代在美国问世的第一台工业机器人,到人工智能学界引入机器人作为研究对象,再到日本工业机器人的崛起,如今,机器人技术的应用正逐步由现有的生产领域向更为广泛的人类生活领域拓展[1],并朝着智能化的方向发展。其间,新兴学科“机器人学”悄然形成,作为一门高度交叉的前沿学科,机械学、生物学、计算机科学、控制科学、人工智能等学科为机器人学的发展带来了无限活力。
机器人技术是近年来得到广泛关注的研究领域,中国、日本、韩国和欧盟等都将机器人技术列入了国家科技发展规划[2]。随着机器人技术的发展,人们已逐步认识到,在信息技术教育中渗透机器人学科知识与机器人应用前景方面的教育已势在必行[3]。中南大学在研究生阶段开设的机器人控制技术课程采用双语教学,可以让学生在中英文两种语言中自由翱翔,了解机器人学的发展历史和最新动态,掌握机器人控制技术的数理基础、运动学、动力学,熟悉一些机器人轨迹规划、编程控制的方法,实现知识学习和语言应用的双赢效果,更好地在这一当今世界科技热门领域与国际接轨。
1开展双语教学改革的必要性
首先,机器人控制技术(Control Techniques of Robots)研究各种机器人的控制手段,以达到使机器人完成各种任务和动作的目的。作为全球科学界研究的热门领域,其发展日新月异,最新、最前沿的资料往往以英文表述,中文翻译不一定能够表达出原文的丰富内涵。因此,实施双语教学有其必要性和紧迫性。
其次,由于人才市场的竞争日趋激烈,社会对人才的需求越来越高,独立学习新专业知识的能力和较高的英语水平,必然会给毕业生带来额外的就业竞争力,高等教育有责任将学习能力和就业能力的培养结合起来,把学生培养成为有较高综合素质的人才。
2开展双语教学改革的可行性
2.1以优秀教材为基础
本课程采用的是中南大学蔡自兴教授编著的《机器人学(第二版)》,书中介绍了机器人学的基本原理及其应用,全面反映了国内外机器人学研究和应用的最新进展,是一部机器人学的通用教材和系统著作[4]。书中关于机器人学及相关学科的专业术语都有英文标注,内容涉及机器人学的概况、数理知识、控制方法、应用与展望,使学生阅读时能够方便、快速地学习专业英文术语,有助于研究生阶段的英文学习和专业学习,尤其是英文文献的阅读和英文稿件的写作。
2.2以部级教学团队为人力资源
我校教授该课程的是部级智能科学基础系列课程教学团队,学生们都感到非常幸运。双语教学不仅要求教师具备较好的学科知识基础和学术研究能力,还应熟练地使用英语进行读写和交流,表达专业知识,解析专业词汇[5]。教学团队的老师具备机器人控制技术的专业英语基础、较高的英语口语水平、扎实的课程教学能力,使学生能够获得经典的理论知识、最新的机器人技术应用和发展动态。
3教学改革实施过程
3.1教学内容的改革
3.1.1丰富实例激发兴趣
第一节课,教师就向学生提出了一个问题,“你们想象中的机器人是什么样的(What do the Robots look like in your mind)?”这一个小小的问题激发了学生无限的想象,是漫画里的机器猫,还是电影里的终结者?同学们由此展开了热烈的讨论,学习兴趣也热烈地迸发了。
在学习绪论中,老师通过图片、视频,生动地介绍了“机器人”这一名词的起源、发展,机器人研究的主要内容,目前的应用情况以及广阔的应用前景、社会的巨大需求等。此外,同学们还参观了中南大学信息科学与工程学院智能所的研究成果,“中南移动”系列机器人(如图1所示)灵活、可爱,表演了机器人导航、避障、多机器人协同作业等。
3.1.2双语讲述课程内容
机器人控制技术是一门高度交叉的前沿学科,包括机械学、电子学、自动控制、计算机等相关内容。学习这门课程需要许多知识储备,需要良好的数学和物理学基础知识[2,6]。因此,课程内容也要合理安排,既要使学生掌握关键知识,又不过多纠缠于繁琐的公式推导,本课程主要的授课内容如表1所示。
机械手位姿表示(Representation of Position and Attitude)、机器人运动学(Kinematics)和动力学(Dynamics)等基础知识把学生领进了机器人控制世界的大门,使学生具备了控制机器人的基本工具。
机器人控制包括基本控制原理(Basic Principles)、力与位置的控制(Force/Position Control)、智能控制(Intelligent Control)、机器人传感器(Sensors)、轨迹规划(Trajectory Planning)以及机器人编程(Programming)等内容,这些内容使学生对机器人控制技术的认识提高到实际操作的层面上来,更有助于学生的动手实践。
3.2课堂互动与自主学习
在机器人应用现状和未来前景等较活跃的领域,任何课本都无法反映最近一两年的最新动态,所以这两个方面的知识就要从最新的科技文献、新闻甚至与相关专家的交流中去了解获得。老师把这些作为课堂互动内容,鼓励学生使用英语汇报,一方面可以让学生自己搜集、整理第一手资料、制作PPT演示文稿,锻炼信息处理的能力;另一方也锻炼了英语演讲的能力。
3.2.1课堂英语辩论
关于机器人应用的学习,教师设计了一次题为“机器智能能否超越人类智能(Will Machine Intelligence Surpass Human Intelligence)”的辩论课,老师给学生两周的准备时间,布置学生查阅相关资料,根据资料搜集的情况确立自己的观点,形成正方阵营或反方阵营,鼓励学生在辩论过程中用英语表达。
课堂上,正方和反方各抒己见,探讨机器智能与人类智能各自优越性的命题。学生从科学幻想(Science Fiction)到深蓝(Deep Blue),从图灵测试(Turing Test)到机器人的结构化/功能化模拟(Structural/ Functional Imitation),从工程角度(Mechanical Perspective)到哲学角度(Philosophical Perspective)展开辩论,可谓包罗万象,分析全面。
在比较和辩论过程中,同学们渐渐发现了机器智能相对于人类智能的优缺点。在运算速度(Calculation Speed)、记忆能力(Memory)、逻辑推理(Logical Reasoning)方面,机器智能有着人类无法比拟的优势,而在创新思维(Creative Thinking)和社会属性(Sociality)等方面,机器智能又有着很大的局限性。
在这次课堂辩论课中,虽然正反双方最终都没有驳倒对方,但是学生对机器智能的优缺点有了更深刻的认识,对机器人在哪些领域更能发挥特长,在哪些领域有待进一步探索都达成了共识;此外,在课堂采用辩论中,学生们用英语唇枪舌战,互相辩驳,表达自己的思想、观点,英语使用能力都有了很大提高。
3.2.2课堂英语讨论
关于机器人学展望的学习,教师又为学生提供了一次自主学习的机会,同样提前两周给学生布置任务,设计了一次题为“机器人学展望(Prospection of Robotics)”的讨论课。
在课堂上,大部分学生用英文进行了汇报,同时演示了精心制作的英文PPT。机器人技术的发展日新月异,科技成果丰富多彩,学生们根据自己的兴趣,在不同领域查阅资料,所以汇报成果也展示了当今世界最新的机器人科技成果,涉及家政服务(Domestic Service)、军事国防(Military Defense)等。
在家政服务领域,目前世界上就有婚礼司仪机器人(Wedding Master Robot)、智能清洁机器人(Intelligent Cleaning Robot)、机器人宝宝(Robot Baby)等;而在军事国防领域,则有无人驾驶飞机(Unmanned Aircraft)、智能侦查机器人(Intelligent Robot for Detection)、拆弹机器人(Bomb Disposal Robot)、太空探索(Space Exploration)等。而学生们对未来机器人的发展更做出了大胆设想。
3.3双语考核办法
为了使双语教学改革落到实处,考核中既要体现双语,也要灵活掌握考核方式。我校的平时成绩占30%,主要来源于学生在辩论课和讨论课中的表现。期末考试成绩占70%,考试内容主要为表1所示的核心授课内容。卷面全部为英文,题型有简答题、计算题等,学生可以用英文作答,也可以用中文作答。这样既考查了学生的课程学习成果,又考察了学生对相关英语用法的掌握程度,又给学生一次阅读英语和写作英语的机会。
4结语
纵观中南大学的研究生机器人控制技术课程双语教学改革,在课程初始阶段,采用丰富的双语实例激发学生的学习兴趣;在教授理论基础和实践方法阶段,精心安排授课内容并使用双语授课,使学生既不陷入深奥的数学推理中,又能把握机器人控制技术的核心知识、英语用法;在探讨机器人技术的最新发展动态时,采用英语课堂互动,充分地调动了学生的自主学习热情,有利于成为复合型专业人才。
参考文献:
[1] ,张剑平. 美国机器人教育的特点及其启示[J]. 现代教育技术,2007,17(11):108-112.
[2] 张奇志,周亚丽.“机器人控制”课程建设与改革[J]. 科技信息,2009(32):382-383.
[3] 陆承景. 对机器人学科教学目标和内容的实践与思考[J]. 中国电化教育,2006(12):71-72.
[4] 蔡自兴. 机器人学[M]. 2版. 北京:清华大学出版社,2009:1-2.
[5] 戴小鹏,陈恳.“人工智能”双语教学的实践与探索[J]. 高等理科教育,2008(1):151-153.
[6] 赵弘,赵毅鑫,周擎坤,等. 机器人学课程教育方法的探讨[J]. 中国现代教育装备,2008(11):81-83.
Practical Reform of Bilingual Education in Control Techniques of Robots
ZHOU Zhi
(Institute of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
[关键词] 科技馆 中小学机器人教育 建构主义 项目学习
自上世纪50年代以来,随着人工智能技术的迅速发展,机器人产业也发生了日新月异的变化。虽然其初衷是为工业、农业、国防等领域服务,但随着技术的进步及社会需求的发展,它已对普通公众的生活产生了潜移默化的影响,在医疗、教育、娱乐、交通等领域都能看到机器人“身影”,这也使人们愈来愈认识到,培养机器人设计与操作人才对机器人产业发展的重要性。因此,目前很多中小学校和校外机构都开设了机器人教育及培训课程,这对机器人人才储备而言具有重大意义。而作为校外教育不可或缺的一个环节,科技馆在中小学机器人教育体系中理应占据一席之地,发挥出自己的作用。那么,如何发挥呢?笔者认为,应在明确机器人教育的概念、厘清其发展现状的基础上,结合科学教育理论,确定合适的教育模式并加以实施。
一、机器人教育的概念
1920年,当捷克斯洛伐克作家卡雷尔•恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中创造出“机器人(Robot)”这个词的时候,他肯定没料到在近一个世纪之后,其小说中让机器人代替人类劳动的情节已经变成了现实,并且它们还对公众生活产生了巨大的影响。
伴随着“机器人”这个词的诞生,社会各界一直对它的定义争论不已,但是一般说来,人们都可以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:“一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”
那么,什么是“机器人教育”呢?根据目前被广泛采用的彭绍东教授的定义,“机器人教育”就是学习、利用机器人,优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。
彭教授根据机器人在教学中扮演的角色,把机器人教育分为五大类:
(1)机器人学科教学(Robot Subject Instruction,简称RSI);
(2)机器人辅助教学(Robot―Assisted Instruction,简称RAI);
(3)机器人管理教学(Robot――Managed Instruction,简称RMI);
(4)机器人(师生)事务(Robot―Represented Routine,简称RRR);
(5)机器人主持教学(Robot――Directed Instruction,简称RDI)。
国内外目前所开展的主要是前两个类型,即机器人学科教学(RSI)和机器人辅助教学(RAI)。前者是指以机器人为对象进行学习,学习的内容是“机器人学科”;而后者指的是以机器人为工具进行学习,学习的内容是“自然科学的各个学科”。由于国内外情况的差异,我国中小学目前所开展的机器人教育以“机器人学科教学”为主,而国外则两种教育类型发展较为平均,并无特殊偏重。
二、国内外中小学机器人教育的现状
在一些发达国家,机器人教育已经成为中小学教育的热点。在美国,一般通过机器人技术课程、机器人辅助教学课程、课外活动及机器人主题夏令营等定期活动来对中小学生进行机器人教育。比如,美国加利福尼亚州高中工程与技术联盟在为高中生开设的工程与技术选修课程中,提供了ROBOTICS课程,主要介绍机器人技术历史,基础,术语,微控制,传感器,程序控制等方面的知识;美国国家自然基金支持的项目“K―12 教育中的机器人技术”,目的是帮助K―12 教师以及其他教育者开发或改进以机器人作为一种工具,来教授STEM 的课程和开发机器人技术课程;印地安那州的Purdue大学与LAFAYETTE学校合作,在5至8年级学生课外活动中开展的ROBOTICS项目;Carnegie Mellon大学提供的针对高中生的ROBOCAMP暑期机器人计划,通过八星期的课程,使学生懂得一些基本的与机器人有关的电子,机械和计算机科学知识。
在日本,其机器人产业的发展已经超过了欧美各国,这与他们对机器人教育的高度重视密不可分。他们不光在各个大学设立了机器人研究专业,并且在中小学的教学大纲中也加进了机器人课程。每年定期举办针对不同层次学生的机器人设计和制作大赛,各个学校也会在假期举办机器人研习营,从而形成了一个多角度、全覆盖的机器人教育体系。
此外,英国、俄罗斯、巴西、新加坡等国也早已出台了多项措施推进本国的中小学机器人教育发展。
而我国的中小学机器人教育则起步较晚,且覆盖面较小。2000年,北京景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中,在国内率先开展了中小学机器人课程教学。2001年,上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试。2005年,哈尔滨市正式将机器人引入课堂教学,在哈尔滨师大附小、60中、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程,用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。
除了这些进行正规课堂教学的学校外,有些中小学则采用兴趣班、培训班的形式开展机器人教育。
庆幸的是,我国政府已经意识到中小学机器人教育的重要性,并在“课标”中有所体现。如教育部在2003年4月正式颁布的《普通高中技术课程(实验)标准》中,首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块,它是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程模块。现在,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也已设立了“人工智能初步”选修模块,这是我国高中阶段开展人工智能教育迈出的第一步。
不过值得注意的是,在我国中小学机器人教育体系中,科技馆所占比例几可忽略。我们认为作为青少年科普的重要阵地,科技馆理应在中小学机器人教育中发挥更大的作用。
三、科技馆与中小学机器人教育
1.科技馆在中小学机器人教育中的定位
作为校外科普机构,科技馆不可能将完成“课标”为己任,而是应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高。就中国的情况而言,我们认为,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。
2.科技馆在中小学机器人教育中可采用的指导理论
在杜威“做中学”、皮亚杰的“发生认识论”以及维果斯基“心理发展的文化历史学说”基础上发展起来的建构主义教育理论(本文的讨论范围不包括激进的建构主义〈radical constructionism〉),近年来已经在科学教育领域中产生了巨大影响。
建构主义认为,世界是客观存在的,但世界的意义却是由人建构的。它强调知识的动态发展性,并认为知识不是通过教师传授得到的,而是学习者在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人的帮助(即通过人际间的协作活动)而实现的意义建构过程,因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“交流”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。
在学习过程中,学习者处于中心地位,是信息加工的主体,要主动对意义进行建构;而教师则是意义建构的帮助者,而非知识的灌输者。故在此理念下,整个学习过程中,学生要充分发挥自己的主动性,使用探究的方式,以自己已有的知识和经验为基础,努力构建属于自己的新知识;他们需要主动搜集、分析相关信息、资料,并对要学习的问题提出假设并加以验证。而教师的任务则是激发学生的学习兴趣,创设符合学习内容的情境,提示新旧知识之间联系,引导学生之间的协作、对话,从而帮助学生完成新知识的构建。
建构主义教育理论与科技馆教育的教育特点非常契合。因为“科技馆教育的本质特点在于它模拟再现了科研和生产活动的实践过程,并且不是简单地模拟再现,而是以学习为目的、经过改造的模拟再现,创造了引导观众进入探索与发现科学过程的条件。科技馆提供的‘从实践中学习’的途径不仅成为它与其他教育、传播机构及传统博物馆的最大区别,而且是科技馆生存与发展的价值所在。”也就是说,科技馆的教育需要创设学习情境,引导观众自己进行意义建构,并且在此过程中,可能伴有观众与科技馆员工或观众之间的交流,这恰恰正是一个完整的建构主义者所提倡的教育过程。
3.科技馆在中小学机器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育学家克伯屈(William Heard Kilpatrick)在他名为《项目(设计)教学法:在教育过程中有目的活动的应用》的文章中,首次提出了“项目学习(Project-based Learning)”的概念,用以说明有目的的设计行为对教育的重要性及其在教育过程中的应用。它让“学生自己计划、运用已有的知识经验,通过自己的操作,在具体的情境中解决实际问题”。它是“一套能使教师指导儿童对真实世界进行深入研究的课程活动,它在真实世界中让学生借助多种资源开展探究活动,并在一定时间内解决一系列相互关联着的问题的一种新型的探究性的学习,具体表现为构想、验证、完善、制造出某种东西,它可以是有形的由学生制作的物体,如书、剧本或一项发明等。”20世纪二三十年代,项目教学法已经在美国一些学校的低年级中得到了运用,到20世纪八九十年代,则在广大中小学中得到了普遍推广。
我们认为,项目学习法正是在科技馆中进行机器人教育所可以采用的模式。不论是机器人学科教学(RSI),还是机器人辅助教学(RAI),都可以项目学习的模式开展。而可采用的活动形式有机器人俱乐部、夏令营、机器人比赛等。
选定项目后,就需要组织学生对主题的探究活动。这一阶段一般都以学习小组或团队的形式进行。学生首先要对项目的主题进行调查、讨论,提出解决问题的假设;然后收集相关信息,对它们进行处理和分析,再验证或之前的假设,最终得出问题的解决方案。在整个探究过程中,为有利于学生自我知识的建构,应对他们的一切探索和决定都持鼓励态度,而毋须规定出唯一正确的答案。
四、结论
科技馆作为重要的校外教育机构,也有必要在此领域发挥自己的作用。本文通过分析认为,科技馆的机器人教育应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。具体应在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。
参考文献:
[1]彭绍东.论机器人教育(上)[J].电化教育研究,2002,(6):4.
[2],张剑平.美国机器人教育的特点及其启示[J].现代教育技术,2007,(11):109.
[3]教育新闻网[EB/OL].
关键词：芒福德；技术哲学
abstract: two of mumford’s most important contributions to the philosophy of technology are the suggestions of a new understanding of technics with a novel recognition of human nature, and a theory of the nature of modern technology as megamachine with a historical interpretation of its origination.
key words: lewis mumford; philosophy of technology
美国城市理论家、社会哲学家、技术思想家刘易斯•芒福德（lewis mumford, 1895-1990）是一位全才作家，毕生出版了30多部著作，涉及城市建筑、城市规划、城市历史、生态学、社会学、文学评论、艺术批评、技术史与技术哲学等多个领域。他的视野宽阔、思想独到、文笔生动，有深刻的人文关切，被认为是当时最伟大的人文主义者，生态运动的重要思想家。他的技术史与技术哲学研究别具一格，是20世纪后期兴起的技术哲学的重要先驱之一。
早期的芒福德是一个技术乐观主义者、温和的技术决定论者，认为技术可以不断创造新文化，可以给人类带来光明的未来。30年代美国经济大消条时期写作的《技术与文明》（technics and civilization, 1934）一书是一个转折，对从前技术乐观主义有所反思，其所持的技术乐观主义更加谨慎，温和的技术决定论转变为价值决定论。第二次世界大战使芒福德丧失了唯一的儿子，原子弹的使用、战后的核军备竞赛使他开始进一步反省技术的本质。60年作并陆续出版的两卷本《机器的神话》（the myth of the machine, vol.1, technics and human development, 1967; vol.2, the pentagon of power, 1970）对30多年前写作的《技术与文明》进行再诠释，表达了对现代技术的失望和担忧、对科学技术的严厉批判态度。主要在这三本书中，芒福德展开了一个技术哲学思想体系。我认为，对人性的独到理解以及与之相关的对技术的广义理解，以“巨机器”概念为标志的对现代技术之本质的揭示以及对现代技术之起源的独特历史阐释，是芒福德对当代技术哲学最重要的两大贡献。本文依次予以评述。
一、人性与技术
自始至终，芒福德把技术的问题与人的问题结合在一起进行思考，是人文主义的技术史与技术哲学的典范。不同的人文理念导致不同的技术哲学。“没有对人性的深刻洞察，我们就不能理解技术在人类发展中所扮演的角色。”（［1］p.77）在芒福德的人性理解之中，重视心灵胜过工具，重视有机体胜过机械。
芒福德所面临的是一个技术越来越占据支配地位的世界，而这个世界所包含着的对人性的理解就是：人是工具的制造者和使用者（homo faber, a tool maker and user）。这一人之本性的定义由弗兰克林提出，受到19世纪学者的高度认同。托马斯•卡莱尔（thomas carlyle）也把人描述成“使用工具的动物”（tool-using animal）。一般历史学家都或多或少地认同这一规定，并以此编写人类的文明进化史特别是史前文明史。我们非常熟悉的史前分期，遵循的就是工具标准：旧石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时代等。人类的历史被认为是一部金属工具的历史。
芒福德对这一人性标准进行了革新，提出了“心灵首位论”(the primacy of mind)，认为minding比making更重要、更基本。因此，在他看来，人不能首先被规定为homo faber，而应该规定成homo symblicus（man the signifying and self-creating symbol），即人是符号的创造和使用者。把工具制造作为人的基本规定性，这只是我们机器时代和功利主义时代对工具普遍认同的产物，是对这个时代无批判性的、无意识的认同。而且，带着这种时代性的无意识，我们对史前时期的人类进化做了非常不恰当的叙述，漏掉了许多至关重要的东西，反而把不太重要的东西作为进化史的主角。“对工具、武器、物理器械和机器的高估已经模糊了人类发展的真正道路。”［3，p.5］
1，心智技术、身体技术和社会技术先于自然技术而不是相反
在我们时代的一般意识中，人作为生物学意义上的存在，被认为首先需要满足的是衣食居住等物质的方面。在马斯洛所给出的分层次的人类动机理论中，低层次的是生理需要，再往上才是安全、爱与归属、尊重与自我实现的需要。芒福德认为，无论就人性的结构而言，还是就人类的史前进化历程而言，最基本的需求都不是物质上的生理上的需求，而首先是精神上的、心理上的需求，即使最简单的认知过程，都渗透着心理上的预期；物质的、生理的需求的背后是精神和心理的需求做支撑。心灵不是进化后期的产物，而是最先出现的东西。
芒福德构造了一个人类史前进化的诠释方案，即人类的进化动力不是外在的生存竞争，而是内在的心理调适与意义创造。原始人类是一个心理能量和性能量都十分充沛，大脑活动过度，无时无刻不在受着梦魇和内在欲望的折磨，无意识的冲动是人类进化的主要动力，而控制这些无意识冲动的种种措施便是人类的文化。自由充沛的心理能量是人类进化之源，同时也规定了人的本性：好奇心、探险的欲望、无功利的制作、游戏的心态，符号和意义的创造，是人之为人的根本特征。
最基本的文化形式是“仪式”。仪式基于重复、秩序和可预见性，是秩序和意义的创造者，是开启我们人性的关键步骤。在我们的孩提时代，我们都喜欢重复的讲同一个故事，不厌其烦；在艺术作品里，比如音乐作品里，重复是一个重要的表现手法；重复也是机械化的基本特征。因此，芒福德认为，艺术与技术具有共同的起源。即使是现代工业机械技术，它令人讨厌的单调重复的特征，根本上也是来自原始仪式的范导作用。使人类成为人类的早期文化包括跳舞、表演、歌唱、模仿、仪式、典礼、巫术、图腾，显然先于工具的制造和劳动分工，并赋予之后出现的工具和劳动以意义。对于人类的起源而言，游戏比劳动更重要、更基本。人们很容易厌恶单调劳动，却对重复的礼仪活动不厌其烦，就证明了这一点。通过仪式的规范作用，人类得以引导内在的心理能量和性能量，避免单纯冲动的毁灭性后果。人类既是非理性的，又是理性的。非理性是动力，理性是自我控制的文化机制。
除了仪式之外，语言的进化也比工具的进化更重要。仪式和交往共同构成了人类社会的基础，而工具是第二位的。芒福德解释说，考古发掘发现，墓葬里置于人身边的是装饰品而不是工具，表明“装饰”这种文化活动对人来讲比工具这种物质活动更重要。矿石在早期的炉膛中被首先熔炼成指环而不是武器，珠宝对早期的人类而言比机械和军事器具更重要。人类在驯化动物、栽培植物之前，需要将自己驯化和安置好。轮车最早是灵车而不是马车或战车。大规模的杀人最早不是因为战争而是为了献祭。自原始人类以来，心灵技术、身体技术和社会技术总是先于自然技术，为后者准备条件。人类在制造第一个工具之前已经必定已经制造出了他自己，因此，对于理解史前人类文明而言，最重要的不是单纯的寻找物理遗迹，而是发掘心灵的历程。
芒福德自己承认，他所构建的这个史前进化的“心灵优先”方案，只是一个新的“神话”，并没有充分的考古证据。但是，一切关于人类起源的理论都是神话，都不可能最终找到排它的、物质的硬证据，因此，让我们选择这套“神话”而不是别的“神话”的理由只能来自我们对人性的认同。基于这个新的人性认同，芒福德把技术置于文化的制约之下而不是相反。对于历史来说，制造和使用工具这种狭义的技术并不是人类发展中占据首位的因素，通过语言发展精致的文化，是更重要的。“如果将过去5000年的技术发明一下子都消除的话，对生活而言当然是一个灾难性的损失，但人还是人，但如果将人的解释能力消除的话，那么人就将沉沦于比任何动物都更加孤立无助和更加野蛮的境地。”（[5],pp.8-9）工具技术并不是人特有的，许多动物有技术发明。如果人只有他的工具技术，那是不值得一提的。在语言符号、社会组织和审美设计出现之前，人类的技术并不比任何动物高明。恰恰是符号－价值体系的出现，为人类特有的技术能力提供了条件。“人的发明和转化，较少是出自增加食物供应或控制自然的目的，更多的是为了利用其自身巨大的有机资源、展现其潜在的潜能以更充分的实现其超有机的要求和渴望。”（［3］,p.8）
在芒福德的著作中，“技术”一词始终用的是technics而不是technology，这里包含着他对技术的素朴和广义的理解。在英语语境中，technology容易指向大工业的机器系统、基于现代科学之应用的技术成就。芒福德关注的更多是历史的人类在不同时期所使用的不同水平的工具，现代技术只是这些工具的一种极端的使用和极端的版本。每一种技术，都根源于人类心灵的某种模式，现代技术也不例外。“工具和我们引伸出来的机械技术，都不过是生活技术的特定化的碎片。”（［1］）正因为不是技术决定心灵，而是心灵决定技术，芒福德才会在充分意识到现代技术的严重困境时，也不对未来感到绝望，因为通过心灵能力的重新激活，人类有能力走出现代技术为之设置的绝境。
2，技术多样性：好的技术与坏的技术；有机技术与机械技术
由于心灵决定技术，健康的好的心灵形态就导致健康的好的技术，恶劣的心灵形态就导致恶劣的技术。芒福德经常据此对技术进行区分。早先，他区分了“machine”与“the machine”，前者指的是具体的机械工具，如印刷机、动力织机等，后者则是指一种以某种特定的方式将机械工具加以组织和运用的观念体系和制度体系，特别是，他指的是与近代的资本主义制度、大工业体系与近代科学的运用相关联的机械技术系统，以及由此派生或隐含着的知识、技能、工艺和器械。他认为，后者只有近代的欧洲才有，而前者，则各个文明都有。像中国、印度这些东方国家之所以没有工业革命，不是因为缺乏前者——相反，东方古老的文明国家有比欧洲丰富得多的机械发明，许多关键技术发明都来自东方——而是因为缺乏后者，即缺乏一个特定形态的“机械观念和机械制度”。这个“the machine”后来被芒福德命名为“巨机器”（megamachine）。很显然，对他而言，前者是较好的，而后者是较坏的。
构成芒福德人性规定的另一个方面是有机论思想。价值与有机论内在相关，而机械论中没有价值的地位。基于有机论的立场，芒福德把技术分成两类。一类他所赞赏的技术是简单的、家庭作业的、民主的（democratic）、多元的（polytechnics）、生活化的、综合的，一句话，“有机技术”；后一类他不喜欢的技术是大工业的、专制的（authoritarian）、巨大的、复杂的、一元的（monotechnics）、权力指向的，一句话，“非有机技术”。
按照这种分类和分级的标准，很自然就可以分出多种类别的技术，分出好的技术和坏的技术来。比如：生活技术优先于权力技术，身体技术优先于制造技术，内在技术优先于外在技术。手的有意义的动作优先于手的工具性运作：它打手势，抱孩子，抚摸爱人的身体，在舞蹈中分享仪式，表达感情。原始技术主要不表现在工具方面，而在身体技术方面，因而不能因为原始工具的原始简陋而认为原始技术就很简陋。由于原始技术的目的不在于对外部环境进行控制，而是对身体进行规训和装饰，以达到性别强调、自我表现或群体识别等更高级的目的，因此原始的身体技术丰富而复杂。正是通过原始的身体技术这个至关重要的环节，我们的身体才成为真正人类的身体：它本身就是表达心灵的语言和符号。
在史前制造技术中，芒福德推崇器具（utensil）甚于工具，认为容器（container）优先于工具，重视器具制造(utensil-making)、编织篮子(basket-weaving)、染色(dyeing)、制革(tanning)、酿酒(brewing)、制罐(potting)、蒸馏(distilling)等活动。他认为，过去的人类学家过分关注进攻性的武器和掠取性的工具，而忽视了容器在文明史上的地位。像炉膛、贮藏地窖、棚屋、罐壶、圈套、篮子、箱柜、牛栏，以及后来的沟渠、水库、运河、城市，都是文明的盛载者。语言，这个文明最大的容器，同样被芒福德高度赞扬。“语言的出现，是人类表达和传达意义的基本形式，与手斧相比，对人类的发展具有无可比拟的重要性。只有当知识和实践能够被以符号形式存贮起来，通过语词传递，一代又一代，才可能有新鲜的文化成就。驯养动植物才成为可能。这一工艺成就并不需要挖掘的棍子和锄头。犁和车轮是在大规模的收获谷物之后才出现的。”（［1］）由于容器技术多为女性所发展，芒福德可谓女性主义技术史的先驱。
将工具独立出来予以格外重视是巨机器时代的一种现象，而在巨机器统治人类之前，工具的角色既不独立也不突出。希腊文里的techne既指技术也指艺术，审美表达与技术发明并不是两个完全不同的东西。“甚至在最早的时期，诱捕和喂草所要求的更多的是对动物习性和动物栖息地的敏锐观察而不是工具，所依靠的是广泛的植物试验，以及对种种食物、药物和有毒物对于人类机体的诸种影响的精明解释。在那些园艺发现——如果奥克斯•阿姆斯（oakes ames）是对的话，一定比植物的驯化要早数千年——中，气味和形式美与其食用价值同样重要。最早的栽培物，除了谷物外，人们经常关注的是它们花朵的颜色和形态，以及它们的香味、质地、香型，而不只是营养。埃德加•安德森（edgar anderson）提出，新石器时代的花圃像今天许多简单文化的花圃一样，可能是食用植物、染料植物、药用植物和观赏植物的组合，它们对生命同样必要。”（［1］,pp.80-81）新石器时代的驯养得益于主体方面对性的关注，通过宗教神话和仪式强化了这种关注。育种、杂交、施肥、播种、，都是富于想象的性之教养的产物。（[1], p.81）
原始技术优于现代技术，因为原始技术是生活中心的（life-centered），而不是狭隘的工作中心（work-centered），更不是生产中心（production-centered）或能量中心（power-centered）。生活的技术适应环境的有机性质，限制任何个体的过度增长。它是均衡的、有限的、和谐的。
二、现代技术的本质：巨机器
作为有机论者和生态主义者的芒福德始终信奉“小的是美好的”，对巨大工程、巨型建筑、巨型城市有本能的恐惧和反感。对他来说，现代技术的主要问题是对于有机世界的系统性背离，其标志就是“巨机器”（megamachine）成为时代的主角，而现代技术的本质也被芒福德称为 “巨技术”（megatechnics）。
所谓巨机器或巨技术，就是与生活技术、适用性技术、多元技术相反的一元化专制技术，其目标是权力和控制，其表现是制造整齐划一的秩序。芒福德认为，现代巨机器主要体现在极权主义政治结构、官僚管理体制和军事工业体系之中。美国国防部所在的五角大楼（pentagon）、几层楼高的巨大的登月火箭、核武器，都是芒福德所谓巨机器的典型。
1， 巨机器的起源
在反思现代性的起源方面，不同的思想家有不同的做法。胡塞尔把欧洲科学的危机的根源追溯到伽利略的数学化思想，海德格尔把现代性归于由柏拉图发起的西方形而上学传统。芒福德则把巨机器的起源追溯到了古埃及。
埃及是人类历史上最早的专制王朝国家，而这个国家本身就被芒福德看成一部最早的巨机器，也是之后一切巨机器的原型。这部巨机器的基本特征就是令人惊叹的组织秩序，它的主要物质成果是金字塔。在那个物质工具水平并不十分发达的年代，制造金字塔这样庞大的工程之所以可能，完全靠的是对人力的高度组织。近十万的劳工以一种钟表般的精确性被组织起来从事劳动，只使用石头、木头和青铜工具，就造出了吉萨金字塔这样巨无霸的建筑。没有一个巨机器是造不出这样的“巨无霸”的，而这个巨机器恰恰不是由机械零件组成，而是由高度组织化了的人所组成。因此，这个一切巨机器的原型消失在历史之中，未留下任何考古证据。
这个原型巨机器是如何可能的呢？芒福德从文字、宗教、天文学等几个方面揭示了埃及巨机器的起源。通过祭司阶层的坚持不懈地努力，埃及人的宗教和宇宙论被融合在一起，共同铸造了绝对的宇宙规则和绝对权威的概念：法老是太阳神阿蒙－拉在人间的代表（[4],p.28）。由于文字的发明，文书书写者和传抄者组成了最早期的官僚阶层，通过他们，这种普遍的宇宙秩序得以在人间实现，那就是一个在政治威权统治下的严格的社会秩序。这种社会秩序由军事强制和神性力量相结合组成的国家机器来维持，百姓则从事重复的单调劳动。在这种单调重复的规则和秩序中，个人达到自我控制的心理均衡。
巨机器在历史上的存在有它的合理之处。某种意义上讲，正是巨机器创造和维系了埃及3千年的文明历程。正是巨机器使得洪水控制、粮食生产和城市建设等我们称之为文明的东西成为可能：埃及文明恰恰是我们今天能够追溯得到的最古老的“文明原型”。但在芒福德看来，这个事实只能解释为我们今天恰恰又生活在一个巨机器的时代，我们的文明或多或少与埃及文明同类。他认为，金字塔与登月火箭相类似，差别只在于前者静态，后者动态，但它们都崇拜死亡：一个是存放木乃伊的坟墓，一个指向无生命的月球。埃及巨机器与现代技术相类似，今天的科学家和技术专家就是那时的祭司和僧侣，他们一样的维持着他们时代的社会基本秩序，同样的垄断他们时代最神圣最神秘的知识，同样是最高统治力量的大脑和神经系统。
自轴心时代以来，埃及巨机器被人们抛弃了，只在军队里保存着其原始范型。直到中世纪，一个新的巨机器时代开始孕育，它首先表现在“求序意志”（will to order）的出现。这种求序意志最先出现在修道院、军队、账房里，最后在现代科学和现代资本主义经济制度中得到确立和保障。
修道院为近代世界奉献了一样最重要的机械：钟表。教士们为了有更多的时间沉思和祈祷，发明了不少机械以代替劳动。教士们规则而又刻板的生活节奏，为机械钟的发明提供了温床。这个精确的时间机器规定了现代人整齐划一的生活节奏（[7]，第100页），使得“效率”的概念成为可能，为大工业标准化、流水线生产提供了先天的时间方案。钟表的出现以及流行，创造了一个客观的、数学的、纯粹量的世界概念，一个科学的世界概念。从前的时间经验与生活经验紧密相关，牧民和农民依据自己的劳作对象和劳作方式来确定自己的生活节奏。如今，时间与有机的生活经验相分离，受制于机械的节奏。节省时间成为新的时代性要求，守时成为美德。所以芒福德说：“钟表而非蒸汽引擎，是现代工业时代的关键机器。”（[2],p.14）
修道院不仅奉献了机械钟表，而且也培育了宇宙秩序的观念。怀特海在《科学与近代世界》里说：“中古世纪在规律的见解方面为西欧的知识形成了一个很长的训练时间。当时也许缺乏一些实践。但这观念在任何时候都没有被冲淡。这个时期十分明显地是一个有秩序的思想的时期，完全是理性主义的时期。”（［8］，第12页）经院哲学所培育起来的宇宙秩序的概念成为现代物理学的基本哲学前提。
除修道院之外，资本主义商业的兴起对现代巨机器的形成也是必不可少的。由实物经济到货币经济，由有形财产到无形财产，由实体经济到抽象的虚拟经济的转变，慢慢培养了人们抽象和计算的习惯。金钱价值越来越取代了生活价值的位置，而追求金钱理论上是永无止境的。于是，通过抽象、通过计算来无休止的追求权力，成了新时代的资本主义精神。对芒福德来说，欧洲资本主义最后通过技术革新实现了自己的辉煌成就，但资本主义先于现代技术，而且并不必然依赖现代技术，因为资本主义本身才是现代技术得以可能的巨机器。芒福德不无嘲讽的说：“机器承担了资本主义的罪恶，而资本主义取走了机器的美德。”（[2], p.27）他认为，现代技术的问题并不在于机器，而在于机器背后的巨机器。
2， 巨机器的克服
芒福德提出巨机器的概念，其目的就是为了揭示巨机器的反有机的本性，从而引导人们克服巨机器。他强调要区别“机器”与“巨机器”。东方文明有着欧洲文明难以企及的“技术”和“机器”，但他们因为没有“巨技术”和“巨机器”，因此不能够与现代西方的技术文明相抗争。同样道理，现代技术文明导致的种种问题，不能够单纯从技术的角度来处理。“在技术的领域里来寻求由技术所引起的所有问题的答案，这将是一个十足的错误。”（[2], p.434）。对他来说，克服巨机器的主要路线还是回归人性的正确规定，回归生活世界和生活技术。
如果把我们的人性就规定成工具制造者和使用者，那么我们就完全无法逃离巨机器的阴影，因为这两者享有共同的逻辑。唯有我们意识到心灵的优先性，我们才能真正克服巨机器。“从工作中解放出来”（free from work）是机械化和自动化的能够做的事情，但事情的要害在于“为了工作而解放”（free for work），而这只有以人的心灵为本，充分开发人的潜能才有可能，机械化并不能真的使人获得自由。彻底的机械化将会使人类彻底的失去自由。只有把目光转向人性的全面发展，而不是围着机器的革新和使用打圈圈，才有可能真正摆脱巨机器的控制。
由于始终强调心灵优先性，技术服务于心灵的需要，甚至巨技术也是服务于某种不健康的心灵需要，因此，芒福德始终对技术时代抱有乐观主义的态度。他没有技术自主论者通常会有的悲观主义。但是，对现实生活中每每占据支配地位的巨机器，芒福德自感并没有行之有效的办法来对付。他用他的笔反复歌颂生命的多样性、丰富性和创造性，强调生命是意义世界的不竭源泉。通过对有机生活的一再回溯，他指出了逃离巨机器的基本方向。
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关键词：工业机器人;仿真;搬运;机械
1 前言
工业机器人是涵盖着机械工程，控制工程，电子技术，传感技术，计算机以及人工智能等多学科技术于一体的交叉科学的自动化设备。1962年美国制造出世界上第一台示教型工业机器人，从此以后，伴随着科学技术的不断发展，机器人技术发展水平日益剧增，并且工业也在飞速发展，工业机器人的出现之后，普遍应用于装配，搬运，切割，检测以及喷涂等领域。现阶段已成为自动化工厂，计算机集成制造系统以及柔性制造系统的不可替代的工具。工业机器人在提高产品的质量和产量的同时，对于减轻劳动强度，保障人身安全以及提高生产率和节约原材料并且降低生产成本，都有着不可取代的重要意义。经过简单的落实工作，结果，国际机器人联合会数据显示，2011年，中国工业机器人装机数量竟然达到了74867台，任何事情的存在都有着两面性，不过，机器人密度仅仅是每1万名产业工人才只有21台，这个数据远远低于国际成熟市场水平。并且，国外品牌的机器人占据国内机器人百分之九十以上的市场，另外国内本土品牌占有的市场份额竟然不到百分之十，之所以出现这种情况，究其原因是因为国内工业机器人的性能远远不如国外同类产品的性能，并且国外工业机器人具有精度高，速度快，运行稳定，以及性价比高，使用寿命长等诸多优点，所以科研工作人员加快研发高性能的工业机器人，这项科研工作，总的来说，对于提高我国在机器人领域的技术水平具有难以估量的意义。
2 工业机器人的发展历程
伴随着科学技术的不断进步，工业机器人学科变得越来越有生命力，从上个世纪 50 年代美国发明第一台工业机器人开始，到如今这个时间，机器人的发展已经历经了大半个世纪。纵观全局，这大半个世纪以来机器人的发展历史，机器人技术在工业需求的带领之下，已经得到了翻天覆地的变化。众所周知，在国际上，工业机器人现如今已经成为一个成熟的产业，并且工业机器人被广泛地应用在汽车，电器，摩托车以及机械等工业生产领域。无人不知，工业机器人在发达国家中已经存在了很多年。在国内，工业机器人经过几代科研工作者坚持不懈的努力现在已经取得了很大进展，而且在某些关键技术上面取得了不少成绩已。不过，总的来说，国内机器人行业确实还存在着缺乏整体核心技术的突破，并且具有中国知识产权的工业机器人的数量微乎极微，这需要我们科研工作人员在科研工作中要做到沉住心，仔细的钻研，从而为了实现国家科技的发展做出贡献。现在国内机器人技术仅仅相当于国外发达国家 80 年代初期的水平，尤其是在制造工艺和装备以及机器人控制方面，我国还不能生产出高精密，高速度，高效率的工业机器人。机器人控制技术是机器人实现一系列功能的核心，同时也是影响机器人性能的关键部分，控制技术在很大程度上一直制约着机器人技术的发展。伴随着计算机科学，传感器技术，以及图像处理技术和其它相关技术的迅速发展，这时候，需要对机器人性能提出更高的要求，从而让工业机器人朝着快速高精度方向不断的发展，这对于机器人控制技术来说是一个不可攻克的挑战。总而言之，机器人控制理论的发展过程大致可以分为三个阶段经历传统控制，现代控制理论和智能控制。
3 工业机器人运动学理论知识
所谓运动学通俗的说也就是关于运动的科学学科。在进行运动学分析研究时，一般情况下不考虑系统的驱动力，同时也会直接忽略零部件的变形，换句话说也就是将零部件看作刚体。对多刚体系统进行运动学分析时，需要把机构中连接构件和构件的运动副作为起点，并且构件的位置，速度以及加速度都是和运动副对应的约束方程来进行解答的。工业机器人的本体结构比较繁琐复杂，为了能够更加形象的描述机器人构件在空间的姿态，可以通过在构件上固结坐标系，然后通过描述坐标系的关系来间接的研究机器人构件的运动学。D-H法是机器人运动学研究的一种重要的方法，D-H法全称Denavit-Hatenberg，是Denavit和Hatenberg这两位科学工作者共同提出的一种研究串联机器人运动学的方法。
4 SJ-01工业机器人的工作原理
SJ-01工业机器人的主要应用领域是码垛搬运行业，典型的码垛过程是通过托盘库调出托盘之后，并且摆放到提前安置好的位置，安放在货物输送机末端的传感器一旦感应到货物时，码操机器人就会根据预设的轨迹把堆放好的货物抓起，并井然有序的排列在托盘上，并且抓手回位，不断的重复上述过程，直到托盘装满了货物。装满货物后，垛盘输送机就会把垛盘运送到另外一个需要码垛搬运的位置，这样就可以完成了一个完整的码垛动作。SJ-01工业机器人具备可以同时向多个托盘摆放货物的功能，这样在一定条件下可以提高码操效率，不过程序的编辑极为繁琐。在向一个托盘摆放货物过程中，某一层摆满货物后，托盘在升降机构的作用下可以本能的下降一定的距离，这个距离我们称之为货物的高度，这样就可以让货物摆放的位置始终保持在第一层的几个位置，这样就可以让每一层码垛需要的程序保持不变，节省了时间的同时还大大减小了抓手的运动空间，这样不仅仅简化了程序的编辑过程，同时对于提高码垛效率也起着至关重要的作用。
5 总结
伴随着工业的快速发展，为了实现工业机器人高速高精度的运动控制，不但涉及到机器人的各个方面，同时也要求机器人本身的技术交叉性很强，例如本体结构优化技术，高速情况下的轨迹规划技术，以及多传感器信息融合技术等方面的科学技术。在工业机器人仿真过程中，机器人的虚拟样机模型的精确程度直接影响着仿真效果，所以说，更加精确的虚拟样机模型的建立，是今后工业机器人科研工作的一个重要方向。
参考文献：
关键字：电气工程自动化；智能化技术；应用分析
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
一、人工智能应用理论
人工智能提出至今，其快速地被各行各业接纳，并被广泛应用及推广。何谓人工智能？它是一种科学技术，即对用于模拟、扩展、延伸人的智能的技术、理论、方法等进行研究、开发。人工智能的最终目的是模仿人类智能，并基于模仿的基础上，设计出与人类智能相似的机器人。人工智能在相关研究领域实现了快速发展，且逐步形成了以计算机为主导的智能化技术。智能化技术属于一门综合性的学科门类，其包含了心理学、医学、哲学、语言学、仿生学、自动化、控制论、信息论。就人工智能领域而言，应该实现机器人具备同人类智能化工程相类似的系统，以此确保机器人承担起只有人类才能完成的工作。
人工智能理论能够解释智能的本质含义，且基于对智能本质的阐释，研制出与人类智能相类似的机器。就人工智能领域而言，其研究的内容主要有自然语言处理系统、专家系统、图像识别、机器人等。而电气工程研究的主要内容有信息处理、电气电气技术、系统运行等。随着技术时代的带来，及我国科学技术的快速发展，计算机技术在人类工作生活中的应用愈加普遍。在进行计算机编程时，唯一的办法是通过模仿人类大脑，从而实现对信息进行收集处理交换回馈。综上可以得出一个结论：模仿人类大脑技能有助于电气工程自动化的持续、快速发展。
二、人工智能控制的优点
针对不同的人工智能控制，最有效的讨论办法是采取不同的方法。现阶段出现具备部分人工智能的控制器，例如：模糊的神经、遗传算法等均为非线性函数近似器，该种分类法的意义在于有助于对人工智能总体进行探析；推动控制策略综合性的研发。可以很明确的一点是：人工智能函数近似器优于常规函数估计器。
如果想对对象动态方程进行精确控制，其算得上是一件难度性极高的事情，所以，在设计控制对象模型时，往往会出现众多不确定性因素，其主要有非线性、参数变化等。随着科技的发展，在设计智能控制器时，亦可以放弃传统的控制对象模型，而是参考不同因素对智能控制器进行合理调整，例如：智能控制器下降时，鲁棒性及响应时间存在不同等。在调整控制器时，需要注意的事项包括：通常情况下，就下降时间而言，相对于 PID 控制器，模糊逻辑控制器要快出两倍；相对于古典控制器，调整人工智能控制器的难度系数更小。与此同时，在设计人工智能时，允许借助相关信息及语言，且人工智能控制器的统一性更强，这样有助于估算输入的某些陌生数据，亦可以将驱动器的负面影响忽视。就相关控制对象而言，在没有人工智能控制器的情况下，其产生的效果同样相当好。
若在反模糊化与模糊化的过程中，坚持使用规则库、隶属函数控制器，其有助于精确地开展实时确定。通常情况下，相对于常规函数估算器，人工智能函数近似器的优点更为明显，其主要优点包括：
（一）设计人工智能函数近似器的工序更简洁，即不必要进行控制对象模型；
（二）适当调整人工智能函数，有助于人工智能函数近似器性能提高；
（三）相对于古典控制，调节人工智能函数近似器的难度系数相对更低；
（四）在设计人工智能函数近似器时，可以借助相应数据；
（五）在设计人工智能函数近似器时，可以借助语言信息及相应信息；
（六）人工智能函数近似器的统一性更好；
（七）人工智能函数近似器可以快速适应新数据及新信息；
（八）人工智能函数近似器能够解决常规方法无法解决的问题；
（九）人工智能函数近似器抗噪声干扰性能极高；
（十）人工智能函数近似器容易被扩展或修改。
三、我国人工智能技术应用现状
随着人工智能技术在世界范围内的快速发展，其亦推动了电气工程自动化的人工智能技术的发展，且从事技术研究的队伍在不断壮大。我国电气工程自动化人工智能技术研究的内容包括：如何将人工智能系统应用于电气工程故障预测、诊断、维修；如何将人工智能系统应用于电器产品优化、设计；如何将人工智能系统应用于电器产品控制、保护。人工智能系统要求综合应用电机电器学科知识、电磁场、电路等，及充分利用先前设计经验进行新设计。在设计以往的电器产品时，应该立足于经验与实验的基础上，并采取手工的方式，实践证明，该种设计方法在制定优秀设计方案时，其设计效率不高。
随着科技时代的带来，尤其是计算机的发展与普及，计算机辅助设计应运而生，其应该逐步将传统的手工设计取缔，其意义在于：缩短了电器产品研发周期。尤其是人工智能技术得到推广和应用以来，电器产品设计质量及效率也得到了质的提高，同时也推动了 CAD 技术的快速发展。专家系统及遗传算法属于电气设计人工智能技术应用的主要方面：遗传算法——源于对先进算法的优化所得，其主要作用于电器产品优化设计方面，且其作用相当明显。因此，人工智能化设计电器产品时，其开展优化设计工作的惯用手段便为遗传算法。人工智能技术有助于将电气设备故障间优势及预兆最大化发挥出来，其主要被应用于专家系统、模糊逻辑、神经网络等方面。
变压器在电力系统中的地位一直未曾改变，因此，众多研究人员往往会对其进行高度关注。总结现阶段变压器故障诊断手段，最常见的方法便为分析变压器油内气体含量，通过分析油内气体，有助于将变压器故障出现的范围明确在一定范围内。与此同时，发电机及电动机方面的人工智能诊断技术也取得了相当大的突破。
四、总结
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论文摘要:随着现代通讯与信息技术的突飞猛进,在美国等西方发达国家已形成新经济的雏形,目前它正在向发展中国家扩展。关于科技在劳动力就业过程中所起的作用,历史上不同的阶段有所不同。它对就业的影响,在西方经济学家中也见仁见智。本文研究表明,就业问题实质是人类工业文明的产物,在技术进步较快条件下,人力资本积累在经济增长与就业中的作用得以凸显,劳动力转移呈现出新特点,一些知识密集行业投资于劳动的份额相对于物质资本增加更快,从而造成这些行业资本有机构成呈现出下降的趋势。这样机器大工业时代的资本有机构成有提高的趋势,就可能将演变为新经济条件下资本有机构成提高与下降并存的态势。
关于新经济的定义,目前学术界尚未形成一个明确、统一的概念。有些学者指出,“新经济”存在“宽”、“窄”两种含义,“宽”的含义是指起源于美国、扩展于世界的新技术革命引起的经济增长方式、经济结构、以及经济运行规则的变化;“窄”的含义只是指二十世纪九十年代美国经济的持续增长①。目前较多的观点属于前一种,即从知识经济角度来对新经济进行定义,认为新经济是以知识为载体,以微电子技术、信息技术、生物技术等为主要手段,以技术创新为动力,面向全球化竞争的新经济形态。20世纪90年代以来,随着现代通讯与信息技术的突飞猛进,网络技术为当代世界经济开辟了更加广阔的发展空间。在美国等西方发达国家已形成新经济的雏形,目前它正在向包括中国在内的发展中国家扩展。从我国的情况来看,伴随着新经济时代的日益临近,知识、技术因素逐渐成为经济增长的重要推动力,企业对劳动力的雇佣及使用方式也在发生根本性变革,如分散生产使企业走向小型化、扁平化,企业对“知识工人”的需求激增等等,经济运行中的这些变化客观上要求新的就业理论来予以解释。
1早期关于技术进步对就业影响的观点
关于科技以及知识因素在劳动力就业过程中所起的作用,历史上不同阶段的看法有所不同。一般认为,在机器大工业的初期,劳动者人力资本在生产过程中作用较小。机器是作为劳动力的替代物出现的,因此当时的技术进步是偏向物质资本型的。对于知识、技术因素在劳动力就业中的作用问题,新古典增长理论、结构增长理论等早就有所研究。其中,新古典增长理论从生产函数的角度进行了分析,通过对资本、劳动、技术等不同生产要素之间比例关系的研究,来推断技术因素对劳动力就业的效应。该理论把技术进步视作独立于劳动、资本等常规要素之外的一个单独要素。在存在技术进步的条件下,技术进步会引起总产量的增长。如果总产量增长了,技术进步就不一定使得就业人数减少,技术进步对就业的长期积极效应会抵消其短期负面效应。这是新古典理论的基本观点。而对于技术因素在劳动力就业中所起的作用间题,结构增长理论则仅限于从生产函数角度来分析,它更加侧重于从产业结构角度进行分析,即通过对若干产业部门之间相互关系的研究来说明技术进步的种种效应。该理论的代表人物库兹涅茨认为,技术进步从两个方面对产业比例产生影响:一是技术进步导致产品需求的变化。就是说,技术进步使得某些产品的需求增加,某些产品的需求减少,从而使整个产业结构发生变化;二是技术进步不仅提高了已有产品的生产能力,而且还开发出全新的产品,使经济中出现了新的产业部门。由这两方面因素引起的产业结构变化必然影响到就业结构。从新古典增长理论、结构增长理论的这些观点中可以看出,在一个相对长的时期内,技术进步因素对劳动力就业的效应未必是消极的。
1965年D.J.罗伯逊在《技术变革的经济影响》中阐述技术进步对就业的作用,川他分析道,采用新技术,只要它意味着能够节约生产成本,就会被认为是正当的。而在节约生产成本方面,通常只指节约劳动成本而言,而对于资本的节约却被忽视。假定单就劳动成本来说,技术的进步会引起失业,而且这是从企业角度来考察的。从节约资本来说,技术进步就不一定会减少对劳动力的需求,而很可能会增加就业机会。这是因为:第一,技术进步需要采用机器,也就是要生产机器、操作机器、维修机器,这都会增加对劳动力的需求。第二,技术进步中,所减少的主要是非熟练工人和半熟练工人,但熟练工人和职员的需求人数则是增加的。第三,如果技术进步引起的社会总产量的增长大于社会人口的增长,那么实际收人会增加,而且工时亦会缩短,从而导致服务业就业人数的增加。罗伯逊的上述分析价值体现在,考察技术进步的就业效应,不能只就个别企业而言,而应从整个社会再生产过程来分析。
后来美国经济学家哈维·布鲁克斯对技术进步的长期效应和短期效应进行了分析,并进一步指出,在考察技术进步的效果时,不能只看到或者夸大其短期效应,从而忽视其长期的积极效应。在论述技术进步有利于增加就业时,他写道:“如果投人物中劳动成本的节约会在产品的消费者价格中反映出来,此种节约就会导致购买力的解放,这反过来将对需求,由此对就业,以致对经济发生作用。
与就业有关的问题不在于提高了生产率的公司或产业会失去多少工作岗位,而在于由此解放出来的购买力所提供的工作岗位比失去的工作岗位是更多还是更少,在于新创造的工作岗位比失去的工作岗位是更好还是更坏。”f21布鲁克斯的分析创新之处在于,他是从技术进步释放出的购买力,即增加社会总需求的角度对技术进步的客观效应作出解释。
关于技术进步对就业的影响,在西方经济学家中也存在着一些悲观的观点,例如将机器人摆在与工人对立的位置,认为机器人夺走了工人的工作,工人只得接受低的工资。对此,理查德·维德予以驳斥[[3],他指出:机器人所替代的工作通常是那些“从事单调劳动的工人,这些工作对体力的要求多与对智力的要求”。机器人有时所做的工作还是对人们有危险的工作。在这种情况下,被替换下来的工人最后会把机器人作为一种解放自己而去做高报酬工作的手段予以欢迎的。可见,机器人的使用实际是对人力资源配置方向的调整。而且他进一步指出,体现技术进步的机器人的使用,对就业的积极影响主要不是表现在其初次的就业效应,而是表现于二次就业效应,他对此做了举例说明:当一个企业增加一名工人时,每天增加2个产品。如果每个产品价格为30元,那么,该工人一天为企业增加60元收人。但是,如果企业增加一个机器人,每天可以增加5个产品,因此一个机器人每天为企业可增加150元收人。同时,由于企业使用了机器人,就需相应增加修理工。机器人与修理工的产值必然大于原来工人的产值,企业与工人的收人都会增加。这一例子说明了技术因素的二次就业效应,只是理查德·维德在此是就企业内部的岗位而言的。如果推而广之,从全社会众多产业来讲,技术进步、知识作用加大将会拉动一系列生产行业及服务行业,从而使社会的就业人数维持在较高水平。
2新经济条件下劳动力就业的特征
考察当代主流的经济增长理论,就会发现:新古典经济学以生产为核心,以均衡为目标,建立在完全信息的假定基础上。它采用生产函数这一基本分析工具,来描述和研究经济增长。该理论把劳动、资本、土地等视为主要的生产要素,而把知识或技术进步视作外生于经济系统的变量。这说明在新古典理论基础上,研究和讨论知识经济条件下的就业问题存在着先天不足。以罗默等为代表的新增长理论,改变了新古典理论的传统,把增长理论建立在了知识内生的基础上。以该理论的观点看,知识增长是经济增长的关键,知识是一种特定商品。它既不同于公共物品,带有私有物品的性质,但是又与一般私有品有着区别,即它具有与人共享的性质。因此,知识可以在低成本条件下进行扩散,具有无界增长性,这使得知识具有良好的外部性。由于知识的这一属性,经济增长就出现了报酬递增、劳动力就业结构改变的情况,而且经济系统也具有了长期增长的可能性。罗默的新增长理论证明,一个长期的、均衡增长是存在的,其增长的发动机是知识的不断积累。从实际的情况看,根据有关资料[,,从1970-1994年间,在OECD所有国家的整个制造业中,熟练工人的就业数量增加了10%,而不熟练工人的就业数量则下降了70%;与高技术相关的高工资就业增加了20%,中等工资就业下降了20%;按受教育程度分,中学毕业以下的人员失业率为10.5%,而有着高等教育背景的人员失业率则仅为3.8%。这种情况说明,知识经济条件下的失业问题在很大程度上是一个劳动力知识结构与产业结构匹配程度的问题。象美、日等经济与科技发达的国家,同样面临着失业的困绕,其原因就在于结构调整。例如在现代计算机、电子及信息技术广泛应用的情况下,与机器大工业时代相适应的劳动力出现大量过剩。这些简单劳动力在机器大工业条件下容易实现互换,而在新经济环境下,知识本身发展迅速,劳动者技能变化较快,劳动力就业岗位就难于象传统工业经济中那样进行替换。这是由知识本身的特征决定的,是人类跨人新经济时代初期不可避免的结构失业难题。
2.1就业问题实质是人类工业文明的产物
在农业经济时代,劳动者的主要活动是从事农产品生产,他们日出而作,日落而息。社会经济的基本单元是家庭或庄园,生产成果是在家庭以及庄园成员之间平均分配,劳动者实际上获得的是“制度工资”而非“劳动或就业报酬”,因此农业经济时代不存在现代经济学意义上的就业问题。人类进人工业化时代后,大量采用机器进行生产,通过“资本雇佣劳动”的典型形式,大批劳动者进人工厂从事规模化生产活动,并且逐渐形成了劳动要素对资本要素的依附。由此出现了资本积累进而影响整个经济增长的结果,而经济增长反过来又决定劳动力就业以及相应的收人分配问题。
进人工业化后期,尤其是新经济时代以后,人力资本要素逐渐起着越来越重要的作用。作为人力资本载体的劳动者,其就业模式开始发生了重大变化。从对创新劳动的分析中可以看出,劳动者与资本两要素的相对价格已因供求状况的改变而发生了实质的改变,创新性劳动在与资本的结合过程中获得了更加主动的地位,而且在一些情况下出现劳动雇佣资本的局面。在传统工业经济条件下,劳动者就业增加的速度与规模,一般须依赖于资本(物质资本)的积累与扩张情况。这也就是为何当今世界上许多国家的劳动力就业率仍主要依赖于经济总量增长速度的原因。在新经济条件下,劳动力(尤其是创新型劳动力)已经在一定程度上摆脱了工业化就业模式的束缚,反而物质资本在与这一要素的结合中居于从属地位,这些特征在知识创新集中行业已非常显着。
关键词：人工智能；电气；自动化
人工智能技术是随着计算机技术发展逐步形成的，是基于人的智能为基础理论进行研究和探索，其目的是开发出一种能够具有人类智能的智能机器，在当前最为常见的人工智能方式有机器人、语言识别和图像处理系统。人工智能是计算机科学的一个分支，是计算机发展中利用相应的技术手段对各种信息资源进行辨别和分析的基础。随着社会发展中，人们对电力需求的日益增加，使得在电力系统发展的过程中，对其控制方式也在逐步的提高。要实现其良好的控制措施和控制手段，传统的人为控制方法早已无法满足当前社会发展的需求，这就使得在电气施工中对人工智能技术要求不断增加，从而提高电气设备运行质量。实现机械的自动化，能够使得机械在进行运转的过程中脱离人类的控制自我进行调节和运行，从而降低人力成本和管理成本。积极运用人工智能的新成果无疑有利的，是基于当前电气自动化学科应用和分析过程中实现其发展的前提和关键，更好死社会发展中智能技术手段进行分析与应用的结局。
1、人工智能应用理论分析
人工智能(Artificial Intelligence)，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟，延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质．并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器 该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别 自然语言处理和专家系统等。自从1956年“人工智能 一词在Dartmouth学会上提出以后，人工智能研究飞速发展，成为以计算机为主．涉及信息论．控制论， 自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学的一门学科。人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂的工作。 当今社会，计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面，计算机编程技术的日新月异催生自动化生产，运输，传播的快速发展。人脑是最精密的机器，编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈，所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产、流通、交换、分配等关键一环，实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出犷新的挑战，促进了智能理论在控制技术中的应用， 以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。
当今社会，计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面．计算机编程技术的日新月异催生自动化生产，运输 传播的快速发展。人脑是最精密的机器，编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈．所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产．流通、交换、分配等关键一环．实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。
2、人工智能控制器的优势
不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去讨论。但Al控制器例如：神经、模糊、模糊神经以及遗传算法都可看成一类非线性函数近似器。这样的分类就能得到较好的总体理解．也有利于控制策略的统一开发。这些Al函数近似器比常规的函数估计器具有更多的优势．这些优势如下：
(1)它们的设计不需要控制对象的模型(在许多场合，很难得到实际控制对象的精确动态方程，实际控制对象的模型在控制器设计时往往有很多不确实性因素，例如：参数变化，非线性时，往往不知道)。
(2)通过适当调整(根据响应时间 下降时间、鲁棒性能等)它们能提高性能。例如模糊逻辑控制器的上升时间比最优PID控制器快1.5倍 ，下降时间快3.5倍， 过冲更小。
(3)它们比古典控制器的调节容易。
(4)在没有必须专家知识时．通过响应数据也能设计它们。
(5)运用语言和响应信息可能设计它们。
总而言之，当采用自适应模糊神经控制器、规则库和隶属函数在模糊化和反模糊化过程中能够自动地实时确定。有很多方法来实现这个过程，但主要的目标是使用系统技术实现稳定的解，并且找到最简单的拓朴结构配置．自学习迅速，收敛快速。
3、人工智能的应用现状
随着人工智能技术的发展，许多高等院校及科研机构就人工智能在电气设备的应用方面展开了研究工作，如将人工智能用于电气产品优化设计，故障预测及诊断、控制与保护等领域。
3.1 优化设计
电气设备的设计是一项复杂的工作 它不仅要应用电路、电磁场、电机电器等学科的知识，还要大量运用设计中的经验性知识。传统的产品设计是采用简单的实验手段和根据经验用手工的方式进行的．因此很难获得最优方案。随着计算机技术的发展，电气产品的设计从手工逐渐转向计算机辅助设计(CAD)，大大缩短了产品开发周期。人工智能的引进．使传统的CAD技术如虎添翼．产品设计的效率及质量得到全面提高。用于优化设计的人工智能技术主要有遗传算法和专家系统。遗传算法是一种比较先进的优化算法，非常适合于产品优化设计。因此电气产品人工智能优化设计大部分采用此种方法或其改进方法。
3.2 故障诊断
电气设备的故障与其征兆之间的关系错综复杂，具有不确定性及非线性．用人工智能方法恰好能发挥其优势。已用于电气设备故障诊断的人工智能技术有：模糊逻辑、专家系统、神经网络。
变压器由于在电力系统中的特殊地位而备受关注，有关方面的研究论文较多。目前对变压器进行故障诊断最常用的方法是对变压器油中分解的气体进行分析．
3．3智能控制
人工智能控制技术在自动控制领域的研究与应用已广泛展开．但在电气设备控制领域所见报道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3种：模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。由于模糊控制是其中最为简单、最具实际意义的方法．因而它的应用实例最多。
