自動化專業(yè)概論論文

自動化現(xiàn)況及前景展望趙詩泉(南京工程學(xué)院自動化學(xué)院數(shù)控091郵編211167)摘要：自動化專業(yè)主要研究的是自動控制的原理和方法，自動化單元技術(shù)和集成技術(shù)及其在各類控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。我國把自動化真正作為一門專業(yè)教育走進(jìn)大學(xué)的課堂較之國外比較晚了。這也是后來我國這一領(lǐng)域的后備人才不足，與其他國家產(chǎn)生差距的一個重要原因。改革開放后，迎著第四次新科技革命的浪潮，自動化專業(yè)教育得到了長足的發(fā)展自動化專業(yè)因為其廣泛的適用性和社會對這一專業(yè)人才的廣泛需求，它受到了越來越多的人的青睞。未來幾十年內(nèi)，自動化專業(yè)教育必將會有一個充分發(fā)展的空間，前景廣闊。關(guān)鍵詞：自動化;專業(yè)教育;發(fā)展現(xiàn)況；人才就業(yè)；前景趨勢AutomationStatusAndProspectZhaoShiquan(NanjingInstituteOfTechnologyAutomationDeptNumericalControl091ZIP211167)Abstract:Automationmajorresearchistheprincipleandmethodofautomaticcontrol,automationtechnologyandintegratedtechnologyanditsunitinallkindsofcontrolsystemoftheapplication.TheautomationtrueinChinaasaprofessionaleducationintotheuniversityclassroomcomparedtotheforeignislate.Thisisalsointhisfieldoflaterbackuptalentshortage,andothercountriesofthedifferenceisoneimportantreason.Afterthereformandopening,meetthefourthwaveofnewscienceandtechnologyrevolution,automationmajoreducationgotrapidprogress.Automationmajorbecauseitsextensiveapplicabilityandsocietytotheneedsofabroadrangeofprofessionaltalents,itismoreandmorepeopleofallages.Thenextfewyears,automationmajoreducationwillhaveafulldevelopmentspaceandbroadprospects.Keywords:automation;professionaleducation;developmentofcurrentsituation;talentemployment;futuretrend引言：我們的生活巳經(jīng)進(jìn)入信息化的時代，很多東西都被冠上了“自動”這個頭銜?，F(xiàn)代生活中的洗衣機(jī)、電冰箱、電飯煲等生活用品中可以感受到自動化控制給人們帶來的便利。數(shù)十年來，隨著自動化的發(fā)展，我國自動化專業(yè)教育相關(guān)行業(yè)發(fā)展等一系列裙帶行業(yè)都得到了很大的提高。隨著信息革命的興起和新經(jīng)濟(jì)的沖擊，自動化專業(yè)教育必然會受到世界各國的更加重視。因為這一技術(shù)巳從辦公自動化、工業(yè)自動化逐漸向家庭自動化發(fā)展，它與普通民眾的日常生活發(fā)生了千絲萬縷的聯(lián)系，更進(jìn)一步的發(fā)展勢在必然。其學(xué)生在畢業(yè)后能從事自動控制、自動化、信號與數(shù)據(jù)處理及計算機(jī)應(yīng)用等方面的技術(shù)工1-自動化的發(fā)展史1946年，美國福特公司的機(jī)械工程師D.S.哈德最先提出“自動化”一詞，并用來描述發(fā)動機(jī)汽缸的自動傳送和加工作。就業(yè)領(lǐng)域也非常寬廣，包括高科技公司、科研院所、設(shè)計單位、大專院校、金融系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、稅務(wù)、外貿(mào)、工商、鐵道、民航、海關(guān)、工礦企業(yè)及政府和科技部門等。本文將對自動化這些年來發(fā)展的歷程，現(xiàn)狀以及未來發(fā)展前景進(jìn)行闡述。時代在發(fā)展，社會在進(jìn)步，用發(fā)展的眼光看待自動化行業(yè)，著重未來，兼顧歷史，創(chuàng)新與理論并行，效率與技術(shù)同存，這才是世界歷史長河中自動化不顯蒼老的奧秘。我們有理由相信一副更為宏偉的自動化藍(lán)圖，前景光明，請君共勉！的過程。50年代，自動調(diào)節(jié)器和經(jīng)典控制理論的發(fā)展，使自動化進(jìn)入以單變量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)為主的局部自動化階段。作者簡介：趙詩泉（1991-）男江蘇南京江寧漢族學(xué)生自動化專業(yè)作者簡介：趙詩泉（1991-）男江蘇南京江寧漢族學(xué)生自動化專業(yè)70年代，自動化的對象變?yōu)榇笠?guī)模、復(fù)雜的工程和非工程系統(tǒng)，涉及許多用現(xiàn)代控制理論難以解決的問題。這些問題的研究，促進(jìn)了自動化的理論、方法和手段的革新，于是出現(xiàn)了大系統(tǒng)的系統(tǒng)控制和復(fù)雜系統(tǒng)的智能控制，出現(xiàn)了綜合利用計算機(jī)、通信技術(shù)、系統(tǒng)工程和人工智能等成果的高級自動化系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、辦公自動化、智能機(jī)器人、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)等。自動裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用是在18世紀(jì)以前。古代人類在長期生產(chǎn)和生活中，為了減輕自己的勞動，逐漸產(chǎn)生利用自然界動力代替人力畜力，以及用自動裝置代替人的部分繁難的腦力活動的愿望，經(jīng)過經(jīng)過漫長歲月的探索，他們互不相關(guān)地造出一些原始的自動裝置。古代中國的指南車以及17世紀(jì)歐洲出現(xiàn)的鐘表和風(fēng)磨控制裝置，雖然都是毫無聯(lián)系的發(fā)明，但對自動化技術(shù)的形成卻起到了先導(dǎo)作用。自動化技術(shù)形成時期是在18世紀(jì)末?20世紀(jì)30年代。1788年英國機(jī)械師J.瓦特發(fā)明離心式調(diào)速器（又稱飛球調(diào)速器），并把它與蒸汽機(jī)的閥門連接起來，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。瓦特的這項發(fā)明開創(chuàng)了近代自動調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用的新紀(jì)元，對第一次工業(yè)革命及后來控制理論的發(fā)展有重要影響。人們開始采用自動調(diào)節(jié)裝置，來對付工業(yè)生產(chǎn)中提出的控制問題。這些調(diào)節(jié)器都是一些跟蹤給定值的裝置，使一些物理量保持在給定值附近。自動調(diào)節(jié)器應(yīng)用標(biāo)志著自動化技術(shù)進(jìn)入新的歷史時期。進(jìn)入20世紀(jì)以后，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用各種自動調(diào)節(jié)裝置，促進(jìn)了對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合的研究工作。這一時期雖然在自動調(diào)節(jié)器中巳廣泛應(yīng)用反饋控制的結(jié)構(gòu)，但從理論上研究反饋控制的原理則是從20世紀(jì)20年代開始的。1833年英國數(shù)學(xué)家C.巴貝奇在設(shè)計分析機(jī)時首先提出程序控制的原理。1939年世界上第一批系統(tǒng)與控制的專業(yè)研究機(jī)構(gòu)成立，為20世紀(jì)40年代形成經(jīng)典控制理論和發(fā)展局部自動化作了理論上和組織上的準(zhǔn)備。20世紀(jì)40?50年代是局部自動化時期第二次世界大戰(zhàn)時期形成的經(jīng)典控制理論對戰(zhàn)后發(fā)展局部自動化起了重要的促進(jìn)作用。在問題的過程中形成了經(jīng)典控制理論設(shè)計出各種精密的自動調(diào)節(jié)裝置，開創(chuàng)了系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域。這一新的學(xué)科當(dāng)時在美國稱為伺服機(jī)構(gòu)理論，在蘇聯(lián)稱為自動調(diào)整理論，主要是解決單變量的控制問題。經(jīng)典控制理論這個名稱是1960年在第一屆全美聯(lián)合自動控制會議上提出來。20世紀(jì)40年代中發(fā)明的電子數(shù)字計算機(jī)開創(chuàng)了數(shù)字程序控制的新紀(jì)元，雖然當(dāng)時還局限于自動計算方面，但ENIAC和EDVAC的制造成功，開創(chuàng)了電子數(shù)字程序控制的新紀(jì)元。電子數(shù)字計算機(jī)的發(fā)明為60?70年代在控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用程序控制和邏輯控制以及廣泛應(yīng)用電子數(shù)字計算機(jī)直接控制生產(chǎn)過程奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代末起至今是綜合自動化時期，這一時期空間技術(shù)迅速發(fā)展，迫切需要解決多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。于是誕生了現(xiàn)代控制理論?，F(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展為綜合自動化奠定了理論基礎(chǔ)。同時微電子技術(shù)有了新的突破。1958年出現(xiàn)晶體管計算機(jī)，1965年出現(xiàn)集成電路計算機(jī)，1971年出現(xiàn)單片微處理機(jī)。微處理機(jī)的出現(xiàn)對控制技術(shù)產(chǎn)生了重大影響，控制工程師可以很方便地利用微處理機(jī)來實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，使綜合自動化成為現(xiàn)實。自動控制理論經(jīng)典控制理論是自動控制理論中建立在頻率響應(yīng)法和根軌跡法基礎(chǔ)上的一個分支。它的研究對象是單輸入、單輸出的自動控制系統(tǒng)（單變量控制系統(tǒng)），特別是線性非時變系統(tǒng)。經(jīng)典控制理論是以輸入輸出為特性（主要是傳遞函數(shù)）為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用頻率響應(yīng)法和根軌跡法這些圖解方法，分析系統(tǒng)性能裝置。在經(jīng)典控制理論的技術(shù)支持下，各種電子式控制器大量應(yīng)用于各種機(jī)械與電子系統(tǒng)，并是自動化設(shè)備真正能在無人控制的情況下更有效、更安全地工作，使生產(chǎn)出的產(chǎn)品一致性與質(zhì)量進(jìn)一步明顯提高。從而在機(jī)械化、電氣化發(fā)展的基礎(chǔ)上，得以形成自動化生產(chǎn)線（1926年美國建成第一條汽車底盤自動生產(chǎn)線，如圖1），并逐步發(fā)展成為發(fā)達(dá)國家工業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)模式。圖11926年美國建成第一條汽車底盤自動生產(chǎn)線現(xiàn)代控制理論是建立在狀態(tài)空間基礎(chǔ)上的一種研究多變量控制系統(tǒng)的控制理論，對控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計主要是通過對系統(tǒng)的狀態(tài)變量描述進(jìn)行的，基本方法是時域方法，是自動控制理論的一個主要組成部分?，F(xiàn)代控制理論研究高性能、高精度、多變量、變參數(shù)的多輸入、多輸出系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題，從而適應(yīng)了現(xiàn)代設(shè)備日益增加的嚴(yán)格要求?，F(xiàn)代控制理論是對系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行分析和綜合的理論，主要包括：線性系統(tǒng)理論、建模和系統(tǒng)辨識、最優(yōu)濾波理論、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等。多變量頻域法的共同特性是把一個多變量控制系統(tǒng)的問題轉(zhuǎn)化為一組單變量系統(tǒng)的設(shè)計問題?，F(xiàn)代頻域法巳成功地應(yīng)用于石油、化工、造紙、原子反應(yīng)堆、飛機(jī)發(fā)動機(jī)和自動駕駛設(shè)備中多變量系統(tǒng)的分析和設(shè)計上，取得了令人滿意的成果。20世紀(jì)70年代中期以來，自動控制理論不僅應(yīng)用于交通管理、生態(tài)控制、生物和生命現(xiàn)象的研究、積極科學(xué)以及社會系統(tǒng)等領(lǐng)域?，F(xiàn)代控制理論對人類征服太空也起到了不可磨滅的作用。1957年蘇聯(lián)發(fā)射了人類歷史上的第一顆人造衛(wèi)星，1968年美國阿波羅飛船登上了月球。第一臺數(shù)控機(jī)床（圖2）與第一臺工業(yè)機(jī)器人樣（圖7）于1952和1954年前后誕生。圖21952年美國MIT研制出第一臺數(shù)控機(jī)床圖7第一臺工業(yè)機(jī)器人自動化教育發(fā)展現(xiàn)況自動化專業(yè)教育是伴隨著自動化技術(shù)在社會生產(chǎn)、生活中的廣泛應(yīng)用而興起的。它主要研究自動控制的原理和方法，自動化單元技術(shù)和集成技術(shù)及其在各類控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，美國處于世界領(lǐng)先水平。由于自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，社會對這一專業(yè)的人才需求也大為增加，為了適應(yīng)這一形勢，美國的大學(xué)及時地把這一專業(yè)的教育引進(jìn)了課堂。因為這一專業(yè)技能的適用性，這很快引起了青年學(xué)生濃厚的興趣，這為以后美國在這一領(lǐng)域的迅速發(fā)展并遙遙領(lǐng)先于他國奠定了雄厚的人才基礎(chǔ)。我國在這一技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的研究也比較早，但真正作為一門專業(yè)教育走進(jìn)大學(xué)的課堂較之國外就比較晚了。這也是后來我國這一領(lǐng)域的后備人才不足，與其他國家產(chǎn)生差距的一個重要原因。建國初期，人民政權(quán)面臨的是百廢待興的局面，社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要有先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)。于是在黨和國家的支持下，一批學(xué)校如北京大學(xué)、上海交通大學(xué)都紛紛設(shè)立了相關(guān)專業(yè)教育和專業(yè)技術(shù)研究所。改革開放后，迎著第四次新科技革命的浪潮，自動化專業(yè)教育得到了長足的發(fā)展。除原先巳經(jīng)開設(shè)與此相關(guān)專業(yè)的高等院校外，另有一大批高校如北京航空航天大學(xué)、東南大學(xué)、南京大學(xué)等都增設(shè)有此專業(yè)。據(jù)統(tǒng)計目前開設(shè)有自動化專業(yè)教育的學(xué)校巳占全國高等院校的90%還多，因為其廣泛的適用性和社會對這一專業(yè)人才的廣泛需求，它受到了越來越多的人的青睞。一般的院校每年都以200—300人的招生量廣納賢人，有的高校甚至還要多，學(xué)歷層次也由?？?、本科到碩士、博士不等，形成了梯級人才培養(yǎng)的教育模式。近些年，在這一領(lǐng)域涌現(xiàn)出許多著名的教授、專家，師資力量大為增強(qiáng)，例如清華大學(xué)的吳澄教授在系統(tǒng)集成技術(shù)方面的造詣很深，熊光楞、楊家本、蕭德云教授等在各自的研究領(lǐng)域成果頗豐，同濟(jì)大學(xué)的吳啟迪教授長期從事現(xiàn)代控制理論與應(yīng)用，自動化系統(tǒng)工程和智能自動化系統(tǒng)的理論與應(yīng)用研究。東南大學(xué)自動控制系和自動化研究所擁有以錢鐘韓教授、馮純佰教授兩位中科院院士為首的高水平學(xué)科帶頭人。這些優(yōu)秀的學(xué)者、專家為我國新時期高科技的發(fā)展作出了卓越的貢獻(xiàn)。自動化行業(yè)前景國外自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢是系統(tǒng)化、柔性化、集成化和智能化。自動化技術(shù)不斷提高光電子、自動化控制系統(tǒng)、傳統(tǒng)制造等行業(yè)的技術(shù)水平和市場競爭力，它與光電子、計算機(jī)、信息技術(shù)的融合和創(chuàng)新，不斷創(chuàng)造和形成新的行業(yè)經(jīng)濟(jì)增長點，同時不斷提供新的行業(yè)發(fā)展的管理戰(zhàn)略哲理。如并行工程（CE）、敏捷制造（AM）等。數(shù)控技術(shù)于模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體和智能化；CAD/CAM系統(tǒng)面向產(chǎn)品的整個生命周期；自動控制內(nèi)容發(fā)展到對產(chǎn)品質(zhì)量的在線監(jiān)測與控制，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測、診斷和事故處理、生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控和設(shè)備之間的協(xié)調(diào)控制與連鎖保護(hù)，以及廠級管理決策與控制等；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)普遍以通用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)；自動化控制產(chǎn)品正向著成套化、系列化、多品種方向發(fā)展；以自動控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、圖象顯示技術(shù)為一體的綜合性系統(tǒng)裝置成為國外工業(yè)過程控制的主導(dǎo)產(chǎn)品，現(xiàn)場總線成為自動化控制技術(shù)發(fā)展的第一熱點；可編程控制器（PLC）與工業(yè)控制系統(tǒng)（DCS）的實現(xiàn)功能越來越接近，價格也逐步接近，目前國外自動控制與儀器儀表領(lǐng)域的前沿廠商巳推出了類似PCS（ProcessControlSystem）的產(chǎn)品。目前，世界自動化產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭迅猛。傳感器技術(shù)、開放式工業(yè)過程自動化系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術(shù)等自動化技術(shù)巳形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，其中90年代傳