1、自動化學(xué)科介紹第1頁 一對自動化認識 二對自動化科學(xué)與技術(shù)認識 三對自動化學(xué)科認識四. 對自動化專業(yè)認識 第2頁一 對自動化認識什么是自動化控制和自動化關(guān)系自動化和工業(yè)化關(guān)系自動化和信息化關(guān)系自動化技術(shù)應(yīng)用第3頁1.什么是自動化？ (a) 手動控制漫畫 (b) 自動控制 圖1 水溫手動控制和自動控制示意圖第4頁手臂,手人眼輸入信號大腦人眼輸出信號用自動裝置代替人工操作水溫控制系統(tǒng)反饋控制方塊圖第5頁1-目標跟蹤雷達2-導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達3-計算機雷達4-導(dǎo)彈發(fā)射架防空導(dǎo)彈制導(dǎo)第6頁 各種當(dāng)代火炮俯仰角和方位角都是自動控制，尤其用雙雷達控制防空導(dǎo)彈能夠自動跟蹤高空飛行目標進行命中爆炸。第7頁 當(dāng)代社會

2、和當(dāng)代生活 離不開對一些物理量控制，包含實現(xiàn)對這種控制自動化。比如公共電網(wǎng)上電壓是50周、220伏交流電。為此，在發(fā)電廠就要設(shè)法控制電壓、頻率這兩物理量為恒值，這要采取自動調(diào)壓和自動調(diào)頻裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中，如在化肥廠控制反應(yīng)釜（塔）內(nèi)溫度和壓力為恒值，使化學(xué)反應(yīng)速度加緊。在機械加工廠金屬切削機床上，經(jīng)常是控制工件或刀具轉(zhuǎn)速為恒值，使產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量能提升。而各種當(dāng)代火炮俯仰角和方位角都是自動控制。 當(dāng)代生活中，空調(diào)器保持室內(nèi)溫度為恒值、衛(wèi)生潔具水箱水位也保持為恒值。其它如冰箱、洗衣機無不進行一些物理量控制為恒值，而洗衣機更把洗衣、漂洗和脫水等操作自動按程序進行。 第8頁1）.指設(shè)備、過程或系統(tǒng)自

3、動運行或自動控制（The automatic operation or control of equipment,a process,or a system)；自動化（Automation）2）.用于實現(xiàn)自動運行或自動控制技術(shù)或設(shè)備（The techniques and equipment used to achieve automatic operation or control)；3）.被自動控制或自動操作狀態(tài)（The condition of being automatically controled or operatted).第9頁2.控制和自動化關(guān)系自動化與“設(shè)備、過程或系統(tǒng)等詳細

4、物理對象”自動運行親密相關(guān)，脫離了詳細物理對象談自動化是毫無意義?？刂疲–ontrol)有駕馭或支配含義，是人們?yōu)閷崿F(xiàn)所要到達目標而采取方法與伎倆，因而能夠脫離物理對象而去研究控制?？刂茟?yīng)用范圍比自動化廣，但本身含義卻要比自動化窄；就工程控制范圍而言，控制只是自動化中關(guān)鍵概念之一；自動化是多個概念交叉、融合產(chǎn)物，而控制卻不是。 1）.自動化和控制是有不一樣內(nèi)涵兩個概念第10頁2）.自動化和控制概念外延第一.從控制科學(xué)開始“延伸”，即控制科學(xué)控制理論控制技術(shù)控制系統(tǒng)控制工程；第二.從自動化應(yīng)用開始“延伸”，即自動化工程自動化設(shè)備自動化技術(shù)自動化理論自動化科學(xué)。3）.自動化科學(xué)和控制科學(xué)第一.從控

5、制科學(xué)開始“延伸”，即控制科學(xué)控制理論控制技術(shù)控制系統(tǒng)控制工程；第二.從自動化應(yīng)用開始“延伸”，即自動化工程自動化設(shè)備自動化技術(shù)自動化理論自動化科學(xué)?；A(chǔ)科學(xué) 信息科學(xué) 控制科學(xué) 系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)科學(xué) 自動化科學(xué)第11頁 當(dāng)前在許多場所，控制與自動化似乎是同義詞，二者區(qū)分并不顯著 。但嚴格說來，控制與自動化含義是不一樣，控制較強調(diào)科學(xué)思想和方法，自動化則較強調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)?？刂萍饶軌蚴亲詣?，也能夠是人工，而自動化最直接含義是使系統(tǒng)自動運行，這里并非一定需要有控制行為。即使如此，我們還是要認可控制與自動化在大多數(shù)情況下是一致，因為我們希望控制最好能自動實現(xiàn)以降低人工控制負擔(dān)和不穩(wěn)定性，同時我們也希望自動

6、化系統(tǒng)性能更優(yōu)更加好，經(jīng)常會用控制思想和方法提升系統(tǒng)質(zhì)量。 第12頁 3.自動化與工業(yè)化關(guān)系 工業(yè)化特點：專指工業(yè)，尤其是制造業(yè) 工業(yè)化發(fā)展三階段：機械化（大規(guī)模使用機器系統(tǒng)） 電氣化（加入電機、電網(wǎng)絡(luò)） 自動化（加入自動控制器） 實現(xiàn)自動化，就完成工業(yè)化 當(dāng)前來說：自動化是工業(yè)化最主要標志 （國內(nèi)總體來說，已機械化、電氣化）第13頁 4. 自動化與信息化關(guān)系 信息化特點：不單指工業(yè)，包含第一、三產(chǎn)業(yè) 僅從工業(yè)角度，信息化發(fā)展也可分三階段： 一定在工業(yè)化基礎(chǔ)上 計算機化（大規(guī)模使用數(shù)字計算機） 網(wǎng)絡(luò)化（實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)） 先進自動化（綜合集成了系統(tǒng)、管理） 實現(xiàn)先進自動化，就完成（工業(yè)）信息化

7、先進自動化是信息化最主要標志（國內(nèi)總體，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)有一定規(guī)模）第14頁機械化（應(yīng)用機器系統(tǒng)）電氣化（加入電機、網(wǎng)絡(luò)）自動化（加入自動控制器）計算機化（應(yīng)用數(shù)字計算機）網(wǎng)絡(luò)化（實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)）先進自動化（系統(tǒng)、管理）智能化（引入智能）知識化（處理知識）工業(yè)化信息化知識化社 會 總 發(fā) 展第15頁（基礎(chǔ)）自動化（關(guān)鍵是控制） 是工業(yè)化完成是否標志 自動化技術(shù)是工業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)先進自動化（關(guān)鍵是信息、控制、系統(tǒng)） 是信息化完成是否標志 先進自動化技術(shù)是信息化關(guān)鍵技術(shù)第16頁自動化技術(shù)與“兩化”融合第17頁 江澤民同志在黨十六大匯報中提出，信息化是我國加緊實現(xiàn)工業(yè)化和當(dāng)代化必定選擇。堅持以信息化

8、帶開工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，走出一條科技含量高，經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮新型工業(yè)化路子，這是本世紀頭我國經(jīng)濟建設(shè)和改革主要任務(wù)之一。 第18頁十七大匯報()科學(xué)分析我國全方面參加經(jīng)濟全球化新機遇新挑戰(zhàn),全方面認識工業(yè)化,信息化,城鎮(zhèn)化,市場化,國際化深入發(fā)展新形勢新任務(wù)發(fā)展當(dāng)代產(chǎn)業(yè)體系,大力推進信息化與工業(yè)化融合 怎樣了解?怎樣落實?19第19頁20“發(fā)展戰(zhàn)略”對信息化界定 信息化是充分利用信息技術(shù)，開發(fā)利用信息資源，促進信息交流和知識共享，提升經(jīng)濟增加質(zhì)量，推進經(jīng)濟社會發(fā)展轉(zhuǎn)型歷史進程。第20頁ERP: 企業(yè)資源計劃（Enterprise Resour

9、ce Planning）MES: 制造執(zhí)行系統(tǒng) (Manufactruing Execution Systems)PCS: 過程控制系統(tǒng)(Process Control Systems)第21頁22信息化支撐全球化戰(zhàn)略貿(mào)易全球化: EDI,電子商務(wù)制造全球化: 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計制造資產(chǎn)全球化: ERP,供給鏈管理,資產(chǎn)管理人才全球化: HRM,知識管理第22頁企業(yè)轉(zhuǎn)型:擴展型/協(xié)同型企業(yè)擴展型/協(xié)同型企業(yè)是基與協(xié)作-信用-多贏價值網(wǎng)絡(luò), 或稱平臺型企業(yè)新思維: “一流企業(yè)做平臺,二流企業(yè)做產(chǎn)品,三流企業(yè)做加工”案例: Cemex 23第23頁Cemex:擴展型水泥企業(yè)一家位于墨西哥水泥生產(chǎn)商,藉助

10、出色平臺技術(shù)和精明管理, 成功吞并十多個國家企業(yè),統(tǒng)一標準化運行, 成為業(yè)務(wù)復(fù)蓋30多個國家跨國企業(yè),不但提供水泥產(chǎn)品,而主要提供相關(guān)建筑優(yōu)質(zhì)處理方案服務(wù)其關(guān)鍵競爭力在于包含九個商業(yè)組件協(xié)同平臺“在實現(xiàn)企業(yè)潛力過程中,唯一威脅是傳統(tǒng)觀念,認為水泥產(chǎn)業(yè)是靜態(tài),其產(chǎn)品是一個商品”-L.Zambrano“信息技術(shù)平臺不是一個”系統(tǒng)”,而是一個在人與人之間進行協(xié)調(diào)關(guān)鍵伎倆”24第24頁“e-enabling”目標： 讓企業(yè)全部業(yè)務(wù)都以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，全部員工都能經(jīng)過單一、個人化門戶網(wǎng)站取得自己檔案和企業(yè)數(shù)據(jù)以及外部信息。盡管企業(yè)管理團體可能分散在世界各地，但全部運作都將經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)進行集中操作。第25頁26

11、第26頁計算機網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了計算機與計算機連接。Internet網(wǎng)（即互聯(lián)網(wǎng)），實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò) 間互聯(lián)；Web 在某種意義上實現(xiàn)了人與人互聯(lián)。如：QQ，郵件，游戲物聯(lián)網(wǎng)第27頁什么是物聯(lián)網(wǎng)？ 物聯(lián)網(wǎng)“The Internet of Things” , IOT。顧名思義就是 “物物相連互聯(lián)網(wǎng)”,有兩層意思： 第一 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵和基礎(chǔ)依然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上延伸和擴展一個網(wǎng)絡(luò)； 第二 其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信 。 其目標是讓全部物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理。第28頁 物聯(lián)網(wǎng)是經(jīng)過射頻識（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定別位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，

12、按約定協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理一個網(wǎng)絡(luò)。 物聯(lián)網(wǎng)定義：第29頁從技術(shù)角度了解：物聯(lián)網(wǎng)是指物體相關(guān)信息經(jīng)過智能感應(yīng)裝置來采集，經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)，送達指定信息處理中心，最終實現(xiàn)物與物、人與物之間自動信息交互與處理智能網(wǎng)絡(luò)。第30頁從應(yīng)用角度了解：物聯(lián)網(wǎng)是指把世界上全部物體都聯(lián)接到一個網(wǎng)絡(luò)中，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，然后“物聯(lián)網(wǎng)”又與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)整合，到達以愈加精細和動態(tài)方式管理生產(chǎn)和生活。 第31頁物聯(lián)網(wǎng)基本理論模型智能卡條形碼二維碼 GPS傳感器技術(shù)網(wǎng)關(guān)設(shè)備近距離通信因特網(wǎng)跟蹤定位高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第32頁 從物聯(lián)網(wǎng)本

13、質(zhì)上看，物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)一個聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升。物聯(lián)網(wǎng)將各種感知技術(shù)、當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動化技術(shù)聚合與集成應(yīng)用，使人與物智慧對話，創(chuàng)造一個智慧世界。第33頁物聯(lián)網(wǎng)= 物理世界與信息網(wǎng)絡(luò)無縫連接第34頁智慧地球物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)RFID/傳感器/智能芯片/納米技術(shù)無線傳感網(wǎng)(WSN)藍牙/ZigBee/WiFi/NFCM2M物物通信互聯(lián)網(wǎng)移動網(wǎng)智能處理自動控制/模式識別/云計算/SAAS第35頁5. 自動化技術(shù)應(yīng)用工業(yè)自動化：主要包含自動完成加工生產(chǎn)設(shè)備自動化，自動完成正常生產(chǎn)進程過程自動化，以及自動實現(xiàn)業(yè)務(wù)管理管理自動化。辦公自動化：當(dāng)代辦公自動化正朝著計算機網(wǎng)絡(luò)

14、化和智能化方向發(fā)展。家庭自動化：主要是指自動地實現(xiàn)生活服務(wù)或提供信息服務(wù)。農(nóng)業(yè)自動化軍事自動化第36頁航空航天與運輸（a）F-18飛機，第一個利用能遙控自動駕駛儀技術(shù)軍用飛機之一，（b）X-45（UCAV）無人飛行器。 第37頁機器人技術(shù)和智能機械（a）火星旅居者漫游者（b）索尼愛波娛樂演出機器人 第38頁第39頁二、對自動化科學(xué)與技術(shù)認識科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)科學(xué)工程技術(shù)現(xiàn)場技術(shù)研發(fā)技術(shù)科 學(xué)技 術(shù)第40頁基礎(chǔ)科學(xué) 自然科學(xué) 數(shù)學(xué) 系統(tǒng)科學(xué) 社會科學(xué)技術(shù)科學(xué) 信息科學(xué) 自動化科學(xué) 運籌學(xué) 其它技術(shù)科學(xué)工程技術(shù) 信息技術(shù) 自動化技術(shù) 廣義信息技術(shù)第41頁自動化科學(xué)（Automation Scie

15、nce/Automatics)或稱控制系統(tǒng)科學(xué)（Control System Science),是一門技術(shù)科學(xué)，起源于20世紀初，控制論與工程控制論問世標志著這門技術(shù)科學(xué)基本成型。自動化技術(shù)（Automation Technology)或稱控制系統(tǒng)技術(shù)（Control System Technology)或控制技術(shù)。作為一門工程應(yīng)用技術(shù)，自動化技術(shù)發(fā)展歷史要更長，但其取得廣泛應(yīng)用是在自動化科學(xué)基本成熟和計算機與通信技術(shù)普及之后。第42頁自動化科學(xué)特點自動化科學(xué)數(shù)學(xué)屬性嚴密理論特征自動化科學(xué)對象特征鮮明改造世界特征自動化科學(xué)系統(tǒng)與社會屬性系統(tǒng)復(fù)雜性特征自動化科學(xué)滲透與擴散特征普遍適用特征第43頁

16、自動化科學(xué)與技術(shù)發(fā)展特點之一 最初處理系統(tǒng)物理特征， 基礎(chǔ)自動化，物質(zhì)、能量 當(dāng)前處理系統(tǒng)復(fù)雜性， 先進自動化，主要是信息第44頁當(dāng)前，自動化科學(xué)研究焦點和難點 系統(tǒng)復(fù)雜性，需要處理基本問題或基本科學(xué)問題 復(fù)雜系統(tǒng)建模問題 綜合集成問題（包含人） 整體優(yōu)化問題、失效容錯問題 和系統(tǒng)智能問題自動化技術(shù)主要包含 模型技術(shù)、仿真技術(shù)、集成技術(shù)、 優(yōu)化技術(shù)、可靠性技術(shù)和運行技術(shù)。 第45頁 自動化科學(xué)與信息科學(xué)同根、同源信息科學(xué)基礎(chǔ) 信息論與控制論、系統(tǒng)論自動化科學(xué)基礎(chǔ) 控制論、系統(tǒng)論與信息論自動化學(xué)科與信息學(xué)科關(guān)系第46頁自動化技術(shù)包括到信息技術(shù)全部第47頁注意兩點：1）自動化科學(xué)與信息科學(xué)同根、同

17、源，自動化技術(shù)包括到信息技術(shù)全部，并不隱含著： 自動化技術(shù)可替換信息技術(shù)2）我國國家自然科學(xué)基金，將自動化科學(xué)劃歸信息科學(xué)部。并不隱含著： 信息技術(shù)包含了自動化技術(shù)自動化技術(shù)重點是在 信息控制應(yīng)用上 自動化技術(shù)作用是怎樣有效地 利用信息來促進能量與物質(zhì)有效利用。 第48頁三、對自動化學(xué)科認識學(xué)科（Discipline）是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)一個分類法。學(xué)科是“知識或教學(xué)一個分支”。自動化學(xué)科含有兩方面含義，分別對應(yīng)著自動化科學(xué)技術(shù)研究（知識）與自動化科學(xué)工程教育（教學(xué)）。第49頁為何要分自動化學(xué)科研究層次？ 自動化科學(xué)技術(shù)包含面太寬 多學(xué)科交叉難以從最基礎(chǔ)理論到最實際詳細工程應(yīng)用 都面面俱到地、均衡地

18、去研究或?qū)W習(xí)。應(yīng)該確保科學(xué)與技術(shù)（工程）不分家前提 分層次、有重點去研究與學(xué)習(xí)第50頁怎樣分自動化學(xué)科研究層次？ 依據(jù)被控制對象 不一樣物理、數(shù)學(xué)形態(tài) 自動化學(xué)科研究可分為三個不一樣層次： 1） 模型控制，突出學(xué)科數(shù)學(xué)特征； 2） 信息控制，突出學(xué)科信息特征； 3） 實體控制，突出學(xué)科工程特征。第51頁實體控制 工程中詳細對象（實際設(shè)備）控制 最基本、最實在控制 最充分地表達了自動化科學(xué)技術(shù)作用是怎樣有效地利用信息來促進能量與物質(zhì)（如能源、材料和環(huán)境資源、人力資源等）有效利用。 實體控制特點是：1）工程特征，顯著使能特征與對象依賴性；2）橋梁特征，信息與能量、物質(zhì)之間橋梁；3）交叉特征，與其它

19、工程學(xué)科親密交叉。第52頁 信息控制 “控制論”對控制定義: 這門新學(xué)科一個非常突出特點就是完全不考慮能量、熱量和效率等原因，可是在其它各門自然科學(xué)中這些原因是非常主要?？刂普撍懻撝饕獑栴}是一個系統(tǒng)各個不一樣部分之間相互作用定性性質(zhì)以及整個系統(tǒng)總運動狀態(tài)。 控制論著眼點: 信息與控制，或說信息控制。第53頁信息控制特點： 1）信息特征。重點研究信息， 是信息科學(xué)技術(shù)主要部分；2）系統(tǒng)特征。從系統(tǒng)觀點研究信息控制 經(jīng)過“綜合”與“集成” 處理信息控制3）滲透與擴散特征。處理帶有一定普遍性或共性對象信息控制問題，目標又是為了改造世界，因而有強滲透與擴散特征、遼闊應(yīng)用范圍。 第54頁模型控制 面向

20、控制模型與普通模型不一樣:* 描述子系統(tǒng)間交互作用方法不一樣，要求反應(yīng)出系統(tǒng)基本輸入/輸出特征以及噪聲抑制能力和互聯(lián)穩(wěn)定性；* 在輸入/輸出特征框架下，比較輕易將一個高逼真度復(fù)雜模型降階成為低逼真度簡單模型，從而為復(fù)雜互連系統(tǒng)控制設(shè)計打下基礎(chǔ)。 對自動化學(xué)科理論研究來說，與其它學(xué)科交叉更多地就表達在系統(tǒng)建模中。第55頁模型控制特點： 1)抽象特征。模型提煉，使含有普適性。 對實際復(fù)雜互連系統(tǒng)進行模型化，進行加工、改造，使更抽象、含有普適性； 2)數(shù)學(xué)特征。堅實數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 許多新數(shù)學(xué)方法都是先用在自動化學(xué)科之后再用于其它技術(shù)學(xué)科。 3)理論特征。研究與自動化相關(guān)原理性問題、提出含有普適性新控制理

21、論與方法。第56頁“模型控制”無電基礎(chǔ)研究“信息控制”弱電應(yīng)用基礎(chǔ)研究 （信息學(xué)部） “實體控制”強電應(yīng)用基礎(chǔ)研究 （工程學(xué)部） 不一樣控制之間區(qū)分與聯(lián)絡(luò)抽象，基礎(chǔ)科學(xué)詳細，實際工程自然科學(xué)基金第57頁模型控制無電信息控制弱電 實體控制強電 自動化科學(xué)基礎(chǔ)研究（973）自動化技術(shù)高技術(shù)研究（863）抽象，基礎(chǔ)科學(xué)詳細，實際工程不一樣控制之間區(qū)分與聯(lián)絡(luò)（續(xù)）第58頁四 對自動化專業(yè)認識 * 自動化專業(yè)知識體系； * 自動化專業(yè)課程體系； * 自動化專業(yè)特點； * 自動化專業(yè)發(fā)展前景。第59頁基本負反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) 第60頁第61頁第62頁第63頁自動化專業(yè)知識體系 由三層知識組成，包含八個知識領(lǐng)域 反應(yīng)自動化專業(yè)特點五個知識領(lǐng)域 控制與智能、傳感與檢測 執(zhí)行與驅(qū)動、模型與仿真 系統(tǒng)與工程； 自動化專業(yè)知識體系關(guān)鍵知識是 控制與智能、模型與仿真 系統(tǒng)與工程等三個知識領(lǐng)域 也是自動化專業(yè)與其它專業(yè)最大區(qū)分。 第64頁 四 對自動化專業(yè)認識（續(xù)） 自動化專業(yè)課程體系第65頁自動化專業(yè)不一樣課程體系 對應(yīng)學(xué)科不一樣研究層次 適應(yīng)不一樣院校、不一樣專業(yè)設(shè)置： 1） “模型控制”類課程體系，適合理科院校；2）“信息控制”類課程體系，適合重點工科院校 通識自動化3) “實體控制”類課程體系，適合普通工科院校 “專業(yè)”自動化，如：商業(yè)自動化 化工自動化、建筑自動化。 設(shè)置不一樣類型課程體