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1概述

隨著我國經濟的發展，我國的城市供熱事業獲得了長足的發展，全國集中供熱面積已達86540萬平米。在規模擴張的同時，供熱新技術、新材料、新設備、新工藝不斷得到推廣應用。展望未來，要加快科技成果的轉化和應用，使供熱系統工藝、設備、設計、施工和管理的技術水平有較大提高，縮小與供熱發達國家的差距，為我國的環境保護和經濟可持續發展作出貢獻。

要實現供熱技術的進步，關鍵在于抓好二個方面的工作：

一是建立完善的技術開發體系；

二是推廣供熱節能新技術。

2城市供熱技術發展存在的問題

2.1集中供熱目前正受到其他采暖（制冷）能源和供應方式的有力競爭

以煤炭為燃料的熱電聯產和集中鍋爐房供熱受到嚴峻挑戰：

一是如何降低初投資（包括熱源、熱網、熱力站的投資）；

二是如何完善供熱系統，加強企業管理，降低供熱成本。

2.2二氧化硫污染的問題

我國的供熱鍋爐主要以中小燃煤鍋爐為主，量大面廣。由于中小鍋爐煙氣排放高度低，對城市環境空氣的污染相對較大。控制中小燃煤鍋爐造成的低空污染是改善城市環境空氣質量的關鍵之一。因而應積極尋求脫硫效率高、運行費用低、一次投資少的好技術項目。

3城市供熱技術未來發展展望

預計今后十年，集中供熱企業將實現由粗放型經營到質量、效益型的轉變，集中供熱效率的提高有賴于技術發展的創新與推廣，具體表現在以下幾個方面：

3.1供熱自動化控制水平提高

鍋爐自動控制、換熱站自動控制、無人值守自動供熱機組等將得到廣泛應用、自動化控制水平的提高，不僅保證了供熱的可靠性，而且提高了供熱效率。

3.2大型供熱機組比重增加

一些城市未滿足熱負荷的急劇增加，正建設單機容量100兆瓦以上的大型供熱機組，代替小型供熱機組，200兆瓦以上的供熱機組也在太原、北京、沈陽等城市投入運行，大型供熱機組比重將日益增加。

3.3城市熱、電、冷聯產快速發展

隨著城市建設的發展，既需供熱又供冷的公用建筑大量增加，一些城市以熱電廠為熱源，實行熱、電、冷聯供。夏季熱負荷的增加，使熱電廠的綜合效益明顯提高。

3.4分戶計量開始實施

隨著《中華人民共和國節約能源法》的頒布實施和人們節能意識的提高，以促進供熱系統和節能為目的的采暖分戶計量工作開始實施，溫控閥、熱量表、自力式壓差控制器、自力時流量調節閥、變頻循環水泵、蓄熱器等在供熱系統中推廣應用。

3.5大力推廣鍋爐節能技術

利用鍋爐自動控制，分層給煤燃燒，水泵、風機的變頻調速等技術，高效省煤器等降低鍋爐房能耗指標。

3.6開始使用潔凈燃料

隨著人們生活水平的提高和環境意識的加強，以油、氣、水煤漿等潔凈的燃料代替煤炭而作為都市使用的主要一次能源已成為必然趨勢。部分城市開始發展燃氣——蒸汽聯合循環發電熱電廠，已達到高效、節能、減少污染、提高電網調峰能力的目的。

3.7供熱新能源開發方興未艾

地熱能、核能、熱泵、垃圾焚燒、生物質能等新能源的開發利用日益得到重視，促進了供熱能源結構的調整，環保效益和經濟效益十分明顯。

（1）地熱能。地球是一座天然的巨大能源庫，它內部蘊藏著大量熱能。地熱能為地球上存儲的全部煤燃燒時放出的熱量的一億七千萬倍。地熱能取自“天然的地下鍋爐”，不需要燃燒任何燃料，更省去了復雜龐大的燃料運輸和燃燒系統，避免熱因燃燒而產生的污染，因此是一種清潔、廉價的能源。我國的華北、山東半島、遼東半島等地區蘊藏有地熱資源，合理開發利用，將對改善供熱能源結構、減少污染起巨大作用。

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長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發展，己不適應日益復雜的制造過程，因此，大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為我們國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

2.數控技術的發展趨勢

數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業的發展起著越來越重要的作用。從目前世界上數控技術發展的趨勢來看，主要有如下幾個方面：

2.1高精度、高速度的發展趨勢

盡管十多年前就出現高精度高速度的趨勢，但是科學技術的發展是沒有止境的，高精度、高速度的內涵也在不斷變化，目前正在向著精度和速度的極限發展。

效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一，國際生產工程學會將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業領域，年產30萬輛的生產節拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料"掏空"的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。

2.25軸聯動加工和復合加工機床快速發展

采用5軸聯動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯動機床的效率可以等于2臺3軸聯動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯動加工可比3軸聯動加工發揮更高的效益。但過去因5軸聯動數控系統、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯動數控機床高出數倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯動機床的發展。當前由于電主軸的出現，使得實現5軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數控系統的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯動機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發展。

2.3智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發展的主要趨勢

21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統，智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。為解決傳統的數控系統封閉性和數控應用軟件的產業化生產存在的問題。

目前許多國家對開放式數控系統進行研究，數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統就是數控系統的開發可以在統一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢。

3.結束語

隨著人們對數控技術重視，它的發展越發迅速。文中簡要陳述當前的發展趨勢，另外數控技術的正不斷走向集成化，并行化，仍有廣闊的發展空間。

參考文獻

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DPO在示波器技術上有了新的突破，能夠實時顯示、存儲和分析復雜信號，利用三維信息(振幅、時間、及多層次輝度，用不同的輝度顯示幅度分量出現的頻率)充分展現信號的特征，尤其采用的數字熒光技術，通過多層次輝度或彩色能夠顯示長時間內信號的變化情況。

DSO的自動測量和波形存儲功能曾令許多工程師驚嘆不已，但人們不久就發現DSO在測量具有低頻調制的高頻信號時，由于其無法克服的混疊失真問題，其謬之千里的顯示結果又讓人想到ART示波器的好處。

DPO不僅具有ART示波器的實時明暗度無混疊顯示能力，而且有DSO的自動測量及波形存儲功能，在避免二者不足方面，還有很大的改進。主要表現在：

(1)快速波形捕獲速率和超強顯示能力

數字熒光顯示技術的應用使DPO能以不同的灰度或色彩同時顯示信號的多幅圖像。DPO每秒鐘可記錄200000幅波形，其信號數據比一般的DSO多1000倍，每次可捕獲500000幅波形，這種快速波形捕獲速率結合高超的顯示能力，使DPO具有分析信號任何細節的性能。

(2)連續高速采樣能力

通常DSO因處理顯示數據在顯示兩幅波形之間有8ms的停滯時間，即使采用了instavu采樣技術的DSO這一時間也只能降低到1．7Us，ART示波器在回掃時間內也不能捕捉波形信息，而DPO能始終以最高采樣率對幾十萬幅波形連續采樣，克服了其它示波器存在的停滯時間問題。DPO的采樣率一般每秒有幾個109次，如此高的采樣率允許示波器有更大的帶寬。

2DPO的工作原理

數字熒光示波器的原理框圖如圖l所示，核心部件是由專用集成電路(ASIC)構成的DPX波形成像處理器。

與DSO一樣，輸入信號首先經放大和A／D變換后得到信號的采樣值，采樣值經過DPX波形成像處理器的處理后形成一幅具有500x200像素、包含波形三維信息的完整波形圖，在不間斷捕獲過程的情況下，DPX成像處理器每秒向波形顯示存儲器發送30幅波形圖，在微處理器的控制下，根據顯示存儲器的內容，在顯示屏上得到采集到的波形圖。實現“信號數字化-圖形化-顯示”這樣一種波形顯示方式。與此同時，微處理器以并行方式執行自動測量及運算功能。

由于DPO的數據采集和顯示體系分別獨立運行，使得示波器能夠在處理顯示所需數據的同時，保持最高波形捕獲速率，這意味著示波器能不間斷地捕捉波形的所有細節。

DPX由數據采集器和稱為數字熒光器的動態三維數據庫組成。它將光柵化功能(波形圖像化)與快速波形捕獲速率有機地結合在一起，以500x200整數陣列累積信號信息，陣列中的每一個整數都代表DPO顯示中的一個像素，其數值的不同導致顯示像點的亮度或色彩不同。隨著信號不斷地采樣，這一陣列也不斷得以更新，但與DSO不同，一個顯示周期(一幅波形圖)完成后，新顯示周期的采樣值并不沖掉上次顯示周期的數據，如果兩次采樣值具有相同的顯示點，則只改變對應陣列點的值，這樣多幅波形圖就可累積顯示。當多幅波形圖導致的顯示點不同時，陣列中各點的數據就不同，因此波形顯示中會出現不同的亮度等級或色彩，重復出現的信號點其顯示亮度最高，偶爾出現的其它波形信息會以較低亮度得到顯示。

DPO工作時以最大速率連續采樣，利用采樣之間的最小時間間隔觸發和生成一幅幅的波形圖，像ART’示波器一樣(由于DPO應用深度三維數據庫保存灰度信息，過去的波形信息并不丟失)，可以觀察到長時間內信號的變化情況。

3DPO的應用

DPO功能強大，可以完成復雜信號的捕獲、顯示、分析，加上靈活的觸發方式和自動數字測量功能使其成為測量領域的佼佼者。常用的TDS3000系列采樣率為1.25～5GS／s，帶寬為100～500MHz，TDS500／700系列的采樣率為2～4GS／s，帶寬為0.5～2GHz。DPO有這樣優越的性能，當然不會有低廉的價格。為充分發揮DPO的性能，它主要用于復雜信號的檢測。

(1)視頻應用環境的信號檢測

這類測量領域面對的是由快速脈沖組成的長“幀信號”。DSO為了捕獲整個信號的包絡，只能使用較慢的采樣率，但較慢的采樣率會因缺少波形數據而產生混疊失真；ART示波器可顯示波形輪廓，但不具備測量和分析功能，DPO尤其適合對這類信號的檢測。類似的信號如磁盤、光盤等的讀出信號。

(2)無線通訊設備中復雜數字調制信號的檢測

這類信號的復雜程度表現為非周期性信號，ART。示波器上只能得到無法辨認的模模糊糊的一條光帶，DSO因存儲深度有限難以提供有價值的信息，此時可發揮DPO的多幅波形捕獲能力。

(3)稀有事件重復頻率的檢測

這是DPO的數字熒光技術帶來的突出性能，通過觀察多幅波形中稀有事件的顯示亮度就可知其在某段時間內出現的頻度，必要時甚至可直接調出三維數據庫中的波形數據進行詳細統計。

4示波器技術的發展

電子測量的主要問題是解決“信號存在”和“信號定量分析”。對復雜信號的存在檢測和定量分析是示波器的首要任務，DPO正是在解決這一測量問題中發展起來的一種新型示波器技術，在某種程度上，展現了示波器技術的發展趨勢。

(1)完全數字化設計

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一、美國政府對計算機技術發展的支持

第二次世界大戰結束后，聯邦政府一直是計算機技術的強有力支持者。按1995年不變價計算，1976-1995年間，聯邦政府對計算機科學研究和技術開發的支持由1.8億美元增加到9.6億美元，增長了5倍。其中，基礎研究投入由6500萬美元增加到2.65億美元；應用研究投入由1.16億美元增加到7億美元。聯邦政府資助中約35-45%投向大學，其余55-65%投向政府實驗室和產業界；政府基礎研究資金的70%投向大學。聯邦政府還對其他與計算機技術相關的研究給予資助。聯邦政府對與計算機研究相關的其他技術和電子工程研究方面的投入由1972年的不到10億美元增加到1995年的17億美元，占聯邦總投入的比重由5%增至7%。

聯邦政府從其職能出發決定資助方向，政府資金主要投向以下幾個方面。

(一)重點支持長期的基礎性研究

美國政府在長期基礎性研究和共性應用技術的研究開發方面發揮了重要作用。長期基礎性研究的主要特點，一是其效益往往在短期內無法顯現出來，風險較大。特別是在產業發展初期，企業沒有實力進行這樣的研究工作；二是其應用領域往往比較廣泛，一家公司無法完全利用，而且又無力阻止競爭者利用其研究成果。因此，產業界較少對長期基礎性研究進行投資。

美國聯邦政府對計算機技術的長期基礎性研究的資助項目已經取得了明顯的效果。如，政府資助的計算機人工智能技術研究開始于70年代早期，直到1997年才研制出能夠成功識別持續性語音的個人電腦。與此相似的是，國防基金從60年代就開始資助可用于三維圖像的基礎性系統研究，直到90年代才形成消費性產品。盡管這項成果在高性能儀器中早已開始應用，但近些年才廣泛應用于醫療、娛樂及國防產業。

(二)資助計算機研究的基礎設施

聯邦政府在計算機基礎設施建設方面發揮了關鍵作用，為美國發展計算機產業提供了源源不斷的人才。

1.為產業發展培養了大量人力資源

聯邦政府的資助計劃培養了一大批電子工程和計算機科學的研究生和優秀研究人員，為計算機和電子工程的發展提供源源不斷的后續人才。國家科學基金的數據表明，1985-1996年間，獲得聯邦資金資助的計算機和電子工程專業的研究生比例從14%增加到20%。聯邦政府對研究生的資助主要采取助教獎學金的形式，助教獎學金占總資助額的75%以上。1985年到1995年，全國最好的計算機系里，如MIT、卡內基·梅隆、加利弗尼亞大學勃克力分校等的計算機和電子工程專業的研究生中約有56%得到了聯邦政府的資助，其中一半是助教獎學金。1997年，斯坦福大學電子工業和計算機專業27%的研究生獲得聯邦政府資助，50-60%的博士得到資助。同時，政府資助的一些大型研究項目還培養了一批學術帶頭人。

2.為大學教育和研究提供了良好的設備和設施

配備和維護研究的硬件設備需要較高的資金投入，一般的大學很難籌集到這筆資金。聯邦政

府采取多種形式來支持大學購買計算機設備，主要有兩種形式：一種是為大學教學提供計算機設備；另一種是通過資助特定研究項目為大學提供精良設備。

聯邦政府在支持大學研究設備方面的主要貢獻，一是支持建立大學計算中心，資助大學計算機系開展研究工作。國家科學基金（以下簡稱“NSF”）于1956年就開始了為大學提供普通教學和研究用計算機的資助計劃。該計劃每年提供的資助金額增長很快，1958-1970年間，共資助了66,00萬美元。60年代，國防部高級項目處(以下簡稱“DARPA”)重點資助了少數幾個基礎好的大學計算機系（如MIT，卡內基-梅隆大學，斯坦福大學）開展專門項目研究，資助項目的大部分資金用來采購設備。據估計，60年代，全美大學中約一半的計算設備是由政府機構資助提供。1981-1995年間，聯邦政府資助了計算機科學系研究設備采購的65%，1985年高達83%。在電子工程方面，聯邦政府的設備資助也維持在較高的水平，1982年為75%，1995年為60%。NSF啟動了兩套專門為計算機科學系提供設備的計劃：計算機研究設備計劃和一個更加廣泛的協作實驗研究計劃。

二是研制高性能計算設備和建設網絡設施。80年代中期，政府資助了IBM701等高性能計算機

的研制，造出了供研究人員進行各種研究使用的大型計算機系統。1985年，NSF啟動了一項建立超級計算機中心的計劃，資助建立了5個全國范圍的計算機中心，為那些不能在普通計算機上進行的高級的、運算復雜的研究提供了條件。后來，這些中心成為高性能計算機的早期試驗場，還對一些計算機科學系的教學起了重要作用。同時，這項計劃還帶動州、私人部門出資在其他大學建立超級計算機中心。

隨著網絡技術的發展，政府加大對網絡設施的資助力度。1973年起，NSF著手進行一項科學網絡的計劃，每年提供60萬美元到75萬美元為大學的研究人員建立計算機網絡。

(三)支持利用高新技術的大型應用系統的研究開發和推廣

聯邦政府有效資助了大型應用系統的研究開發項目。DARPA支持了計算機間相互聯結的分批轉換網絡（ARPANET）的研究項目。這項研究促進了有關入網協議、分批轉換及路線安排等項研究。同時也推進了對大型網絡管理模式的開發研究，如，域名系統及開發電子郵件等。DARPA的研究成果顯示了大型分批轉換網絡的價值，促進了其他網絡的開發。NSF網絡的建立形成了網絡的基礎。政府通過資助大型高新技術應用系統的開發，把學術界和產業界的研究者匯聚起來共同建立共用的實驗室，交流思想，從而創造出一支有能力最終推動技術發展的研究力量。如，50年代的SAGE項目組織了來自MIT、IBM及其它研究實驗室的研究者，整個項目過程中出現了許多創新思想，目前在計算機行業已經獲得廣泛認可的想法都是當時提出來的。許多計算機行業中的先驅人物也從50-60年代的控制計算機系統(SAGE)項目中獲得了經驗，后來這些人在代表著計算機及通訊事業新興的公司及實驗室中工作。SAGE的影響在后來的幾十年中才逐步顯現出來。

構造大型應用系統的實踐表明，有些研究并不一定直接導致某一項技術的創新，而是導致開發與技術推廣。應用開發是對已經研究出來的技術進行分析和合理組合，形成新的應用系統。如，建立大型應用系統的研究項目就是把電子通訊系統的原理應用到ARPANET項目開發中，形成了網絡技術的基礎。

(四)對產業技術的早期資助

20世紀50年代，聯邦政府資助了絕大部分計算機技術的研究。那時，政府對計算機技術研究

開發的資助超過工業界R&D投入的3倍，幾乎覆蓋了整個計算機界的研究與開發。直到1963年，政府還資助著IBM計算機R&D的35%，Burroughs公司的50%，Control-Data公司的40%。從60年代末開始，因為整個計算機行業快速發展，政府對計算機R&D資助的比例急劇下降。直到70年代中期，政府資助僅占計算機R&D投入的25%，1979年達到戰后的最低點15%。隨著新項目的啟動和里根執政時期的國防建設，1983年，政府對計算機技術研究的資助比例又有回升，約占20%。

美國政府對產業界的資助重點放在推動技術商業化方面。一是對產業界早期研究的資助。政府對企業實驗室提出的一些有市場前景的技術給予資助，將其推向商業化。例如，IBM最先提出了相關性數據庫的構想，但IBM考慮到這項技術構想可能對自己已經成熟的產品造成潛在的競爭威脅，沒有繼續進行商業化研究開發投入。而NSF資助加州大學伯克立分校對這一構想進行深入研究，并將其推向商業化；二是支持共性技術研究開發。有些研究開發具有商業價值，但屬于共性技術，單個企業難以研究開發，或者企業擔心難以控制競爭者使用技術成果。IBM最先開發了RISC(精簡指令系統計算機)，但直到DARPA資助加州大學伯克立分校及斯坦福大學進行深入研究時，RISC才實現了商業化。該研究是作為70年代末、80年代初“大規模集成電路”（VLSI）項目的一部分來進行的。后來許多公司把以RISC為基礎的產品引入了市場領域。

(五)聯邦政府的資助對創新起到重要作用

聯邦政府的資助計劃促進了計算機技術的創新。據統計，1993至1994年間，美國全國共批準了1619項與計算機產業有關的專利。盡管這些專利的所有者75%是美國企業，但它們所引用的論文大部分是由大學或政府的研究人員撰寫的。在按資助來源分類統計的論文中，51%的資助來自于聯邦政府，37%來自產業界的資助。政府資助中NSF占22%，DARPA占6%。盡管這些數據僅限于兩年的專利統計，但反映出聯邦所資助的項目，特別是在大學里進行的資助研究，推動了計算機行業的技術創新。

二、美國政府在計算機產業技術發展各階段中的主要作用

政府在計算機科學技術發展過程中的作用，隨計算機產業成長和發展階段不同而變化。(一)50年代——計算機技術發展的初期階段，政府的主要作用是用戶和資助者

在1960年以前，美國政府作為用戶和資助者，主導著電子計算機技術的研究開發。這一期間，政府支持計算機技術主要出于國防需要，資助面比較窄，重點是對技術本身的試驗，而且沒有一個系統的長期戰略計劃。但是，這一時期的政府資助項目嘗試了不同類型的資助機制，對私營部門產生了非常重要的影響。

50年代，幾個主要計算機公司的R&D都得到過聯邦政府的各種形式的資助。例如，在IBM公司的R&D投入中，政府合同資助投入占50%以上，直到1963年還有35%。聯邦政府不僅在資金上對私營部門提供資助，而且從項目設計、技術思路、人力資源等方面提供了支持。資助的項目涉及到有關國家安全、人力資源培養等各方面，還包括一些綜合性、高投入、不確定性大、具有長期影響的技術開發項目。政府資助的許多項目研究出了設備的原型，在這些原型基礎上，研究人員可以進行更深入的探索。

(二)60-70年代——技術擴散和產業增長階段，政府扶持的重點轉向長期基礎性研究和培養人才

60年代初期，美國的計算機行業開始商業化，可以獨立于政府的資助和采購，全國出現了幾個大型的計算機公司。這些大型公司建立了自己的實驗室，并且有能力自己研究開發計算機應用技術，從而促進了計算機產業的商業化。如，IBM公司與美國航空公司在部分采用軍事指揮和SAGE技術的基礎上，開發了計算機訂票系統（SABRE系統）。計算機定票系統的迅速發展成為推動計算機產業化的一個重要動力。與此同時，產業界對計算機人才的需求大大增加。出現了計算機科學領域，幾個重要學校的計算機系已經成立。

隨著計算機技術產業化和商業化，政府的資助重點開始轉向長期基礎性研究和培養人才。60年代后期至70年代，由于計算機產業界對R&D的投入增加，盡管政府資助產業界的絕對數額還在上升，但比例卻急劇下降。

(三)80-90年代——計算機產業成熟階段，政府積極組織和支持聯合研究開發

隨著產業界增加對計算機技術研究開發的投入，政府資助所占比例開始下降。80年代初期，日本的電子工程和計算機存儲器等技術開發，使美國的計算機產業感到了競爭威脅。同時，美國半導體生產設備的國際市場份額從75%下降到了40%。“增強競爭力”成了美國80年代技術政策的關鍵字眼，國內要求政府采取行動的呼聲提高。同時，大學與實業界開始以合資、協議等方式進行合作，或組織行業協會抵制來自日本的威脅。

為了提高美國計算機產業的競爭力，使其在世界占據領先地位，聯邦政府不僅繼續支持計算機科學和技術的研究，而且調整了支持重點和資助方式。政府對計算機技術的資助重點開始轉向支持各界聯合開發，通過支持行業協會等一些新機構，組織和促進產業界聯合開發。1984年的國家合作研究法案從不信任法案中把研究協會的名字去掉了，從而使研究協會的合作合法化。政府支持半導體制造技術協會（SEMATECH）等行業性組織機構，發揮其在計算機技術聯合開發中的組織作用。那一時期，半導體制造技術協會和高性能計算機研究所等受到政府資助的行業性機構，成為計算機技術研究開發和政策議程的主導者。

90年代，政府一方面對現存的政府所有的成熟的計算機基礎設施實現商業化和私有化；另一

方面又開始資助新的更高層次的技術研究。如，NSF于1992年將其互聯網向商業應用開放之后，又于1995年成功地把NSF的互聯網推向私有化。與此同時，NSF和其他聯邦機構還在繼續進行下一代互聯網（NGI）的開發與擴展工作，計劃將互聯網的數據傳輸速度提高100倍。NGI計劃將建立一個試驗性的、范圍廣闊的、可升級的測試系統，用以開發那些對國家至關重要的網絡應用技術，如國防和醫療等。

三、幾點啟示

美國政府資助計算機技術發展的經驗，對我們有以下幾點啟示。

(一)政府職能明確

在美國的計算機革命中，政府、產業界和學校起了不同的作用。政府主要引導大學和產業界研究機構的研究，特別在建立前沿研究需要的實物基礎設施，培養大學生、研究生和技術隊伍等方面起到關鍵性作用。盡管有些在市場中處于主導地位的大公司，如AT&T、IBM、微軟和英特爾等在基礎研究方面也投入了大量資金。但大公司更傾向投資于與其發展目標及產品開發有緊密聯系的研究項目。而政府則在長期基礎性研究、應用前途廣泛的共性技術研究開發方面發揮了重要作用。

隨著計算機產業從幼稚產業發展為成熟產業，美國聯邦政府的作用經歷了一系列變化。從50年代的用戶和資助者，60-70年代的資助基礎研究和培養人才，到80-90年代的合作者。資助機構和管理也從分散、無戰略計劃逐步發展到由專門機構統一協調。

(二)資助來源多元化和機制多樣化，發揮政府機構的作用

聯邦政府對于計算機技術與電子工程技術的資助主要是通過幾個機構來完成的。例如國防部、國家科學基金、國家航空航天部、能源部及國家健康機構。這些機構的特點是，專業技術能力比較強，機構內部有許多專業技術人員，有些機構本身就是國家研究機構。除國家科學基金外，這些機構大都是計算機技術的直接需求和應用方，經常根據部門自身的需要資助計算機技術研究開發。

多元化的優點，一是有利于技術發展的多樣性。由于計算機技術是工具性技術，各個領域有不同的需求，因此，每一個機構都有各自的資助重點及資助方式，從而促進計算機技術多樣化發展；二是提供多種潛在的支持，增加了研究機構和研究人員的選擇余地，有利于競爭；三是研究成果可以在不同的機構間轉移，形成廣泛的用途，提高了研究成果的利用效率。

(三)加強統一協調

盡管美國政府對計算機技術的資助計劃是由專業管理部門分別執行的，但是，隨著計算機產業的成熟和資助規模的擴大，各專業管理部門和聯邦政府不斷加強對計算機資助項目計劃的統一協調和戰略規劃。60年代以前，軍方對計算機技術的資助是根據各軍兵種自己的需求分散進行的。60年代初，國防部成立了高級研究項目處，并成立了專門的信息處理技術辦公室。一個重要目的就是協調軍方各部門的長期戰略性資助計劃，實行統一管理。

90年代，美國國家科學技術委員會中設置計算機、信息和通訊委員會，該機構通過下級委員

會，協調12個政府部門或機構的有關計算機和通訊技術的R&D項目，并重點組織實施了5個具有長期戰略意義的項目計劃。

這種體制即發揮了專業機構的積極性和技術特長，又加強了統一協調，避免重復研究和

分散競爭資源的局面，提高了政府資助的整體效果。

(四)以多種方式支持計算機技術

除了資助研究開發以外，美國政府對計算機技術市場的形成發揮了重要作用。美國政府是高新技術的最大用戶，政府采購為高新技術創造了巨大的市場。

從半導體到超級計算機，在許多領域中，政府創造了計算機及其技術的市場，促進新技術的標準化和核心技術在計算機行業的推廣。例如，聯邦政府為阿波羅號航天飛機采購的集成電路以及國防部的洲際彈道導彈項目都對集成電路生產能力的提高形成了一種刺激。為開發核武器，能源部及其前身機構對高性能計算機的需求驅動了早期超級計算機市場的形成。美國政府的統計體系也是早期計算機及其軟件的大用戶。在軟件方面，通過建立聯邦數據處理標準，聯邦政府促使市場向“美國國家標準機構”制定的COBOL(面向商用的通用計算機語言)不斷靠近；為使FORTRAN程序語言擴展應用于并聯計算機，政府資助了高級FORTRAN論壇項目。

反壟斷訴訟也具有深遠的影響。例如，1952年出現了針對IBM的反壟斷訴訟案，要求IBM公司出賣或出租其設備，以幫助其它公司進入這一商業領域。同時要求IBM公司對其包括電子計算機在內的所有有關信息處理設備的現有及未來專利實施許可制度，并規定了許可的比率。“司法部反壟斷部門”的負責人認為，IBM訴訟案是“開放電子領域的一個進步”，為其他公司進入計算機行業打開了方便之門。

(五)保持戰略產業在國際競爭中的領先地位

篇（5）

目前國內光纖光纜的生產能力過剩，供大于求。特種光纖如FTTH用光纖仍需進口，但總量不大，國內生產光纖光纜價格與國際市場沒有差別，成本無法再降，已經是零利潤，在國際市場沒有太強競爭力，出口量很小。二十年來的光技術的兩個主要發展，WDM和PON，這兩個已經相對比較成熟。多業務傳輸發展平臺兩個方面，一方面是更有效承載以太網業務、數據業務，另一方面是向業務方面發展。AS0N的現狀是目前的系統只是在設備中，或是在網絡中實現了一些功能，但是一些核心作用還沒有達到。

二、光纖通信技術的趨勢及展望

目前在光通信領域有幾個發展熱點即超高速傳輸系統、超大容量WDM系統、光傳送聯網技術、新一代的光纖、IPoverOptical以及光接入網技術。

（一）向超高速系統的發展

目前10Gbps系統已開始大批量裝備網絡，主要在北美，在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應用。但是，10Gbps系統對于光纜極化模色散比較敏感，而已經鋪設的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbps系統的要求，需要實際測試，驗證合格后才能安裝開通。它的比較現實的出路是轉向光的復用方式。光復用方式有很多種，但目前只有波分復用(WDM)方式進入了大規模商用階段，而其它方式尚處于試驗研究階段。

（二）向超大容量WDM系統的演進

采用電的時分復用系統的擴容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用率低于1％，還有99％的資源尚待發掘。如果將多個發送波長適當錯開的光源信號同時在一級光纖上傳送，則可大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復用(WDM)的基本思路。基于WDM應用的巨大好處及近幾年來技術上的重大突破和市場的驅動，波分復用系統發展十分迅速。目前全球實際鋪設的WDM系統已超過3000個，而實用化系統的最大容量已達320Gbps(2×16×10Gbps)，美國朗訊公司已宣布將推出80個波長的WDM系統，其總容量可達200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。實驗室的最高水平則已達到2.6Tbps(13×20Gbps)。預計不久的將來，實用化系統的容量即可達到1Tbps的水平。

（三）實現光聯網

上述實用化的波分復用系統技術盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點到點通信為基礎的系統，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無疑將增加新一層的威力。根據這一基本思路，光光聯網既可以實現超大容量光網絡和網絡擴展性、重構性、透明性，又允許網絡的節點數和業務量的不斷增長、互連任何系統和不同制式的信號。

由于光聯網具有潛在的巨大優勢，美歐日等發達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預研，特別是美國國防部預研局(DARPA)資助了一系列光聯網項目。光聯網已經成為繼SDH電聯網以后的又一新的光通信發展。建設一個最大透明的、高度靈活的和超大容量的國家骨干光網絡，不僅可以為未來的國家信息基礎設施(NJJ)奠定一個堅實的物理基礎，而且也對我國下一世紀的信息產業和國民經濟的騰飛以及國家的安全有極其重要的戰略意義。

（四）開發新代的光纖

傳統的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳送網絡的發展需要方面已暴露出力不從心的態勢，開發新型光纖已成為開發下一代網絡基礎設施的重要組成部分。目前，為了適應干線網和城域網的不同發展需要，已出現了兩種不同的新型光纖，即非零色散光(G.655光纖)和無水吸收峰光纖(全波光纖)。其中，全波光纖將是以后開發的重點，也是現在研究的熱點。從長遠來看，BPON技術無可爭議地將是未來寬帶接入技術的發展方向，但從當前技術發展、成本及應用需求的實際狀況看，它距離實現廣泛應用于電信接入網絡這一最終目標還會有一個較長的發展過程。

（五）IPoverSDH與IpoverOptical

以lP業務為主的數據業務是當前世界信息業發展的主要推動力，因而能否有效地支持JP業務已成為新技術能否有長遠技術壽命的標志。目前，ATM和SDH均能支持lP，分別稱為IPoverATM和IPoverSDH兩者各有千秋。但從長遠看，當IP業務量逐漸增加，需要高于2．4吉位每秒的鏈路容量時，則有可能最終會省掉中間的SDH層，IP直接在光路上跑，形成十分簡單統一的IP網結構(IPoverOptical)。三種IP傳送技術都將在電信網發展的不同時期和網絡的不同部分發揮自己應有的歷史作用。但從面向未來的視角看。IPoverOptical將是最具長遠生命力的技術。特別是隨著IP業務逐漸成為網絡的主導業務后，這種對JP業務最理想的傳送技術將會成為未來網絡特別是骨干網的主導傳送技術。

（六）解決全網瓶頸的手段一光接入網

近幾年，網絡的核心部分發生了翻天覆地的變化，無論是交換，還是傳輸都己更新了好幾代。不久，網絡的這一部分將成為全數字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網絡，而另一方面，現存的接入網仍然是被雙絞線銅線主宰的(90％以上)、原始落后的模擬系統。兩者在技術上存在巨大的反差，制約全網的進一步發展。為了能從根本上徹底解決這一問題，必須大力發展光接入網技術。因為光接入網有以下幾個優點：（1）減少維護管理費用和故障率；（2）配合本地網絡結構的調整，減少節點，擴大覆蓋；（3）充分利用光纖化所帶來的一系列好處；（4）建設透明光網絡，迎接多媒體時代。

參考文獻：

[1]趙興富，現代光纖通信技術的發展與趨勢.電力系統通信[J].2005(11):27-28.

篇（6）

1我國化學灌漿技術發展成績

化學灌漿(ChemicalGrouting)是將一定的化學材料(無機或有機材料)配制成真溶液,用化學灌漿泵等壓送設備將其灌入地層或縫隙內,使其擴散、膠凝或固化,以增加地層強度、降低地層滲透性、防止地層變形和進行混凝土建筑物裂縫修補的一項地基處理和混凝土修補技術.即化學灌漿是化學與工程相結合,應用化學科學和化學漿材解決地基和混凝土缺陷處理(加固補強、防滲堵漏),保證工程的順利進行或借以提高工程質量的一項工程技術.隨著化學灌漿技術的發展和進步,現己成為現代工程中頗具特色且不可或缺的一項先進技術

國外化學灌漿最初是適應于地基處理和采礦業發展的需求而發展起來的,其可靠性得到公認并被廣泛采用至今己有80年以上的歷史.我國的化學灌漿技術應用與研究起步較晚,但發展較快并有自已的獨創.如果以1953年在佳木斯等地采用堿性水玻璃進行化學灌漿算起,也才只有50年的歷史五十年來，我國在化學灌漿技術這個小領域取得了成績[3]，主要表現在以下方面：

(1)化學灌漿從無到有，從小到大發展起來，已成為我國現代工程技術不可或缺的一個組成部分

(2)國外有的常用化學灌漿漿材品種，我國基本上都已開發出來（如環氧[1]、甲凝、丙凝、丙烯酸鹽、酸性和堿性水玻璃、水溶性、非水溶性和彈性聚氨酯、脲醛樹脂、鉻木素等）

(3)化學灌漿漿材品種開發中還有一些獨創.如甲凝、彈性聚氨酯,甲氰凝和環氧—聚氨酯,丙烯酸酯—聚氨酯等互穿網絡灌漿材料

(4)化學灌漿設備的研制開發已基本能適應和滿足國內化灌工程的要求[8].如化學灌漿泵、灌漿阻塞器、密閉配輸漿裝置和各種封縫材料等．

(5)化學灌漿技術已在國內水電（大壩、堤防、水庫、電站）、建筑（地上、地下、人防）、交通（公路、鐵路、隧道、橋梁、港口、機場）和采礦等四大部門得到推廣應用

(6)化學灌漿技術應用已解決了許多工程難題，取得良好的效益.以水利為例，如三峽[4]、葛洲壩、龍羊峽、丹江口、陳村、鳳灘、萬安等水利樞紐都是采用化學灌漿技術解決一些工程技術難題的典型例子

(7)化學灌漿已從工程完建后的應用，發展到工程興建前設計中就采用.如三峽化灌帷幕預計15000米，化灌加固地基預計3000米

(8)化學灌漿技術在一些方面已具國際先進水平，如青海龍羊峽大壩采用中化798環氧漿材處理G4偉晶巖劈裂帶和三峽大壩采用CW環氧漿材處理F1096軟弱夾層及斷層破碎帶的水泥—化學復合灌漿技術均堪稱國際上處理低滲透性軟弱巖土地層的先進技術

(9)化學灌漿理論上也有一些突破和創新[6][7].如漿液擴散半徑的計算理論、漿液濕面粘接理論、減低漿液毒性的拮抗理論、漿液吸滲理論等

(10)化學灌漿技術出版物取得豐收.自上世紀八十年代以來己出版專著十余部.包括水利學報、水利水電技術、巖土工程學報、巖石力學與工程學報、長江科學院院報在內的全國132家科技期刊都選登化學灌漿的研究論文.近5年選登的論文就有200余篇

以上十個方面成績,足以說明我國化學灌漿技術的進步和發展水平.此外,全國研究化學灌漿技術的工程科技人員已成立了中國水利學會化學灌漿分會,現掛靠在長江科學院.追溯到1968年,學會己舉行過16次學術交流活動,出版了7部論文集,這些學術活動對推動我國化學灌漿材料的研發和化學灌漿技術的發展起了很好的作用

2.化學灌漿技術近期發展展望

我國化學灌漿技術近期應在前50年的基礎上更具活力的繼續向前發展,而無公害、耐久性好、適應工程各種苛刻要求且價格低廉的化學灌漿漿材的開發、應用和推廣;化學灌漿技術的研究、改進和提高;化學灌漿設備、儀器生產的定型化、系列化、成套化、標準化和環保化及產品質量的持續改進和提高等必然是其發展方向

2.1.無公害漿材的開發

(1)無毒催化劑的研制.環氧樹脂漿材粘接強度高、穩定性好,因此是固結灌漿最常用的漿材.該漿材毒副作用主要來自所采用的固化劑和溶劑.在過去的近20年中,對環氧漿材胺類固化劑的降低毒性研究己取得一些成果,國內生產出商品名為T31、810、X-89、CD等毒副作用較低的一批改性胺類固化劑,對環氧漿材的推廣應用起了較好作用,今后還應朝這個方向繼續努力

(2)無溶劑型漿材的開發.環氧樹脂一般粘度都較大,制成化灌漿材一般都要添加有機溶劑,但很多有機溶劑不但氣味難聞,而且具有毒副作用(如糠醛),添加后往往會產生環境問題.因此,人們在研究無毒副作用環氧固化劑的同時,也展開了無溶劑型環氧漿材的研制.無溶劑型環氧漿材的研究將得益于環氧樹脂工業的發展,國內一些化工廠生產的低分子量環氧樹脂粘度僅為20-25mPa.s.,這對今后無溶劑環氧化灌漿材的發展開辟了較好的前景.除此之外,把丙烯酸酯等樹脂開發成無溶型漿材己呈現出更加美好的前景,值得努力探索

(3)水做介質的化灌漿材的研制.水做介質,不用有機溶劑,對化灌漿材的無公害化是很有益的.過去已開發了LW、HW等為數不多的水溶性聚氨酯漿材,今后對水溶性漿材應放開視野,相信在有機或無機水溶性漿材開發和應用上將會呈現出較為理想的進展

(4)某些已有漿材改造的研究.1974年,日本曾因使用抗滲性好的丙凝化灌漿材污染水質,引起飲水中毒事件而宣布禁用丙凝.之后,具有丙凝相似性能的丙烯酸鹽漿材得到發展,但其主要成分丙烯酸鎂仍存在一定的毒副作用,而科技工作者采用拮抗原理,在丙烯酸鹽漿材中加入鈣鹽和適量的某種拮抗劑,卻使其毒副作用下降到僅為丙凝的1%,成為實際無毒漿材[12].這個例子說明,我們可以探索通過對己有的某些化灌漿材進行改造,降低毒性,達到可使用標準

2.2.對工程各種苛刻要求相適應的漿材開發

(1)新型高親潤、高滲透性化灌漿材的研究.雖然目前我們已有了一些高滲性的化灌漿材,解決了不少工程難題,但所用溶劑和固化劑多半都有毒副作用,不適宜環境標準,對工程地基微細裂隙、斷層破碎帶和泥化夾層及混凝土微細裂隙的處理仍有探索新型高親潤、高滲透性、無毒副作用化灌漿材的必要.這很大程度取決于表面活性劑和活性稀釋劑體系的研究改進

(2)彈性化灌漿材的開發.在工程伸縮縫止水和混凝土活縫、變形縫補強灌漿中需要具有彈性的化灌漿材.過去雖說也有一些開發,但必竟質量還不夠高.今后除應加強對已有彈性環氧和彈性聚氨酯等漿材提高質量和消除毒副作用方面的研究外,更為重要的則是加強對能賦于環氧樹脂彈性的固化劑的開發研究[11],從而適應建設工程之急需

(3)快速固結漿材的開發.這里指的是漿液粘度又低,固化物性能優異,且固化時間可控制在幾十分鐘或幾小時以內的漿材的開發.采用低粘度環氧樹脂或新型活性稀釋劑和開發應用能促使環氧樹脂快速固化的新型環氧固化劑應能解決此課題.3.耐久性漿材的開發

耐久性概念含意較廣,它包括耐水、耐酸堿、耐候、耐紫外光、耐凍融和干濕循環、耐磨蝕、耐微生物作用(霉)等方面,耐久性漿材的開發可從以下幾個方面去探索

(1)通過對合成樹脂的接枝或相嵌共聚合反應,使化灌漿材中所采用的樹脂具備我們所要求的一些耐久性特性

(2)注重互穿網絡復合化灌漿材的研究.如己有的MU無溶劑漿材系丙烯酸酯--聚氨酯的復合[2]、PU/EP水下化灌漿材系聚氨酯—環氧樹脂的復合[10],他們都是互穿網絡復合化灌漿材.由于兩類樹脂復合及其互穿網絡結構,這就賦予他們超越任何單一樹脂組份的優良性能,值得深入研究

(3)加入鈉米材料對己有漿材進行改性.環氧樹脂加進納米材料改性的化灌漿材研究項目已獲得水利部基金資助,從現己拿出的初步成果來看,該項研究將會提升環氧漿材包括耐久性在內的多方面性能

2.4.價格低廉的漿材開發

(1)水玻璃漿材的改性.水玻璃漿材是化學灌漿史上最早使用的化學灌漿漿材,同時也是目前使用最廣泛的化學灌漿漿材之一.究其原因除該漿材具有無毒、粘度小、可灌性好等優點外漿材價格較低是個重要因素.該漿材不足處為凝膠時間調節不夠穩定、凝膠強度很低和凝膠穩定性較差,金屬離子易脫溶等,現多半用在臨時或半永久工程中.因此今后對其改性工作應著重在提高強度和耐久性方面做研究.加入某些活性物質進行改性是值得探索的方向

(2)紙漿廢液的無害化漿材開發.紙漿廢液做成化灌漿材價格較低.將該廢液中加鉻類催化劑便可制得現稱為鉻木素的該漿材.因鉻類催化劑中六價鉻離子有毒,該漿材大家不敢用.故隨后開發出多種無鉻催化劑的高強木素漿材,今后應對其進行提高性能研究,以便推廣應用

以上四條主要集中在無公害、多用途和耐久性漿材研究、開發上,至于漿材的定型化、系列化、標準化當然是化灌技術發展的必然要求,這里就不贅述

2.5.化灌技術的改進、提高和創新

已有化灌技術的總結、改進和提高研究.前已敘述了在過去的50年中,我國有包括水電等大量的建設工程應用過化學灌漿技術,有許多采用化灌解決工程難題的典型經驗,其中有些已有初步總結,如復合灌漿技術等;有些則尚待總結,如化灌的密閉傳輸、自動記錄、集中管理和實時監控技術等.不管過去有無總結,現有的化灌技術都需要從事化灌技術研究的專家、學者與有經驗的工程技術人員相結合,在總結實踐經驗的基礎上改進、提高,并能有所創新

2.6.化灌設備儀器的系列化、成套化、標準化和環保化

(1)高性能化學灌漿泵的系列化、成套化和標準化.高性能化學灌漿泵是實施化灌作業的主要設備,國內有多家研究所和小企業能研制和開發,但都只能小批量生產或試生產.今后應定點、定型生產,并向產品的系列化、成套化、標準化方向發展,以方便推廣應用化灌技術

(2)化學灌漿自記儀的研制.化學灌漿自記儀的研制可有效地避免人工記錄難免出現的一些差錯,將對提高隱蔽工程中的化學灌漿質量起到很好的監控作用,并使化灌數據分析建立在可靠的基礎之上.化學灌漿自記儀在技術原理上與己有的水泥灌漿自記儀有所不同,目前國內已有幾套研制方案,但還未見樣品問世,很需要加快研制步伐,以應工程化灌監理之急需

(3)密閉式傳輸漿設備的研制.現己研制出的一些設備要滿足環境標準要求,保證安全生產

(4)現有產品提高質量研究.國內生產的一些化學灌漿設備儀器在加工精度和質量上與國外同類型產品還有一定差距.因此,在這方面我們會有大量改進和提高工作需要去做

2.7.化學灌漿行業標準、規程、規范的制訂

篇（7）

經過近50年的發展，機械工業已經成為我國工業中具有相當規模和一定技術基礎的最大產業之一。1997年實現銷售收入13651億元，占全國工業的21%；利潤257億元，稅621億元，分別占全國工業的15%；出口創匯363億美元，占全國外貿出口額的20%。其發展速度高于同期工業的平均增長速度。

近年來，機械工業企業自主開發創新能力有所增強，1997年科技人員總數達48萬人，技術開發經費支出達85億元，占全行業銷售收入的0.62%，有57家大型企業建立了國家級技術中心，有9%的企業建立了專門技術開發機構，行業整體技術水平有了明顯進步，主要表現在：為國民經濟提供成套技術裝備和汽車的能力有較大提高；產品結構正向合理化方向發展。

盡管機械工業的綜合技術水平近幾年有了大幅度提高，但與工業發達國家相比，仍存在著階段性的差距。主要問題在于：

1．科技進步對機械工業增長的貢獻率目前僅為34%，先進國家高達70%以上。

2．產品設計技術、制造工藝及裝備、制造過程自動化技術、管理技術落后，是制約機械產品水平的主要因素。

3．機械產品技術水平不高，達到80年代末、90年代初國際先進水平的僅占18%，達到80年代中期國際水平的占27%，其余產品均在80年代以前的水平線上。

從總體上看，機械工業技術開發能力和技術基礎薄弱，發展后勁不足；技術來源主要依靠引進國外技術，對國外技術的依存度較高，對引進技術的消化吸收仍停留在掌握已有技術和提高國產化率上，沒有上升到形成產品自主開發能力和技術創新能力的高度。

（二）技術發展的總體目標

以數控機床、電力電子應用及自動化技術、大型農業機械和施工機械、轎車關鍵技術、環保裝備五個方面作為重點，以發展和應用先進制造技術為手段，以高新技術和產品的產業化為突破口，以提高企業技術創新能力和競爭力為目標，提高企業技術創新水平。到2001年，提供1000種具有自主知識產權和較大市場需求潛力的產品。主要產品品種的40%達到90年代初國際水平，5%達到國際先進水平，90%的重點骨干企業產品標準接近或達到國際先進企業標準。

（三）技術發展的方向和重點

1．以數控機床為代表的基礎機械

數控機床是先進制造業的基礎機械，是最典型的多品種、小批量、高技術含量的機電一體化產品。目前世界數控機床年產量超過15萬臺，品種超過1500種。1997年我國數控機床產量已達9051臺（占機床總產值20%以上），但由于國產數控機床不能滿足市場需求，在國內市場上的占有率逐年下降，每年仍需大量進口數控機床，進口額度大幅度增加。1996年進口達13924臺（價值12.46億美元）。

目前我國數控機床技術發展中存在的主要問題是：

（1）產品成熟度差，可靠性不高

國外數控系統平均無故障時間（MTBF）在10000小時以上，國內自主開發的數控系統僅3000～5000小時；整機平均無故障工作時間國外達800小時以上，國內最好只有300小時。

（2）產品品種少，不能滿足市場需求

國外數控機床品種已達到1500種，國內只有500多種,且性能水平低，高速、高效、高精度產品幾乎沒有。

（3）創新能力低，市場競爭力不強

生產數控機床的企業雖達百余家，但大多數都未能形成規模生產，企業效益差，創新能力低，制造成本高，產品市場競爭能力不強。

（4）數控機床行業的專業化零配件及部件的協作生產配套體系不健全，大多數企業都是“大而全、小而全”的結構模式。

近期我國在數控機床的發展方面，要采取跟蹤高級型、發展普及型、擴大經濟型，以普及型為主的策略，重點發展：

（1）經濟適用、量大面廣的產品

經濟適用的普及型數控車床、加工中心、數控銑床。

（2）高速、高效和專用、成套數控機床

高速、高效數控車床及加工中心；高效數控鍛壓成套裝備，其中包括，可自動換頭沖壓機床、復合式柔性沖壓中心、四邊折彎機等；大型精密模具數控成套裝備，其中包括數控仿型銑床及龍門式數控銑床、智能化電加工機床等。

（3）數控機床專業化配套系統

新一代數控及伺服系統系列產品；數控機床高速主軸、電主軸電機系列產品；數控機床機械手、刀庫及動力刀架系列產品；數控機床高速配套零部件及輔件系列產品；其中包括，高速滾珠絲桿、高速陶瓷軸承、高速防護裝置等系列產品。

發展目標：

（1）扶植重點企業開發經濟適用、量大面廣的數控機床并形成批量生產，使這些企業產品的市場占有率有明顯提高，成為名牌產品；

（2）發展數十種高速、高效、專用、成套數控機床系列新品種，以滿足汽車、農機、航空、模具等行業的需求；

（3）數控機床關鍵配套產品：數控系統，滿足國內數控機床50%的配套需求；高速主軸及電主軸年產達千套；機械手、刀庫、動力刀架及數控機床高速配套零部件、輔件系列產品滿足國內50%的配套需求。

2．電力電子應用及自動化技術

電力電子技術是集微電子、計算機和自動化技術于一體的綜合技術，是節能節材的最佳技術之一。目前，國外電力電子技術已經發展到以IGBT為代表的第三代，并向智能電力電子時展，我國現在仍處于以晶閘管為代表的第二代。國內電力電子市場品種滿足率僅35%，新產品市場基本上被國外產品占領。

現場總線智能儀表和總線式自動測試系統是集自動化技術、計算機技術和通信技術于一體的新一代自動化儀表系統，已成為世界范圍自動化技術發展的熱點，是當代工業自動化的主要標志。我國仍處于由模擬式儀表系統向數字式儀表系統過渡的模數混合式儀表系統階段，水平落后10～15年，因此在低技術產品市場上還占有80%左右份額，但在高技術產品市場的占有率不到60%，新產品市場幾乎全為國外產品占領。

因此，抓住當前時機在2～3年內以IGBT，現場總線智能儀表和自動測試系統為突破，攻克重點技術和產品，并實現產業化。這一領域重點發展：

（1）IGBT器件及其裝置，大功率晶閘管及其裝置

研制新一代雙極晶體管IGBT、高品質大電流IGBT等大功率晶閘管制造技術，并開發變頻調速裝置、逆變開關電源、大容量整濾源等的工程應用。

（2）現場總線智能儀表

研制開發變送、執行、配套等類現場總線儀表。產品產業化技術開發、并開展示范工程的應用研究。

（3）自動測儀系統和設備

開發總線式自動測試系統的基礎產品，形成適度規模，同時建立用于機電產品和社會公益事業的典型自動測試系統，做好示范和推廣應用。

3.大型農業機械和施工機械

（1）農業機械

工業發達國家農機產品在不斷采用新技術的基礎上，正向高效、節能、保護農業環境方向發展。目前我國已能生產14大類、3000多個品種的農機產品，但是產品的綜合技術水平僅相當于國外70年代水平。主要問題在于：

1）產品水平不高，品種不全綜合技術經濟指標落后，可靠性差，壽命短。以拖拉機為例，MTBF值國外可以達到330小時以上，而我國僅100余小時。品種上：大型缺，小型雜，不成系列。

2）產品生產達到經濟規模的少，重復生產、小規模生產，難以保證質量。

農機領域重點發展：

1）促進農業生產產業化的大中型拖拉機及配套農具拖拉機平均無故障時間從110小時提高到300小時以上；

2）聯合收割機聯合收割機可靠性系數從0.5～0.7提高到0.9以上；

3）主要農產品加工機械（含烘干倉儲機械）農村產業化和中西部地區脫貧致富需要的農產品深加工機械；

4）節水灌溉設備噴、滴灌設備將灌溉水的有效利用率由大水漫灌的40%提高到80%以上。

農機產品的使用可靠性及壽命指標普遍提高一倍以上，主要產品的技術標準與國際標準接軌。

（2）施工機械

施工機械是國民經濟大型工程項目建設必須的關鍵設備。我國已初步具備16個大類，3100多個品種規格產品的生產能力，部分產品已開始進入國際市場。但與國民經濟發展要求和國際先進水平相比較，差距還是很大。一是產品的綜合技術水平不高，尤其是產品的質量、壽命、可靠性、安全舒適性等指標以及機電一體化等高新技術的應用與國外先進水平還有很大的差距；二是產品結構性短缺，成套服務能力差，遠不能滿足需要，如路面施工機械基本上還要靠進口；三是大部分企業生產規模小，制約著行業經濟效益的進一步提高。

施工機械重點發展：

1）推土機、液壓挖掘機、輪式裝載機；

2）汽車起重機、大型叉車；

3）攤鋪機、壓路機；

4）無開挖式管道鋪設機；

5）江河湖庫清淤設備。

發展目標：

大型工程機械可靠性指標達到400小時，壽命指標達到10000小時。

4．轎車關鍵技術

我國汽車工業長期以卡車為主要產品，改革開放以后，轎車產品得到了快速發展。1998年轎車產量達到52萬輛。

我國汽車工業存在的主要問題：

（1）重復建設嚴重，造成無序競爭，難以集中形成實力，發揮規模效益。

（2）自主開發能力薄弱，大多數企業“九五”期間仍偏重于對生產環節進行改造，包括多數中外合資的零部件企業對產品開發能力建設幾乎沒有投入。目前，國內對轎車產品尚不具備自主開發能力，機電一體化的高新技術零部件產品還必須引進技術。

近期轎車重點發展：

（1）經濟型轎車

以轎車車身為突破口，利用技貿結合、與國外公司合作等方式，先抓車身聯合研制，并建立經濟型轎車的公用設計數據庫，與CAS、CAD、CAE、CAM等技術結合，形成我國汽車工業在經濟型轎車方面的自主開發能力。

（2）轎車動力總成

消化吸收引進技術，與國外有實力的企業進行合資、合作、聯合開發，在國產汽油機上普及電控燃油噴射技術（EMS），并研究開發缸內直噴（GDI）技術，開發應用電控機械變速器（AMT）技術。

（3）轎車關鍵零部件

以機電一體化汽車電子部件為突破口，從引進技術、合資入手，在保證高起點、大批量、專業化生產的同時，要集中力量抓緊下一代新產品的研制開發和應用，重點是電控防抱死制動系統（ABS）、安全氣囊（AirBag）、高效穩定的汽車尾氣三元催化轉換器，并達到與整車同步或超前發展。

（4）高附加值專用汽車和客車

重點開發各類高性能專用底盤。對專用汽車以低底盤車輛和沙漠越野車輛為主；客車以低地板城市客車為主，要求具有良好的動力性、操縱性、舒適性和低污染。

5．環保裝備

環保產業是防治環境污染、改善生態環境、促進資源優化配置、支持資源綜合利用的支柱產業。全世界環保機械的年銷售額約2000億美元，集中于美國、歐州、日本等經濟發達國家。我國環保機械行業基礎弱、起步晚，年產值僅100多億人民幣。隨著各方面對環境保護的日益重視，可持續發展戰略的實施，市場需求不斷增長，環保機械將成為機械工業新的經濟增長點。

環保機械行業主要差距在于：

（1）產品結構不合理，品種少

初級產品所占比重較大，具有當代水平的機電一體化產品少，急需的大型成套設備不能滿足現實市場需求。在目前3000多種環保機械產品中，約有五分之一的產品由于性能、可靠性、適用性、結構設計等原因，應該限制生產或限期淘汰。大型煙氣脫硫、脫氮成套設備、大型城市污水處理廠成套設備、大型城市垃圾處理廠成套設備目前主要依賴進口，高濃度有機廢水、難降解工業廢水處理

技術及設備發展緩慢。

（2）產品質量、技術水平比國際先進水平落后20年

相當多的產品沒有行業或國家標準，產品規格型號、基本性能參數不統一，質量檢測無依據。

（3）生產企業規模小、開發能力薄弱

規模小、裝備條件差、檢測手段不全的中小企業占全行業企業總數的78%。年產值在3000萬元以上的企業僅占全行業的3.2%，并且主要集中在電除塵器、袋式除塵器等少數幾種產品生產領域。

近期環保機械重點發展：

（1）煙氣脫硫設備

循環流化床鍋爐及爐內脫硫脫硝技術（CFPBC、PFBC技術）、大型整體煤氣化燃氣蒸汽聯合循環技術及裝備（IGCC技術）。

（2）城市污水處理成套設備

活性污泥法、氧化溝法、移動曝氣法為主體的城市污水處理成套設備，以日處理10～25萬噸污水處理廠為目標，提供污水處理成套設備、污泥利用和處置成套設備、控制和監測系統。

（3）城市固體垃圾處理和綜合利用裝備

城市生活垃圾分類、焚燒、堆肥技術及裝備，以日處理100噸、300噸處理廠為目標，提供垃圾處理成套裝備。

（4）環境監測儀器

便攜式多功能多參數水質監測儀、12種總量控制的污染物監測儀、大氣環境污染監測儀器和系統以及水處理過程自動控制系統等。提高產品檔次、水平、可靠性和精度。

主要目標：

篇（8）

隨著世界各國經濟的高速發展以及人口的迅速增長和集中，世界各國對水的需求日益增加，而地球上的淡水資源非常有限，淡水資源缺乏已成為全球性的問題。在尋求淡水資源方面各國紛紛把目光投向大海。據統計目前世界已有100多個國家水，其中嚴重缺水的已達20個，嚴重影響著人類生存和社會發展［!］。海洋中水的儲量為1338×107億m3,占全球的96.8，有著巨大的水資源，如何把它變為能被人類利用的淡水，成為急需解決的問題。

海水淡化就是要將高鹽度的海水通過一系列的過程轉變為低鹽度的海水。目前海水淡化的主要方法有：1）真空冷凍—汽相冷凝海水淡化新技術是依據海水的三相點理論，使海水同時蒸發與結冰得一種低能耗，輕腐蝕結垢的海水淡化方法；2）蒸餾法工藝簡單易于實現，但存在能耗多、成本費用高的缺

點；3）反滲透海水淡化方法是膜分離法的一種，即利用反滲透膜的分離作用使海水脫鹽，過程中不存在相變，因此與蒸餾法相比能耗較低，有著很大的發展前途，成為世界高科技競相開發的熱點。

隨著海水淡化技術的提高及成本的大幅度下降，世界各地正在興建或計劃興建許多大型海水淡化工廠，一個海水淡化的新時代已經來臨。

1真空冷凍及其特點

1.1真空冷凍原理

海水三相點是使海水汽、液、固三相共存并達到平衡的一個特殊點。若壓力或溫度偏離該三相點，平衡被破壞，三相會自動趨于一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點原理，以水自身為制冷劑，使海水同時蒸發與結冰，冰晶再經分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜法相比，能耗低，腐蝕、結垢輕，預處理簡單，設備投資小，并可處理高含鹽量的海水，是一種較理想的海水淡化法［!］。國外早在20世紀60年代就已開始研究，但目前為止尚沒有商業化，主要原因在于過程中產生的三相點蒸汽難以去除和冰晶的輸送、洗滌較難。華東理工大學研究開發的真空凍—汽相冷凝海水淡化技術采用低溫金屬表面，使三相點蒸汽直接冷凝成冰的方法，成功的解決了蒸汽的去除問題，并在實驗室完成了小型試驗裝置。真空冷凍—汽相冷凝海水淡化技術工藝包括脫氣、預冷、蒸發結晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟，淡

化水產品可達到國家飲用水標準。

1.2工藝研究

1.2.1脫氣

由于海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會在冷凝器內冷凝。這將升高系統的壓力，使蒸發結晶器內壓力高于二相點壓力，破壞操作的進行。顯然減壓脫氣法適合本系統。

1.2.2預冷

海水脫氣后可與蒸發結晶器內排出的濃鹽水和淡化水產生熱交換，預冷至海水的冰點附近。

1.2.3溫度和壓力

它們是影響海水蒸發與結冰速率的主要因素。

1.2.4冰—鹽水是一固液系統

普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實驗結果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。

1.2.5蒸汽冷凝

在蒸發結晶器內，除海水析出冰晶以外，還將產生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時移走，才能使海水不斷蒸發與結冰。

2蒸餾法海水淡化及其特點

2.1蒸餾法原理

把海水加熱使之沸騰蒸發，再把蒸汽冷凝成淡水的過程即為蒸餾法。蒸餾法是最早采用的淡化法，其優點是結構簡單、操作容易，所得淡水水質好等。蒸餾法有很多種，如多效蒸發、多級閃蒸、壓氣蒸餾、膜蒸餾等。

2.2蒸餾法特點

多效蒸發是一種較早應用的海水淡化法，由于結垢和腐蝕等問題，后被多級閃蒸法所取代。

2.2.1多級閃蒸

多級閃蒸是一種在20世紀50年展起來的海水淡化法，其原理是海水經過預熱后，進入閃蒸室，該閃蒸室的壓力低于將要進入的鹽水所對應的飽和蒸汽壓力，鹽水進入后即因過熱而進行閃蒸。閃蒸出的蒸汽冷凝后即為淡水。由于它的安全可靠，因此發展迅速，中東許多產油國所建的海水淡化工廠，大多采用多級閃蒸法，并且與發電廠結合。如阿聯酋建造了世界上最大的多級閃蒸海水淡化廠，就是與發電廠聯合生［2］。

2.2.2壓汽蒸餾

利用機械壓縮機把蒸汽壓縮、升壓和升溫（溫度升高10℃左右），并作為加熱和使海水蒸發的熱源，因此壓汽蒸餾在運行后不需外部提供加熱蒸汽，靠機械能轉化為熱能，過程效率高、比能耗低，而且過程不需冷卻水，結構緊湊，但壓汽機造價較高，容易腐蝕、結垢難于進一步大型化。

2.2.3膜蒸餾

熱海水接觸憎水微孔膜，由于膜另一側溫度較低，相應的飽和蒸汽壓亦低，膜面上的海水蒸發并透過膜的微孔到低壓側并在冷凝面凝結為純度較高的淡水。膜只起到汽水分離器和增加蒸發面積的作用。

3電滲析

電滲析是利用具有選擇透過性的離子交換膜在外加直流電場的作用下，使水中的離子定向遷移，并有選擇地通過帶有不同電荷的離子交換膜，從而達到溶質和溶劑分離的過程。電滲析主要有頻繁倒機電滲析（EDR）、填充離子交換樹脂電滲析，電滲析過程對不帶電荷的物質如有機物、膠體、細菌、懸浮物等無脫除能力。因此電滲析用于淡化制備飲用水不是最理想的方法。

4海水反滲透淡化

反滲透海水淡化是一種以壓力為驅動力的膜分離過程，是當今海水淡化領域研究、開發的熱點［3］。

4.1國際反滲透淡化技術發展現狀

目前反滲透膜的脫鹽率高于99.3，透水通量大大增加，抗污染和抗氧化能力不斷提高。反滲透海水淡化的技術進步表現在如下方面：

4.1.1反滲透膜的性能明顯提高

目前的反滲透復合膜系采用芳香族聚胺的材料，特征水通量是1978年的2倍，鹽的透過率大約是1978年的四分之一。

4.1.2功交換器的研制成功

一種新型能量回收裝置已經成功地用于海水反滲透淡化系統上，這種交換器是1998年反滲透海水淡化技術的一個新里程碑。

4.1.3段間能量回收透平的成功應用

段間能量回收透平適合于鹽含量較低的海水淡化系統，它可以增加系統的產水量或降低系統的能量消耗。

4.1.4微濾技術用于海水預處理［4］

采用微濾（或超濾）作為海水反滲透的預處理，不需加入絮凝劑、殺菌劑和余氯脫除劑等化學藥品同時也省去了保安過濾器，此技術由于改進了進水水質，不僅延長了反滲透膜的使用壽命，而且有助于

提高系統的回收率、降低運行費用。

4.1.5納濾技術在預處理中的應用［5］

沙特阿拉伯的SWCC,成功地開發出納濾（NF）作為海水的預處理技術，用于脫除硬度和總溶解固體，從而提高海水反滲透的操作壓力和系統的回收率，保證膜組件的運行安全。

4.1.6淡化成本的明顯下降

由于膜的性能不斷提高，高壓泵和能量回收裝置的性能持續進步，各種預處理新工藝的不斷提出，促使設備的運行管理更為簡單；更由于國際市場一體化的傾向，加大了海水淡化工程公司之間的競爭，使得設備的投資費用不斷降低，從而使反滲透海水淡化的造水成本不斷下降。

4.2國內反滲透海水淡化工程

據初步估計，國內運轉產水量大于100m3／d的反滲透淡化裝置總數量不少于500臺。用于海水淡化的有浙江省山鎮的500m3／d的反滲透淡化工程、浙江省泗縣馬跡山的350m3／d的反滲透淡化工程、以及遼寧省長海縣的1000m3／d的反滲透淡化工程

等。

目前，國內海水所用反滲透復合膜均從國外進口，國產反滲透膜與國外產品還存在一定的差距。反滲透膜是海水淡化的核心，其國產化與產業化若不能解決，勢必影響我國此領域將來的發展。淡化技術的關鍵在于反滲透膜具有較大的透水性和脫鹽率，目前在海水淡化中使用的反滲透膜主要有醋酸纖維素系列膜（CA）和聚酰胺系列膜（PS）。它們均由有機高分子構成，雖然具有制作工藝簡單、成本低等優點，但應用于海水淡化領域也存在著一些不足，如化學穩定性差、機械強度低等。這些缺陷限制了反滲透法處理海水技術的實用化和產業化。無機材料本身性能的優勢，使得無機膜替代有機膜應用在這方面成為可能。預計反滲透技術將是21世紀海水淡化的主要方法，專家普遍認為反滲透海水淡化具有投資費省、能耗低等優點。

5結語

地球上的淡水資源危機今后將愈加嚴重，而海水淡化是解決水問題的唯一途徑。海水淡化的成本是人們最關心的問題，鑒于自來水價格很低，因此淡化成本就不能太高。淡化水的成本是個很復雜的問題，它不僅與淡化方法有關，而且與工藝設計、選材、給水和淡化的水質、比能耗、地理、當地能源價格、投資來源、管理體制有密切關系。比較各種淡化方法，

反滲透淡化法的投資費和運行費都是低的。預計反滲透技術將是21世紀海水淡化的主要方法

參考文獻：

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4MarkWilfPhDKennethKlinko［J］采用新的前處理方法和改進膜性能對KL海水淡化系統的影響［A］’美國海

篇（9）

當前，電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎，正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來，電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用，實現高效率和高品質用電相結合。

一、電力電子技術的發展

現代電力電子技術的發展方向，是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學，向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件，表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮，目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

1.2逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機，交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內。

1.3變頻器時代

進入八十年代，大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展，為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合，出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世，導致了中小功率電源向高頻化發展，而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現，又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現代電子技術不斷向高頻化發展，為用電設備的高效節材節能，實現小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

二、現代電力電子的應用領域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會，同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代，計算機全面采用了開關電源，率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。

計算機技術的發展，提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源，根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定，桌上型個人電腦或相關的設備，在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦，就符合綠色電腦的要求，提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言，電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關電源

通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中，通常將整流器稱為一次電源，而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中，傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代，高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內，實現高效率和小型化。近幾年，開關整流器的功率容量不斷擴大，單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設備中所用集成電路的種類繁多，其電源電壓也各不相同，在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊，從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓，這樣可大大減小損耗、方便維護，且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上，對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加，通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能，并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源)，同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化，模塊采用高頻PWM技術，開關頻率在500kHz左右，功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展，要求電源模塊實現小型化，因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構，目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經逆變器變成交流，經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量，另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。

現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入，可以實現對UPS的智能化管理，進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速，已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速，其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要，已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器，將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅動交流異步電動機實現無級調速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期，日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年，其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調，96年引進生產線生產變頻空調器，逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外，還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略，精選功能組件，是空調變頻電源研制的進一步發展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源，代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流，IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經高頻變壓器耦合，整流濾波后成為穩定的直流，供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣，頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題，也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器，通過對多參數、多信息的提取與分析，達到預知系統各種工作狀態的目的，進而提前對系統做出調整和處理，解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A，負載持續率60%，全載電壓60~75V，電流調節范圍5~300A，重量29kg。

2.7大功率開關型高壓直流電源

大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV，電流達到0.5A以上，功率可達100kW。

自從70年代開始，日本的一些公司開始采用逆變技術，將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻，然后升壓。進入80年代，高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件，將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統的體積進一步減小。

國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制，市電經整流變為直流，采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下，輸出直流電壓達到55kV，電流達到15mA，工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時，將向電網注入大量的諧波電流，引起諧波損耗和干擾，同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象，即所謂“電力公害”，例如，不可控整流加電容濾波時，網側三次諧波含量可達(70~80)%，網側功率因數僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置，能克服傳統LC濾波器的不足，是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關電源供電系統

分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件，利用最新理論和技術成果，組成積木式、智能化的大功率供電電源，從而使強電與弱電緊密結合，降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力，提高生產效率。

八十年代初期，對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期，隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現，結合大規模集成電路和功率元器件技術，使中小功率裝置的集成成為可能，從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始，這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點，論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。

分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納，也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合，如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。

三、高頻開關電源的發展趨勢

在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源，傳統的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開關電源技術，其體積和重量都會大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中，更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術，更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。

3.1高頻化

理論分析和實踐經驗表明，電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz，提高400倍的話，用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機，還是通訊電源用的開關式整流器，都是基于這一原理。同樣，傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造，成為“開關變換類電源”，其主要材料可以節約90%或更高，還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化，帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益，更可體現技術含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊，含有一單元、兩單元、六單元直至七單元，包括開關器件和與之反并聯的續流二極管，實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年，有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去，構成了“智能化”功率模塊(IPM)，不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設計制造。實際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重，對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性，有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統的引線連接，這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計，達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片，再把整個模塊固定在相應的散熱器上，就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。另外，大功率的開關電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作，采用均流技術，所有模塊共同分擔負載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模塊再平均分擔負載電流。這樣，不但提高了功率容量，在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求，而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統可靠性，即使萬一出現單模塊故障，也不會影響系統的正常工作，而且為修復提供充分的時間。

3.3數字化

在傳統功率電子技術中，控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代，電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是，現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要，數字信號處理技術日趨完善成熟，顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調，也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以，在八、九十年代，對于各類電路和系統的設計來說，模擬技術還是有用的，特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決，離不開模擬技術的知識，但是對于智能化的開關電源，需要用計算機控制時，數字化技術就離不開了。

3.4綠色化

篇（10）

節水灌溉技術體系主要包括以下幾個方面：（1）灌溉水資源優化調配技術。主要包括地表水與地下水聯合調度技術、灌溉回歸水利用技術、多水源綜合利用技術、雨洪利用技術。（2）節水灌溉工程技術。主要包括渠道防滲技術、管道輸水技術、噴灌技術、微灌技術、改進地面灌溉技術、水稻節水灌溉技術及抗旱點澆技術。直接目的是減少輸配水過程的跑漏損失和田間灌水過程的深層滲漏損失，提高灌溉效率。（3）農藝及生物節水技術。包括耕作保墑技術、覆蓋保墑技術、優選抗旱品種、土壤保水劑及作物蒸騰調控技術。（4）節水灌溉管理技術。包括灌溉用水管理自動信息系統、輸配水自動量測及監控技術，土壤墑情自動監測技術、節水灌溉制度等。

2.節水灌溉新技術

目前，比較有發展潛力的節水灌溉新技術是：（1）與生物技術相結合的作物調控灌溉技術。就是從作物生理角度出發，在一定時期主動施加一定程度有益的虧水度，使作物經歷有益的虧水鍛煉，改善品質，控制上部旺長，實現矮化密植，到達節水增產的目的。（2）應用3S技術的精細灌溉技術。就是運用全球衛星定位系統（GPS）和地理信息系統（GIS），遙感技術（RS）和計算機控制系統，實時獲取農用小區作物生長實際需求的信息，通過信息處理與分析，按需給作物進行施水的技術，可以最大限度提高水資源的利用率和土地的產業率。T是農田灌溉學科發展的熱點和農業新技術革命的重要內容。（3）智能化節水灌溉裝備技術。就是把生物學、自動控制、微電子、人工智能、信息科學等高新技術集成節水灌溉機械與設備，適時地檢測土壤和作物的水分，按照作物不同的需水要求來實施變量施水，達到最優的節水增產效果。

3.節水灌溉技術發展趨勢

我國的節水灌溉技術發展呈現以下趨勢：（1）噴灌技術仍為大田農作物機械化節水灌溉的主要技術，其研究方向是進一步節能及綜合利用。不同噴灌機型有各自的優缺點，要因地制宜綜合考慮。軟管卷盤式噴灌機及人工移動式噴灌機比較適合我國國情。（2）地下灌溉已被世人公認是一種最有發展前景的高效節水灌溉技術。盡管目前還存在一些問題，應用推廣速度較慢，但隨著關鍵技術的解決，今后將會得到一定的發展。（3）地面灌溉仍是當今世界占主導地位的灌水技術。隨著高效田間灌水技術的成熟，輸配水有低壓管道化方向發展的趨勢。（4）農業高效節水灌溉技術管理水平越來越高。應用專家系統、計算機網絡技術、控制技術資源數據庫、模擬模型等技術的集成，達到時，空、量、質上的精確灌水，是今后攻關的重點。（5）節水綜合技術的開發利用，是提高水分利用率和水分利用效率的重要途徑，也是今后節水灌溉發展的方向。轉

4.發展節水灌溉技術的政策建議

（1）提高發展節水灌溉技術的認識。我國是一個水資源短缺的國家，隨著人口增加、經濟發展、社會進步，農業灌溉用水要在用水總量基本不增加的情況下保障我國糧食安全，只能走內涵式發展的道路，灌溉必須走節水型的發展道路。因此，我們應加大對發發展節水灌溉技術的宣傳教育力度，使全社會都來關心節水灌溉技術，形成一個較好的節水灌溉技術發展環境。

（2）形成發展節水灌溉技術內在機制。通過制定和運用好水價、水權這些經濟手段，對農業用水需求進行有效調控，削弱低效益膨脹型的用水需求，杜絕無效益浪費型的用水需求，促進節約農業用水的需求，從而推進節約灌溉技術發展。

篇（11）

2003年10月13日，IBM與中國國家教育部在京宣布，雙方將建立中國教育科研網格以促進全國高校在教育、科研及更廣泛項目上的全面合作。該項目由北京大學、華南理工大學、清華大學等12所大學聯合提出，是迄今由政府推出的最宏大的網格工程，也是迄今為止世界上規模最大的網格計算工程之一。其應用領域包括從生命科學、圖像處理到遠程教育等方面的眾多領域。到網格建成時，它將在教育科研網上把全國100所211工程建設重點大學的資源廣泛共享，并將在該工程完成時達到超過15萬億浮點運算的功能。美國《福布斯》雜志的科技版《ForbesASAP》2001年就曾預言下一代互聯網浪潮將是萬維網（WorldWideWeb）升級為網格（GreatGlobalGrid）。那么到底什么是網格呢？

1網格的涵義

1.1網格概念

網格就是一個集成的計算與資源環境，或者說是一個計算資源池。它能夠把整個互聯網集成為一臺巨大的超級計算機，實現全球范圍的計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源、設備資源甚至是人才等各種相關的廣泛分布的各種資源的全面共享。網格的根本特片是資源共享，消除資源孤島。當然，我們也可以構造地區性的網格、企事業內部網格、局域網網格甚至家庭網格和個人網格。可從以下三方面理解網格概念：

第一，從概念上，網格的目標是資源共享和分布協同工作。網格的這種概念可以清晰地指導行業和企業中各個部門的資源進行行業或企業整體上的統一規劃、部署、整合和共享，而不僅僅是行業或大企業中的各個部分自己規劃、占有和使用資源。

第二，網格是一種技術。為了達到多種類型的分布資源共享和協作，網絡計算技術必須解決多個層次的資源共享和合作技術，制定網格的標準，將Internet從通訊和信息交互的平臺提升到資源共享的平臺。但是目前并行計算、分布計算中間件等現行技術遠遠沒有解決多組織之間資源的共享問題，以及廣域范圍的多系統之間聯合處理和計算等網格計算所面臨的關鍵問題。因此，網格計算技術研究具有獨特性、緊迫性和挑戰性。

第三，網格是基礎設施，是通過各種網格綜合計算機、數據、設備和服務等資源的基本設施。這種設施的建立，將使用戶如同今天我們按需使用電力一樣，無需在用戶端配套大量的全套計算機系統和復雜軟件，就可以簡便地得到網格提供的各種服務。這樣，設備、軟件投資和維護開銷將大大減少。

圖1

1.2網格組成

網格環境的構建層次如圖1所示，主要由資源、中間件、工具軟件和應用程序等幾部分組成。其中資源由分布在Internet上的各類資源組成，包括各類主機、工作站甚至PC機，也可以是上述機型的機群系統、大型存儲設備、數據庫或其他設備。中間件是網格計算的核心，負責提供遠程進程管理、資源分配、存儲訪問、登錄和認證、安全性和服務質量（QoS）等。工具軟件和應用程序提供用戶二次開發利用的環境、工具、語言及接口等，以便更好地利用網格資源。

1.3網格的判斷標準

證判一個系統是否是網格，從根本上說，必須看此系統所能提供的應用、商業價值和科學結論，而不是它的系統結構。全球網格研究的鄰軍人物伊安·福斯特（IanFoster）對于網格作為三點限制：

首先，協調非集中控制資源。網格整合各種資源、協調各種使用者。這些資源和使用者在不同控制制域中，比如，個人電腦和中心計算機、相同或不同公司的不同管理單元；網格還解決在這種分布式環境中出現的安全、策略、使用費用、成員權限等問題。否則，只能稱得上本地管理系統而非網格。

其次，使用標準、開放、通用的協議和界面。網格建立在多功能的協議和界面之上，這些協議和界面解決認證、授權、資源發現和資源存取等基本問題。否則，只能是一個具體應用系統而非網格。

其次，使用標準、開放、通用的協議和界面。網格建立在多功能的協議和界面之上，這些協議和界面解決認證、授權、資源發現和資源存取等基本問題。否則，只能是一個具體應用系統而非網格。

第三，得到非平凡的服務質量。網格允許它的資源被協調使用，以得到多種服務質量，滿足不同使用者需求，如系統響應時間、流通量、有效性、安全性及資源重定位，使得聯合系統的功效比其各部分的功效總和要大得多。

2網格的體系結構

目前，比較重要的網格體系結構有兩個：一個是伊安·福斯特（IanFoster）等在早些時候提出的五層沙漏結構；另一個是以IBM為代表的工業界的影響下，在考慮到Web技術的發展與影響后，伊安·福斯特（IanFoster）等結構WebService提出的開放網格服務結構OGSA（OpenGridServicesArchitcture）。

2.1五層沙漏結構

五層沙漏結構是一種影響十分廣泛的結構，它的主要特點就是簡單，主要側重于定位的描述而不是具體的協議定義。其基本思想就是以"協議"為中心，也十分強調與API（ApplicationProgrammingInterfaces）和SDK（SoftwareDevelopmentKits）的重要性。

五層沙漏模型從底層開始分別為構造層、連接層、資源層、匯聚層和應用層。

網格構造層由各種物理資源所構成，包括存儲資源、計算資源、目錄、數據庫、網絡資源、傳感器等，構造層的基本功能就是控制和管理局部的資源，向上提供訪問這些資源的接口。

網格連接層實現構造層資源之間的通信、數據交換，定義了核心的通信和認證協議。

網格資源層建立在連接層的通信與認證協議之上，工、提供數據訪問、計算機訪問、狀態與性能信息訪問等服務。它考慮的是單個的局部資源，全局狀態和跨越分布資源集合的原子操作由匯聚層考慮。

網格匯聚層的主要功能是協調“多種”資源的共離，協同完成任務。匯聚層在資源基礎上，實現更高級的應用。匯聚層可分為通用的匯聚層和面向特定問題的匯聚層。

網格應用層是在虛擬組織環境中存在的，應用可根據上面作一層次上定義的服務來構造，它可以調用資源層的服務，也可以調用匯詞聚層的服務，從而滿足應用需求。拿電力系統做個比喻，前四個層次就相當于發電廠、電網、變電所和配電房，而應用層相當于住宅里的電閘、電表和電源插座。

其另一個重要特點就是沙漏形狀，如圖2所示。核心協議就形成了協議層次結構中的一個瓶頸，資源層和連接層共同組成這一核心的瓶頸部分，它們提供資源的安全訪問。

2.2開放網格服務結構OGSA

開放式的網格服務體系OGSA是一個由節點和連線構成的框架。該框架的節點是網格服務而網格服務之間的連線是網格服務相互交流時所用的語言。網格服務是特殊的網絡服務專供用來維持和管理網格體系。

OGSA網格也為五層結構，其結構同五層沙漏結構，自下而上為結構層、連接層、資源層、匯聚層及應用層。但OGSA結構較五層沙漏結構有著以下特點：

（1）以服務為中心的模型

如果說五層沙漏結構是以協議為中心的“協議結構”，其試圖實現的是對資源的共享，則OGSA就是以服務為中心的“服務結構”，其實現的是對服務的共享。OGSA將一切看作服務，并定義了“網格服務”，該服務提供了一組接口，這些接口明確遵守特定的慣例，解決服務發現、動態服務創建、生命周期管理、通知等問題。因此，網格是可擴展的網格服務的集合。簡單地說，網格服務=接口/行為+服務數據。

（2）統一的WebService框架

WebService描述了一種新出現的、重要的分布式計算范式，定義了一種技術，用于描述被訪問的軟件組件、訪問組件的方法以及找到相關服務才蝗發現方法，解決了發現和激發永久服務的問題。OGSA是符合標準的Webservice框架的。但是在網格中，大量的是臨時服務，因此OGSA對Webservice進行了擴展，提出的是網格服務（GridService）的模仿，使得它可以支持臨時服務實例，并且能夠支柱創建和刪除。

（3）突破科技應用領域

正如Web技術一開始是科學協議而出現的，但是后來在商業領域卻大量使用一樣，OGSA將原來主要在科技領域應用的網格技術轉移到工商業領域。OGSA而向服務的特點允許我們在不同的層次虛擬化資源，因此相同的機制與抽象可以應用于多個組織之間的分布式網格支持的協作，或者是跨越多個特點主要環境。

2.3應用實例：Globus系統

Globus是美國Argonne國家實驗室研發的網絡計算項目，有12所大學和研究機構參加該項目。Globus對資源管理、信息安全、信息服務、數據管理等網絡計算關鍵理論進行了研究，開發了在各種平臺上運行的網絡計算工具軟件（Toolkit），幫助組建和規劃大型網絡試驗平臺，開發大型網絡系統運行的應用軟件。Toolkit是Globus最重要的成果，其第一版在1999年推出。2003年1月13日，符合OGSA規范的GlobusToolkit3.0（Alpha版）已經在第一屆Globusworld會議上。這標志著OGSA已經從一種理念、一種體系結構，走到付諸實踐的階段了。Toolkit開放源碼，任何人都可以從其網站上直接下載源代碼。

Globus的協議分為五層：構造層、連接層、資源層、匯集層和應用層。每層都有自己的服務、API和SDK，上層協議調用下層協議的服務。網格內的全局應用都通過協議提供的服務調用操作系統。Globus的網格計算協議建立在互聯網協議之上，以互聯網協議中的通信、路由、名字解析等功能為基礎。在Globus看來，現有的共享方案，比如互聯網、B2B、ASP、SSP、Java、CORBA、DCE等，要么在共享配置的靈活性上、要么在共享資源種類上不能完全滿足虛擬組織的需要。同時，Globus并不試圖取代現有技術，而是希望在現有技術之上建立更高層次的共享。為了有效支持網格計算環境，Globus工具包針對Globus項目中提出的各種協議，提供了一系列的服務、軟件庫、編程接口（API）和使用例子。

迄今為止，GlobusToolkit已經成為事實上的網格標準。一些重要的公司，包括IBM、Microsoft、Compaq、Cray、SGI、Sun、Fujitsu、Hitachi、NEC等公開宣布支持GlobusToolkit。目前大多數網格項目都是基于GlobusToolkit所提供的協議及服務而建設的，例如美國的物理網格GriPhyN、歐洲物數據網格DataGrid、荷蘭的集群計算機網格DAS-2、美國能源部的科學網格、DISCOM網格、美國學術界的TeraGrid等等。

3網格的研究歷史與現狀

從美國、日本及歐洲的發達國家到印度這樣的發展中國家都啟動了大型網格研究計劃，并得到了產業界的大力支持。網格的發展到目前為止基本上可以劃分為以下幾個階段：

一是萌芽階段：在上個世紀90年代初期，主要是千兆網的測試床以及一些元計算的實施。

二是早期實驗階段：在上個世紀90年代中期到晚期，如I-WAY項目，還包括一些學術性的軟件項目，例如Globus、Legion等。

三是飛速發展階段：2002年以來，出現了大量的應用社團和項目，主要基礎市話的開發和使用，工業界對網格計算的興趣在增長，例如IBM、Platform、Microsoft、Sun、Compaq等重要的公司。同時也出現了一比較顯著的技術基礎，如GlobusToolkit，形成了具有相當規模和世界影響的全球網格論壇GGF（GlobalGriaForum）組織。

目前，IBM是網格系統和服務方面的領先供應商，已經為很多科技團體、政府機構、商業化用戶的網格系統提供了產品和服務，其中包括英國國家網格、荷蘭國家各、北卡州的生物網格等等。美國太陽微系統公司2002年了“網格引擎”企業版的測試版。HP公司也提出了UtilityComputing計劃和UtilityDataCenter產品。Oracle公司2002年11月推出面向網格的基于Globus的數據庫應用工具。2008年北京奧運會的計算機信息處理系統將應用網格，IBM、Oracle、SUN、NP都已推出了一系列可應用網格的產品。日本文部科學省2003年5月決定投資700億日元開發超大型網格計算機，它出現在世界上運算速度最快的計算機還快近10倍，將達每秒300萬億次。

我國“十五”863計劃的高性能計算專項和軟件專項等重大科研項目都與網格技術相關。目前，我國已開展了“國家高性能計算環境”和“先進計算基礎設施北京上海試點工程”兩個項目，對網格計算進行研究。中科院計算所正在進行的“織女星計劃”（Vega計劃）正是以元數據、構件框架、智能體、網格公共信息協議和網格計算協議為主要突破點對網格計算進行的研究。

4網格存在問題及發展前景

4.1存在問題

下一代互聯網技術是完全嶄新的，從光纖到路由器、交換機、上層服務器、操作系統、各種系統軟件和應用軟件都將產生革命性的變革。因而，在網格的發展道路上，Globus和它的各種替代版本將面臨巨大障礙。為實現網格的廣泛應用，還必須解決下列問題：

（1）標準是成功關鍵。就像TCP/IP協議是互聯網的核心一樣，構建網格計算也需要對標準協議和服務進行定義。迄今為止，網格計算還沒有正式的標準，但在核心技術上，GlobusToolkit已成為網格計算事實上的標準。

（2）網格資源動態分配問題。如何在動態、異構虛擬組織間實現協同的資源共享以及協同是網格中非常重要的問題。已有的一些并行和分布計算系統的資源分配技術，并不能很好地適應計算網格資源分配問題的特點。

（3）數據通過因特網時形成的延遲問題。智能軟件應確保按時傳送數據，否則，網格處理問題的手段將被限定在“并行運算”。并行計算在不同的機器上完成，某一臺計算機不需要等待另一臺計算機的處理結果。

（4）目前互聯網的數據傳輸能力不足問題。為此，發展網格要和建設下一代寬帶互聯網（如美國的“下一代Internet（NGI）”和“Internet2等”）結合起來。另一方面，采用無線移動和衛星通信，也是一種現實的途徑。

（5）進一步解決人機結合問題，使網絡格更加個性化、智能化和科學化。