1、自動化學(xué)科概論,第2章 自動化與自動化學(xué)科、專業(yè),自動化學(xué)科概論,2.1 自動化 2.2 自動化科學(xué)與技術(shù) 2.3 自動化學(xué)科、專業(yè),第2章 自動化與自動化學(xué)科、專業(yè),2.1.1 自動化的內(nèi)容與應(yīng)用范圍 2.1.2 自動化的發(fā)展歷史 2.1.3 自動化在工業(yè)化建設(shè)中的作用與地位 2.1.4 自動化在信息化建設(shè)中的作用與地位 2.1.5 自動化在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用與地位,第2章 自動化與自動化學(xué)科、專業(yè),2.1 自動化,(1) 自動化的內(nèi)涵與外延,日常生活中，較少聽到”自動化”這個名詞 更多聽到的是： 這個設(shè)備(器具)是自動的、 自動控制的 或全自動的,2.1.1 自動化的內(nèi)容與應(yīng)用范圍,日常生

2、活中常見的： *家庭： 全自動照相機、洗衣機、電飯煲,*高檔樓宇： 自動門、自動自來水開關(guān),*交通： 自動控制的紅綠燈、 火車上的自動燒開水機,*銀行： 自動取款機ATM,自動化設(shè)備的特點： 工作時不需要（或很少需要）人參與， 卻能按照人的要求“自動”完成其承擔(dān)的任務(wù)。,充分理解： 各種自動的（或自動控制的）設(shè)備 僅是一項大的自動化工程中的一個細(xì)胞 而以上例舉的自動的設(shè)備 僅為整個自動化大家庭中的一個個小細(xì)胞,“自動化”的定義：,自動化是指機器設(shè)備（擴展到生產(chǎn)、管理過程） 在沒有人直接參與下， 經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制 實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo),自動化的核心是“控制” 進一步擴展到經(jīng)濟

3、系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等,自動化技術(shù)的兩方面：,動力方面的自動化技術(shù) 工業(yè)化 人的手、腳、各種感覺的延長,信息處理方面的自動化技術(shù)信息化 延伸人的信息獲取、 處理和決策控制等功能,（2）自動化的應(yīng)用舉例工業(yè)自動化：,機器人等自動化機械（機器、設(shè)備） 自動化生產(chǎn)線 自動化車間 自動化工廠,并聯(lián)機器人,直角坐標(biāo)機器人,48秒,23秒,搬運機器人,29秒,19秒,裝配機器人,注塑機,彎管機,繞線機,高速五軸龍門銑床,龍門式五軸聯(lián)動混聯(lián)機床,汽車自動焊接生產(chǎn)線,全彈自動裝配生產(chǎn)線,自動搬運車,自動立體倉庫,自動化工廠,比人干得更快、更好，極大地提高生產(chǎn)力 從自動化生產(chǎn)線上生產(chǎn)的產(chǎn)品， 質(zhì)量越來越好，價格越來越

4、低。,把人從繁重的危險的工作中解放出來 礦井掘井、核電站檢查、消防救火、 無人偵察機、導(dǎo)彈（無人）,基本作用（傳統(tǒng)觀念）,(3) 、自動化的作用與重要性,完成人無法完成的工作 管道機器人（各種油管、水管）、 水下6000米機器人,以倒立擺為例：人只能“頂起”一級倒立擺 機器能“頂起”一級、二級、 三級、甚至四級倒立擺,一級倒立擺,二級倒立擺,倒立擺錄像（ 32秒）,擴展作用 管理、經(jīng)濟、金融過程智能化,自動化在國民經(jīng)濟、國家綜合實力中起著舉足輕重的作用，并且其作用越來越重要。 自動化在人民日常生活中亦將起著舉足輕重的作用。,(3) 、自動化的作用與重要性(續(xù)),2.1.2 自動化的發(fā)展歷史,公

5、元前我國的自動計時漏壺,公元132年張衡研制出自動測量地震的候風(fēng)地動儀,公元235年馬鈞研制出能自動指示方向的指南車,1788年英國Watt發(fā)明的控制蒸汽機速度的離心式調(diào)速器,1913年美國建成最早的汽車裝配流水線 1926年美國建成第一條汽車自動生產(chǎn)線,現(xiàn)代自動化工廠生產(chǎn)線（國產(chǎn)）,奇瑞、長安汽車沖壓生產(chǎn)線,長春汽車焊接生產(chǎn)線,1952年美國MIT研制出第一臺數(shù)控機床,現(xiàn)代高速大型數(shù)控中心（沈陽第一機床廠）,1954年第一臺工業(yè)機器人,國產(chǎn)100公斤點焊機器人,2005年我國成功發(fā)射載人飛船（神舟6號）,1981年美國“哥倫比亞”號航天飛機首次發(fā)射成功,自動化與工業(yè)化的關(guān)系 工業(yè)化特點：專指

6、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 目前來說：自動化是工業(yè)化的最重要標(biāo)志 （國內(nèi)總體來說，已機械化、電氣化）,2.1.3 自動化在工業(yè)化建設(shè)中的作用與地位,自動化與信息化的關(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)的角度，信息化發(fā)展也可分三階段： 一定在工業(yè)化的基礎(chǔ)上,數(shù)字化（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）,2.1.4 自動化在信息化建設(shè)中的作用與地位,實現(xiàn)先進自動化，就完成（工業(yè)）信息化 先進自動化是信息化的最重

7、要標(biāo)志 （國內(nèi)總體，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已有一定規(guī)模）,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） 數(shù)字化（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,自動化與工業(yè)化、信息化、知識化的關(guān)系,工業(yè)化與信息化的關(guān)系圖,（基礎(chǔ)）自動化（核心是控制） 是工業(yè)化完成與否的標(biāo)志 自動化技術(shù)是工業(yè)化的核心技術(shù) 先進自動化（核心是信息、控制、系統(tǒng)） 是信息化完成與否的標(biāo)志 先進自動化技術(shù)是信息化的核心技術(shù),自動化的重要性,“自動化” 快成為“現(xiàn)代化”的代名詞了。,設(shè)想：,軍事

8、更不用說了！,每家每戶全部自動化設(shè)備（包括燒菜，喂飯） 難道不算現(xiàn)代化？,工廠里除辦公室有人外（無人看門、無人車間） 難道不算現(xiàn)代化？,農(nóng)業(yè)自動化了（從種、管、收全部機器人） 難道不算現(xiàn)代化？,2.1.5 自動化在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用與地位,農(nóng) 業(yè) 自 動 化,采松果機器人,挖樹根機器人,嫁接機器人,采摘機器人,服 務(wù) 自 動 化,壁面清洗機器人,擦玻璃機器人,飛機清洗機器人,汽車加油機器人,家用清潔機器人,高壓輸電線維修（遙操作）機器人,醫(yī)用機器人,中國骨科機器人系統(tǒng),法國遠(yuǎn)程醫(yī)療機器人,醫(yī)療機器人錄像,第三代醫(yī)療儀器醫(yī)療機器人（455”） 醫(yī)療機器人腦外科手術(shù) （733”）,軍 事 自 動

9、化,各種軍用機器人,（157”）,國產(chǎn)反恐機器人,空間艙外艙內(nèi)機器人,其他自動化未來發(fā)展,微型（幾毫米）機器人,（仿生）機器魚,仿生（微型）機器人表演,壁虎（053”） 蛇岸上（027”） 蛇水中（034”） 魚搶球（034”） 魚過孔（025”） 大魚（026”） 真假魚（020”）,足球機器人中型組,足球機器人小型組1,足球機器人小型組2,拾球機器人,機器人能否干活？,機器人干活！,機器人戰(zhàn)勝國際象棋冠軍2010年,雙足人形機器人表演,人形機器人握手（103”） 人形機器人完成各種動作（135”） 人形機器人操作機器（145”） 人形機器人表演太極拳（140”）,人形機器人真正像“人”,（

10、103”）,自動化是當(dāng)代高科技的集中體現(xiàn)與應(yīng)用。 智能機器人是當(dāng)代高科技的結(jié)晶。 宋鍵,第2章 自動化與自動化學(xué)科、專業(yè),2.2.1 自動化科學(xué)與技術(shù)的定位 2.2.2 自動化科學(xué)與技術(shù)的基本內(nèi)容與核心概念 2.2.3 自動化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的關(guān)系 2.2.4 自動化科學(xué)技術(shù)的特點,2.2 自動化科學(xué)與技術(shù),廣義科學(xué)技術(shù)體系結(jié)構(gòu),2.2.1 自動化科學(xué)與技術(shù)的定位,一門技術(shù)科學(xué)、一門應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué) 研究的基本任務(wù)是為自動化技術(shù)（包括設(shè)計、制造、控制和管理計算機集成制造系統(tǒng)CIMS、計算機集成過程控制系統(tǒng)CIPS等先進自動化系統(tǒng)）和控制工程（包括控制航天器這樣的設(shè)備）提供科學(xué)理論基礎(chǔ)。 致力

11、于帶有一定普遍性或共性的新的控制原理和新的系統(tǒng)方法的研究，使其在實際控制工程和自動化技術(shù)中發(fā)揮創(chuàng)新的作用。,自動化科學(xué)的定位與任務(wù),一門工程應(yīng)用技術(shù) 研發(fā)的基本任務(wù)： 一方面將自動化科學(xué)原理與方法轉(zhuǎn)換為工程實用技術(shù)（包括工具和手段），使得能應(yīng)用于工程實際，將自動化科學(xué)的研究成果迅速轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力； 另一方面將工程實際中遇到的技術(shù)問題提煉、抽象成為科學(xué)問題，為自動化科學(xué)研究提供新的研究對象。,自動化技術(shù)的定位與任務(wù),相互依存關(guān)系 自動化科學(xué)與技術(shù)是自動化的源泉與基礎(chǔ) 其物化是自動化設(shè)備與系統(tǒng) 其應(yīng)用包括自動化設(shè)計、自動化制造 自動化工程、自動化管理 自動化決策、自動化運行等 自動化（應(yīng)用） 是自動

12、化科學(xué)與技術(shù)的用武之地； 是自動化專業(yè)畢業(yè)生的主要用武之地。,自動化與自動化科學(xué)技術(shù)的關(guān)系,指南車原理（開環(huán)控制）,方向,車輛 轉(zhuǎn)彎,2.2.2自動化科學(xué)技術(shù)的基本內(nèi)容與核心概念,控制蒸汽機速度的調(diào)速器（給定值控制）,維納給出的負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖,防空導(dǎo)彈制導(dǎo)（跟蹤控制）,1-目標(biāo)跟蹤雷達(dá),2-導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達(dá),3-計算機雷達(dá),4-導(dǎo)彈發(fā)射架,自動化早已超越古老的研制自動機器替代人類勞動的概念，自動化科學(xué)與技術(shù)研究的是如何通過用各種技術(shù)工具延伸人的信息獲取、處理和決策控制的功能，來促進能源、材料和環(huán)境資源、人力資源等的有效利用，提高生產(chǎn)水平和人類生活質(zhì)量。 當(dāng)前自動化科學(xué)與技術(shù)急需研究解決的是如

13、何應(yīng)用信息去處理高度復(fù)雜的系統(tǒng)的控制問題，從而具有更大的挑戰(zhàn)性和潛在的經(jīng)濟效益。 自動化科學(xué)與技術(shù)的核心是信息、控制與系統(tǒng)，其中控制是核心的核心。,自動化科學(xué)技術(shù)的核心概念,2.2.3自動化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的關(guān)系,信息技術(shù)的四個組成部分及其信息鏈,從信息角度看基本自動化設(shè)備的組成,自動化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的聯(lián)系與區(qū)別： 自動化科學(xué)與信息科學(xué)的同根、同源； 自動化技術(shù)涉及到信息技術(shù)的全部，重點是在信息的控制應(yīng)用和系統(tǒng)集成上。自動化技術(shù)需要以系統(tǒng)的觀點綜合運用信息技術(shù)的各部分，并充分考慮人、環(huán)境、對象與工具的相互作用產(chǎn)生的復(fù)雜性； 自動化技術(shù)的作用是如何有效地利用信息來促進能量與物質(zhì)的有

14、效利用；自動化技術(shù)是信息與能量、物質(zhì)之間的橋梁。,2.2.4 自動化科學(xué)與技術(shù)的特點,自動化科學(xué)的特點： 數(shù)學(xué)屬性，嚴(yán)密的理論特征； 對象特性，鮮明的改造世界的特征； 系統(tǒng)與社會屬性，系統(tǒng)的復(fù)雜性特征； 滲透與擴散特性，普遍適用特征。,前三個特點表明，從事自動化科學(xué)研究，既要有理論，又要懂對象，更要有系統(tǒng)的觀念，三者缺一不可。而第四個特點指出，把自動化科學(xué)中的基本原理與方法應(yīng)用到其他科學(xué)、技術(shù)與工程中去，是從事自動化科學(xué)研究的人員的義不容辭的職責(zé)。,自動化技術(shù)三大特點（作用）： 橋梁作用 自動化技術(shù)是信息與能量、物質(zhì)之間的橋梁。 使能作用 一旦應(yīng)用于具體對象（一臺設(shè)備、一個系統(tǒng)或一項工程），將

15、使對象發(fā)生質(zhì)的變化（ 穩(wěn)定可靠運行、大大提高效率、大大降低能耗成本等）的重要工程應(yīng)用技術(shù) 系統(tǒng)集成作用 通過“綜合”與“集成”，大型復(fù)雜系統(tǒng)、過程或工程逐步能被人類有效的控制與管理。隨著系統(tǒng)、過程或工程的規(guī)模越來越大、越來越復(fù)雜，自動化技術(shù)的系統(tǒng)集成作用將越來越凸現(xiàn)。,第2章 自動化與自動化學(xué)科、專業(yè),2.3.1 學(xué)科與專業(yè)的含義與區(qū)分 2.3.2 自動化學(xué)科 2.3.3 自動化專業(yè),2.3 自動化學(xué)科、專業(yè),學(xué)科(Discipline)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的一種分類法，具有明確的定義（含義）。 漢語解釋: “學(xué)科”是“知識或?qū)W習(xí)的一門分科”； 英語解釋:“Discipline”是 “A branc

16、h of knowledge or teaching”, 由此可知，學(xué)科應(yīng)具有兩方面的含義，分別對應(yīng)著科學(xué)技術(shù)研究（知識）與科學(xué)工程教育（學(xué)習(xí)與教學(xué)）。,2.3.1 學(xué)科與專業(yè)的含義與區(qū)分,與“學(xué)科”不同，“專業(yè)（Specialty）”的意思卻很單一，僅用于科學(xué)與工程教育分類。 漢語解釋： “專業(yè)”是“高等學(xué)校的一個系里或中等專業(yè)學(xué)校里的學(xué)業(yè)門類（如這個系有三個專業(yè)）”。表明其含義比學(xué)科要窄。 英語解釋：“Specialty” 是“A special pursuit, occupation, aptitude, or skill”，比漢語的含義還要窄，并且在英語國家中，往往只用 Discipl

17、ine來對科學(xué)與工程教育分類。,專業(yè)、學(xué)科的含義不同， 劃分方法有多種， 不同層面還有不同理解與劃分。 一般分為：,社會層面 中學(xué)教育,本科生層面 一般意義上的大學(xué)教育,研究生層面 研究生教育,容易理解又基本符合研究生教育內(nèi)涵的 學(xué)科、專業(yè)劃分方法,從科學(xué)與技術(shù)一體化的角度（包含了研究與教學(xué)兩方面），可勾畫自動化學(xué)科的結(jié)構(gòu)框架：,2.3.2 自動化學(xué)科,對研究生學(xué)位培養(yǎng)來說，自動化學(xué)科的正式名稱為“控制科學(xué)與工程” 學(xué)科，屬工科門類下的一級學(xué)科，如下表：,高等教育有多種分類法。 縱向分類法： 粗分為：研究生教育和大學(xué)教育兩個層次 細(xì)分為：博士、碩士研究生、本科生和?？粕膶哟?； 橫向分類法： 高等科學(xué)教育、高等工程教育等若干大類， 授予的學(xué)位為理學(xué)學(xué)士（碩士、博士）學(xué)位、 工學(xué)學(xué)士（碩士、博士）學(xué)位等。,2.3.3 自動化專業(yè),按我國的習(xí)慣，自動化專業(yè)特指大學(xué)教育（包括本科生和?？粕鷥蓚€層次），是自動化高等教育的基礎(chǔ)層次。,2.3.3 自動化專業(yè)（續(xù)）,本科自動化專業(yè)與電氣工程及其自動化專業(yè)、電子信息工程專