对自动化的认识

1 对自动化的认识 2015 级自动化 152 班 李子樑 5 2 我常常会问自己这样的问题 将来你想做一份什么样的工作 选择了自动化 你具体想在哪一 领域深造 记得两年前开始大学报名选专业时就毫不犹豫的选择了电子信息科学类这一大类专业 纯粹是 处于对它强烈的好奇 大一学年末划分专业 经过几番考虑 我最终选择了自动化这一专业 说实话 虽然有老师在选专业前对各个专业做了简单的讲述 但由于高中丝毫没接触过自动化 的知识 当时我选择这个专业对自动化还是没有太多了解 随着大二专业基础课的学习以及和 高年级学长学姐的接触我才有了一定程度的了解 近日读了部分 控制论概念 方法与应用 这本书 并有幸听了来自北京邮电大学的钟信义老师以及一些杰出校友的精彩讲座 听着老师 们滔滔不绝 深入浅出的演讲 我对所学专业的了解更加深入了 也更加深刻地体会到了它的 应用领域竟然如此之广 自动化技术的发展历史 大致可以划分为自动化技术形成 局部自动化和综合自动化三个时 期 自动装置的出现和应用是在 18 世纪以前 古代人类在长期生产和生活中 为了减轻自己的 劳动 逐渐产生利用自然界动力代替人力畜力 以及用自动装置代替人的部分繁难的脑力活动 的愿望 经过漫长岁月的探索 他们互不相关地造出一些原始的自动装置 古代中国的指南车 以及 17 世纪欧洲出现的钟表和风磨控制装置 虽然都是毫无联系的发明 但对自动化技术的形 成却起到了先导作用 自动化技术形成时期是在 18 世纪末 20 世纪 30 年代 1788 年英国机械师 J 瓦特发明离心 式调速器 又称飞球调速器 并把它与蒸汽机的阀门连接起来 构成蒸汽机转速的闭环自动控 制系统 瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元 对第一次工业革命及后来控 制理论的发展有重要影响 人们开始采用自动调节装置 来对付工业生产中提出的控制问题 这些调节器都是一些跟踪给定值的装置 使一些物理量保持在给定值附近 自动调节器应用标 志着自动化技术进入新的历史时期 进入 20 世纪以后 工业生产中广泛应用各种自动调节装置 促进了对调节系统进行分析和综合的研究工作 这一时期虽然在自动调节器中已广泛应用反 馈控制的结构 但从理论上研究反馈控制的原理则是从 20 世纪 20 年代开始的 1833 年英国数 学家 C 巴贝奇在设计分析机时首先提出程序控制的原理 939 世界上第一批系统与控制的专业 研究机构成立 为 20 世纪 40 年代形成经典控制理论和发展局部自动化作了理论上和组织上的 准备 20 世纪 40 50 年代是局部自动化时期第二次世界大战时期形成的经典控制理论对战后发 展局部自动化起了重要的促进作用 在问题的过程中形成了经典控制理论 设计出各种精密的 自动调节装置 开创了系统和控制这一新的科学领域 这一新的学科当时在美国称为伺服机构 理论 在苏联称为自动调整理论 主要是解决单变量的控制问题 经典控制理论这个名称是 1960 年在第一届全美联合自动控制会议上提出来的 1945 年后由于战时出版禁令的解除 出现 了系统阐述经典控制理论的著作 1945 年美国数学家维纳 N 把反馈的概念推广到一切控制系 统 50 年代以后 经典控制理论有了许多新的发展 经典控制理论的方法基本上能满足第二 次世界大战中军事技术上的需要和战后工业发展上的需要 但是到了 50 年代末就发现把经典控 制理论的方法推广到多变量系统时会得出错误的结论 经典控制理论的方法有其局限性 20 世纪 40 年代中发明的电子数字计算机开创了数字程序控制的新纪元 虽然当时还局限 于自动计算方面 但 ENIAC 和 EDVAC 的制造成功 开创了电子数字程序控制的新纪元 电子 数字计算机的发明为 60 70 年代在控制系统中广泛应用程序控制和逻辑控制以及广泛应用电子 数字计算机直接控制生产过程奠定了基础 20 世纪 50 年代末起至今是综合自动化时期 这一时期空间技术迅速发展 迫切需要解决 多变量系统的最优控制问题 于是诞生了现代控制理论 现代控制理论的形成和发展为综合自 动化奠定了理论基础 同时微电子技术有了新的突破 1958 年出现晶体管计算机 1965 年出现 3 集成电路计算机 1971 年出现单片微处理机 微处理机的出现对控制技术产生了重大影响 控 制工程师可以很方便地利用微处理机来实现各种复杂的控制 使综合自动化成为现实 自动化 Automation 是美国人 D S Harder 于 1936 年提出的他认为在一个生产过程中 机器之间的零件转移不用人去搬运就是 自动化 自动化的概念是一个动态发展过程 过去 人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标 是以机械的动作代替人力操作 自动地完成特定的作业 这实质上是自动化代替人的体力劳动 的观点 后来随着电子和信息技术的发展 特别是随着计算机的出现和广泛应用 自动化的概 念已扩展为用机器 包括计算机 不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动 以自动地 完成特定的作业 今天看来自动化的上述概念也还不完善 把自动化的功能目标看成是用机器代替人的体力 劳动或脑力劳动是比较狭窄的理解 这种理解甚至在某种程度上阻碍了自动化技术的发展 例 如 有人就认为 中国人多 搞自动化没有很大的必要 今天 自动化已远远突破了上述传统的概念 具有更加宽广和深刻的内涵 自动化的广义内涵至少包括以下几点 在形式方面 制造自动化有三个方面的含义 代替 人的体力劳动 代替或辅助人的脑力劳动 制造系统中人机及整个系统的协调 管理 控制和 优化 在功能方面 自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分 自动化的功能目标是多方面的 已形成一个有机体系 在范围方面 制造自动化不仅涉及到具 体生产制造过程 而是涉及产品生命周期所有过程 自动化是一个动态概念 有着十分广泛和深刻的内涵 目前制造自动化技术的研究非常活 跃 主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术 人机一体化制造系统 制造单元技术 制 造过程的计划和调度 柔性制造技术和适应现代生产模式的制造环境的研究方面 自动化技术 的发展趋势有制造全球化 制造敏捷化 制造网络化 制造虚拟化 制造智能化和制造绿色化 自动化专业教育是伴随着自动化技术在社会生产 生活中的广泛应用而兴起的 它主要研 究自动控制的原理和方法 自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用 在这一 领域 美国处于世界领先水平 由于自动化技术的广泛应用 社会对这一专业的人才需求也大 为增加 为了适应这一形势 美国的大学及时地把这一专业的教育引进了课堂 因为这一专业 技能的适用性 这很快引起了青年学生浓厚的兴趣 这为以后美国在这一领域的迅速发展并遥 遥领先于他国奠定了雄厚的人才基础 我国在这一技术领域内的研究也比较早 但真正作为一门专业教育走进大学的课堂较之国 外就比较晚了 这也是后来我国这一领域的后备人才不足 与其他国家产生差距的一个重要原 因 建国初期 人民政权面临的是百废待兴的局面 社会主义经济建设需要有先进的生产技术 于是在党和国家的支持下 一批学校如清华大学 北京大学 上海交通大学 北京理工大学都 纷纷设立了相关专业教育和专业技术研究所 改革开放后 迎着第四次新科技革命的浪潮 自动化专业教育得到了长足的发展 除原先 已经开设与此相关专业的高等院校外 另有一大批高校如北京邮电大学 北京航空航天大学 东南大学 南京大学等都增设有此专业 据统计开设有自动化专业教育的学校已占全国高等院 校的 90 还多 因为其广泛的适用性和社会对这一专业人才的广泛需求 它受到了越来越多的 人的青睐 一般的院校每年都以 200 300 人的招生量广纳贤人 有的高校甚至还要多 学历层 次也由专科 本科到硕士 博士不等 形成了梯级人才培养的教育模式 近些年 在这一领域 涌现出许多著名的教授 专家 师资力量大为增强 例如清华大学自动化系的吴澄教授在系统 集成技术方面的造诣很深 陈禹六 熊光楞 杨家本 杨士元 萧德云教授等在各自的研究领 域成果颇丰 同济大学的吴启迪教授长期从事现代控制理论与应用 自动化系统工程和计算机 4 集成制造系统及智能自动化系统的理论与应用研究 东南大学自动控制系和自动化研究所拥有 以钱钟韩教授 冯纯佰教授两位中科院院士为首的高水平学科带头人 这些优秀的学者 专家 为我国新时期高科技的发展作出了卓越的贡献 展望新的世纪 随着信息革命的兴起和新经济的冲击 自动化专业教育必然会受到世界各 国的更加重视 因为这一技术已从办公自动化 工业自动化逐渐向家庭自动化发展 它与普通 民众的日常生活发生了千丝万缕的联系 更进一步的发展势在必然 我国在进入 90 年代以后 随着社会主义市场经济的搞活和对外开放政策的深入 社会对自 动化专业人才的需求日益扩大 并连续几年出现供不