经历了半个多世纪的气动技术，如今，己以崭新的面貌呈现在我们面前。气动技术早己不再停留在气缸、电磁阀、气源处理装置、气管和接头这些基础气动元件的纯气动控制，也不仅仅依靠从电气制造厂商处购得PLC程序控制器，然后通过自己的组装、调试来完成的一门自动化控制技术。如果说20世纪八、九十年代，气动产品将以标准化、模块化、集成化、智能化、微型化、系统化、低功耗和延长使用寿命为重点的发展方向。那么21世纪，或者今后相当长一段时间内，气动技术发展趋势则是一门集机械、电子、流体工程、真空、集成传感器技术、通信与信息处理、 微型化技术 、压电技术 、工程塑料 、视觉系统和仿生学等跨各学科为一体的综合自动化控制技术。今后元件的开发，不管是气动或非气动的自动化元器件，重要的是，都必须具有通信/诊断功能的统一接口界面，确保各种技术能无缝组合，真正实现机电一体化技术，在德国也有称之为特别精密技术。需要说明的是，当今的气动技术不能以词面的理解来解读，一言以敞之，作为自动化领域中的气动控制技术（气动产品制造厂商）己彻底打破了气动控制和电控的界限，如今的气动技术特别重视气动节能，强调控制/诊断/状态监测，“机电一体化”模块化设计思路（包括电驱动），即插即用，并积极开展和采用仿生物控制思想，用于工业控制领域。尤其对各类自动化元件的在线诊断/控制技术过程中的通信接口十分重视，以便发挥各类元器件的各自优势特性，又便于自动化控制系统中互相友好接合。

早在2000年，FESTO公司在企业发展规划的Basics中的 Automation章节中写道：“机械工程、电子工程和信息技术的界限已很模糊。毋庸置疑，高速发展的工业自动化已经到来并会继续促进这种趋势的发展。”并在Control章节中明确：“用空气移动物体只是一个方面，各个单独的步骤（控制）如果没有被有效地集成在一个综合控制过程中，就毫无意义了，FESTO是第一家把软件、传感器、阀以及气动和控制技术集成在一起的公司，这些因素产生互动效应，单独元件并入一个单元和综合系统，以追求产品完美的灵活性为宗旨，FESTO在预先计划时，已考虑新产品之间的协调性。”继后，是 FESTO公司体现这一思想的一个多产时期，开发了一系列机、气、电产品，如有带导向装置气驱动器，有总线接口的带阀气缸，仿生气动肌肉MAS，省气源消耗的真空发生器（VADMI-LS-P/N），CPX-FEC(FEC为FESTO公司的可编程控制器)＋阀岛，气动抓取系统（Handling & Postiong），直线马达电缸DNCE-LAS，电驱动（齿形带式带滚动导轨电缸DGE-RF，滚珠丝杆式带滚动导轨电缸DGE-SP），步进马达和马达控制器 MTR-ST/SEC-ST，伺服马达和马达控制器 MTR-AC/SEC-AC，Checkbox检测仪，工业视觉系统SBOC-M/SBOI-M，仿生搬运大象鼻子，智能机器鸟，及气动节能技术等等。

本文将以CPX-FEC（FEC为FESTO公司的可编程控制器）＋阀岛，仿生搬运大象鼻子，智能机器鸟，紧凑型视觉系统SBO..-M及气动节能技术等片断为例，阐说气动技术的发展趋势。

带诊断检测功能的CPX-FEC电气终断＋阀岛

带诊断检测功能的CPX-FEC电气终断＋阀岛是自控领域中最重要的工业通信和产品之一，它将气动元件和电子元件连接起来，既可作自动线控制之用，又可用于机器层面的诊断。CPX-FEC可直接安装在设备上（图1），方便简单，成本又低。

在许多情况下，及时获取最新信息都是至关重要的。在工厂生产过程中亦是如此。如果您知道所有的关键数据，就能够通过预防性维护避免设备故障，以最佳的方式对生产次序进行控制，并且更快速地识别故障原因。如果您希望无需亲临工厂即可及时获取最新信息，那么用于CPX电气终端的前端控制器CPX-FEC便是理想的选择。FESTO公司带FEC（为FESTO公司的PLC程序控制器）的CPX电气终端已经包括了基本的诊断功能，无需额外投入就可以使用。 机械设备由一个中心点监控，通过现有的网络进行配置和快速诊断，集成的以太网接口是自动化技术和信息技术的汇集点。CPX-FEC将自动化技术和信息技术连接在一起，使您可在办公桌上对设备进行监测（故障检测：电气变量方面的电压、接线，对压力、流量、温度的监控，或对计数功能方面如驱动器的循环周期等），通过因特网，可对设备进行配置和诊断（对机器/装置的故障定位：如对基本模型的故障定位方法确定和泄漏检测）。CPX-FEC的集成以太网接口不仅使自动化元件之间形成网络，而且为设备的操作者提供了常用的IT服务接口。例如，操作者可通过远程维护随时随地对设备进行监控，并在必要时通过在线访问改变其配置或参数。通过因特网可下载有关最新应用和特性的资料。通过集成的网络服务器可查看诊断信息和设备状态（识别故障元件：如节流阀、其它阀，识别故障类型：如破裂气管的泄漏）。通过TCP/IP对过程数据进行评估，当超出临界值或出现其他故障时，系统会通过电子邮件或手机短讯通知操作者，因此整个生产过程的透明度非常高。在通常情况下，在所有控制级均可进行快速诊断。安装了新型CPX-FEC之后，可通过FESTO网络监测器对故障进行快速分析（图2）。同时也可通过CPX-MMI手持型人/机接口可进行本地故障查找。

FESTO公司的仿生大象鼻搬运系统

仿生大象鼻搬运系统（图3）是FESTO公司和弗劳恩霍夫学院IPA的联合开发团队所开发的革命性创新技术，于2010年汉诺会工业博览会上展出，引起工业界的极大关注，荣获2010年度德国未来科技奖（Deutscher Zukunftspreis）。

仿生大象鼻搬运系统的结构和功能的灵感来源于大象的鼻子，其结构和工作方式以大象鼻子为原型，运用了气动比例抓手（含压电技术）、电驱动技术、现代工程塑料粘合制造技术（采用生成制造技术）和传感技术等合成后完成的。现代工程塑料粘合制造技术使得大象鼻仿生搬运系统有着特殊的高效和轻重量结构，利于自由移动，与大象鼻子有着同样优异的灵活性，自适应抓取，具有11个自由度，传感器会检测路径，并精确调整系统，可胜任一系列任务特定的运输方向，而传统搬运系统只能适用于直线运输方向。

仿生大象鼻搬运系统重新界定了人与机器之间的互动，仿生搬运系统为人与机器之间直接、安全的接触创造了良好的条件。与常规的工业机械手不同，仿生搬运助理符合安全规定，无需与人隔开。仿生搬运系统在未来应用场合和任何工作状况下都能保证安全性，可用于需要机器支持但又不会对人造成伤害的应用场合。可应用于农业、家庭、护理机构或用作工业搬运系统支持装配过程。

智能飞鸟

“智能飞鸟”（图4）是FESTO公司2011年汉诺会工业博览会上展出的展品，引起了工业界的轰动，在全世界40个国家360个新闻媒体相继作了报导，中国的中央电视台也播放这条新闻。智能飞鸟也荣获2011年度德国未来科技奖（Deutscher Zukunftspreis）。

FESTO采用优异的空气动力学设计，成功破译了鸟类飞行的奥秘——这也是人类自古以来的梦想。“智能飞鸟”是仿生技术的结晶，以银鸥为原型，采用轻质碳纤维结构＋聚氨脂泡沫挤压内衬制造技术，重量非常轻，具有绝佳的灵活性，可以自动起飞、飞行和降落，而这些都不需要额外的驱动机构。 “智能飞鸟” 的翅膀不仅可以上下拍打，还可扭转到特定的角度。从空气动力学和气流特性中获得的知识为我们带来了自动化领域的新方法和解决方案。

“智能飞鸟”躯干长度为1.07m，翅翼展开时为1.96m，重量为 450g。采用2组锂聚合物蓄电池，7.4V，450mA，电机功率23W，无线电传输。“智能飞鸟”驱动单元组合了复杂的控制系统，采用主动关节式耦合驱动单元（电驱动），结合提拉和推进功能，在飞行时具有无与伦比的效率水平。

“智能飞鸟”采用电驱动形式，尽管“智能飞鸟”里丝毫没有采用气动技术，但FESTO公司真是印证了10年之前曾提出 “机械工程、电子工程和信息技术的界限已很模糊。毋庸置疑，高速发展的工业自动化已经并且会继续促进这种趋势的发展。” 的诺言，换而言之，气动元件制造厂商的气/电产品分工概念己模糊，气动厂商不仅己向用户提供整套自动化解决方案和电驱动产品，并且在电驱动方面也能完成类似“仿生大象鼻搬运系统”和“智能飞鸟”等前沿课题。仿生大象鼻搬运系统和“智能飞鸟”将给我们传统认识的气动技术发展带来有益的启示。

FESTO公司从2000年开始成功研制了仿生气动肌肉以来，一直在仿生领域中孜孜不倦地追求着，图5是FESTO公司近年来在仿生技术的发展历程。从“智能飞鸟”耦合驱动单元集成技木中得到的收获，将随即应用到工业领域混合驱动技术的开发和优化中。

紧凑型视觉系统 SBO..-M（摄像系统）

紧凑型视觉系统 SBO..-M作为工厂自动化的一重要技术手段。有通信接口，集成了如Profibus或Ethernet，可用于过程监控，通过以太网可连接多个照相机，可短暂实现同步，检测和读码可同时进行 ；与视觉传感器相比更高的计算处理能力，通过电脑可方便地进行调试；可选择不同的记录模式，可抓拍生产过程，监控高速运动顺序（图6）。扫描速度快：230…2100 帧/s，640 x 480像素，VGA分辨率，帧频（全幅）185 fps ；集成的电子元件可进行记录和分类工作，例如运动顺序，为人眼不能及的诊断和调试提供辅助，因此，可提高生产率，降低调试和维修成本。 结构十分紧凑，重量轻，防护等级 IP65/IP67。自2003年，FESTO公司开发光学Checkbox检测仪之后，2005年，FESTO公司再次把紧凑型视觉系统 SBO..-M产品纳入公司的产品目录，以完善自动化控制从开始到最终包装检测的整个过程。

气动节能技术

德国FESTO公司对压缩空气的能耗问题的重视由来己久，早在21世纪初就提出一系列节约压缩空气的新措施。低碳化气动技术己是今后气动技术发展一个十分重要的风向标，只有低碳气动元件才会生存下去，否则将被其他控制元件逐步取代，原因是成本因素。

作为二次能源，压缩空气本身的电能消耗巨大。长期以来，人们认为液压驱动的工作介质——液压油是需花钱买的，而气动驱动中的压缩空气一度被认为是免费的，是取之不尽，用之不完的，或者说是非常低廉的，多数企业对压缩空气并不重视，因此造成的浪费非常巨大。

据空压机厂家提供的数据，空压机所消耗的电能，仅有19%转化成压缩空气，剩下的81%转化为热能。由此可见，真正能够利用的压缩空气是十分昂贵的。在大多数工厂嘈杂的环境内，通常难以分清是正常换向排气还是漏气，这就要借助于专用的超声波检漏仪来检测。其实，在使用气动技术的企业内，漏气是客观存在的。通常在刚安装调试至第1年时间段，泄漏为5%～10%，1～4年，泄漏为10%～30%，5年以上，泄漏可达30%～70%。我国企业应用的气动设备寿命普遍高于5年，甚至10年以上的都很多，因此减少泄漏对于气动技术低碳化十分重要，在节能方面存在巨大潜力。1m3压缩空气成本视不同空压机效力，约在0.08～0.11元。对4mm漏气折算每年的耗电成本，每年以8000h计算浪费达37630元。

气动技术低碳化不仅仅指减少泄漏，“气动技术全面低碳化”应贯穿在气动技术应用的每一个环节：从气源系统的配置、气动系统的节能设计、压缩空气质量的提高、节能型气动元件的选用、到气动元件泄漏的解决、压缩空气消耗的分析、泄漏的检测与维修、状态监视系统的建立，以及对缺乏气动应用基本知识的操作人员进行培训等等。

需要补充的是，气动技术全面低碳化是自动化技术发展的必然趋势，涉及到气动或电控技术的选择。科学的态度是按照工况实际需求，从使用方便性、经济成本（必须要考虑压缩空气的成本）、以及低碳化方面的综合考虑。同样，不勉强应用气动技术也是低碳化的一个方面。如：过去我可在遇到选择细长型气缸，考虑径向负载大时，传统上往往采用选择直径更大一档或二档的气缸，避免细长杆的受力状态，以加强它的刚度和抗径向负载能力，但气缸直径增加1倍，它的耗气也将增加4倍。近代的观念则是选择带导向装置的气缸（气缸直径小且抗扭转能力大），这是符合气动技术走向低碳的道路，另外，不采用过长的气管，过大的气管，过高的压力，过大的直径驱动器，在真空吸盘搬运中采用省气源的真空发生器，节能型气枪。气动元件具有操作控制方便，价格低廉等一系列优点，当面临诸如灰尘、油脂、水或清洁剂等恶劣的环境条件时，气动驱动器更显它的优越性。尤其是目前采用模块化的设计结构及安装技术，使其能方便、快速地改动某模块，便能使自动流水线很快投产。但它还是不能满足自动流水线上高节奏、高精确的定位要求。而且压缩空气是昂贵的，今后，省气源消耗的气动元件开发，省气源消耗的气动系统，将会提到日常事务中来，即便采用气动元件来控制的话，一定会十分珍惜气源成本。

气动技术将是衡量自动化程度水平的一个重要标尺。一个国家的工业化先进与否，看它的自动化程度水平；一个自动化程度水平高与低，看它的自动化控制的综合能力及自主创新能力，看“机电一体化”的发展程度；在现代工业自动化领域中，气动技术发展己成为一门跨各学科为一体的综合自动化控制技术，值得引起人们的注意，