自动化学科概论第2章Word格式文档下载.docx
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各种自动的（或自动控制的）设备仅是一项大的自动化工程中的一个细胞而以上例举的自动的设备仅为整个自动化大家庭中的一个个小细胞
“自动化”的定义：
自动化”的定义：
自动化自动化是指机器设备（扩展到生产、管理过程）在没有人直接参与的情况下，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制实现预期的目标实现预期的目标预期的自动化的核心是“控制”自动化的核心是“控制”进一步扩展到经济系统、生态系统等进一步扩展到等
自动化技术的两方面：
自动化技术的两方面：
①动力方面的自动化技术——工业化工业化——人的手、脚、各种感觉的延长②信息处理方面的自动化技术——信息化信息化——延伸人的信息获取、处理和决策控制等功能
（2）自动化的应用举例——工业自动化工业自动化：
机器人等自动化机械（机器、设备）自动化生产线自动化车间自动化工厂
直角坐标机器人机器人
并联机器人
23秒
48秒
搬运机器人
装配机器人
29秒
19秒
绕线机
弯管机
注塑机
龙门式五轴联动混联机床
高速五轴龙门铣床
全弹自动装配生产线
汽车自动焊接生产线
自动搬运车
自动立体仓库
自动化工厂
（3）自动化的作用与重要性
※基本作用（传统观念）基本作用（传统观念）
——比人干得更快、更好，——比人干得更快、更好，极大地提高生产力从自动化生产线上生产的产品，从自动化生产线上生产的产品，质量越来越好，价格越来越低。
质量越来越好，价格越来越低。
——把人从繁重、危险的工作中解放出来矿井掘井、核电站检查、消防救火、无人侦察机、导弹（无人）——完成人无法完成的工作管道机器人（各种油管、水管）、水下6000米机器人
以倒立摆为例：
人只能“顶起”以倒立摆为例：
人只能“顶起”一级倒立摆机器能“顶起”一级、二级、机器能“顶起”一级、二级、三级、三级、甚至四级倒立摆
一级倒立摆倒立摆二级倒立摆
（32秒）
（3）自动化的作用与重要性（续）
※扩展作用
——管理、经济、金融过程智能化管理、经济、金融过程管理自动化在国民经济、国家综合实力中起着举足轻重的作用，并且其作用越来越重要。
自动化在人民日常生活中亦将起着举自动化在人民日常生活中亦将起着举足轻重的作用。
2.1.2自动化的发展历史
公元前我国的自动计时漏壶
公元132年张衡研制出自动测量地震的候风地动仪
公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车
1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器
1913年美国建成最早的汽车装配流水线1926年美国建成第一条汽车自动生产线
现代自动化工厂生产线（国产）
奇瑞、奇瑞、长安汽车冲压生产线
长春汽车焊接生产线
1952年美国MIT研制出第一台数控机床
现代高速大型数控中心高速大型数控中心（沈阳第一机床厂））
1954年第一台工业机器人
国产100公斤点焊机器人
1981年美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功
2005年我国成功发射载人飞船（神舟6号）
2.1.3自动化在工业化建设中的作用与地位自动化与工业化的关系工业化特点：
专指工业，尤其是制造业工业化发展三阶段：
↓
机械化（大规模使用机器系统）电气化（加入电机、电网络）自动化（加入自动控制器）自动化
实现了自动化，实现了自动化，就完成了工业化目前来说：
目前来说：
自动化是工业化的最重要标志国内从总体来说，已机械化、电气化）（国内从总体来说，已机械化、电气化）
2.1.4自动化在信息化建设中的作用与地位自动化与信息化的关系信息化特点：
不单指工业，包含第一、三产业仅从工业的角度，信息化发展也可分三阶段：
一定要在工业化的基础上数字化（大规模使用数字计算机）网络化（实现计算机网络）先进自动化（综合集成了系统、管理）先进自动化实现先进自动化，就完成了（工业）信息化先进自动化是信息化的最重要标志国内从总体来说，数字化、（国内从总体来说，数字化、网络化已有一定规模）规模）
↓
自动化与工业化、信息化、自动化与工业化、信息化、知识化的关系
社会总发展机械化（应用机器系统）电气化（加入电机、网络）自动化（加入自动控制器）自动化数字化（应用数字计算机）网络化（实现计算机网络）先进自动化（系统、管理）先进自动化智能化（引入智能）知识化（处理知识）
↓
}}
}
工业化化化
工业化与信息化的关系图
（工业化基础）机械化物质
计算机化（信息化基础）信息
（能量流）电气化自动化（基础自动化）
网络化（信息流）系统化（先进自动化）
能量
自动化的重要性
（基础）自动化自动化（核心是控制）自动化是工业化完成与否的标志自动化技术是工业化的核心技术先进自动化（核心是信息、控制、系统）先进自动化是信息化完成与否的标志先进自动化技术是信息化的核心技术
2.1.5自动化在现代化建设中的作用与地位“自动化”快成为“现代化”的代名词了。
自动化”快成为“现代化”设想：
农业自动化了（种、管、收全部由机器人完成）难道不算现代化？
工厂里除办公室有人外（无人看门、无人车间）难道不算现代化？
每家每户全部安装自动化设备（包括烧菜，喂饭）难道不算现代化？
军事更不用说了！
农业自动化
采松果机器人
挖树根机器人
嫁接机器人
采摘机器人
服务自动化
壁面清洗机器人擦玻璃机器人
飞机清洗机器人
汽车加油机器人
家用清洁机器人
高压输电线维修（遥操作）机器人
医用机器人
中国骨科机器人系统
法国远程医疗机器人
医疗机器人——录像录像医疗机器人
第三代医疗仪器——医疗机器人（4’55）医疗机器人（5555”）第三代医疗仪器医疗机器人
医疗机器人——脑外科手术脑外科手术医疗机器人33”）（7’33）33
军事自动化
各种军用机器人
（1’57”）
Cameras
国产反恐机器人
Manipulator
2-DOFturret
Mobileplatform
空间舱外舱内机器人
其他自动化——未来发展未来发展其他自动化
微型（几毫米）机器人
（仿生）机器鱼
仿生（微型）机器人仿生（微型）机器人——表演表演
壁虎（0’53”）蛇——岸上（0’27”）蛇——水中（0’34”）鱼——抢球（0’34”）鱼——过孔（0’25”）大鱼（0’26”）真假鱼（0’20”）
足球机器人——中型组中型组足球机器人
足球机器人——小型组小型组1足球机器人小型组
足球机器人——小型组小型组2足球机器人小型组
拾球机器人
机器人能否干活？
机器人能否干活？
机器人干活！
机器人干活！
机器人战胜国际象棋冠军——2010年机器人战胜国际象棋冠军——2010年
双足人形机器人——表演表演双足人形机器人
人形机器人——握手（1’03）人形机器人握手（03”）握手03人形机器人——完成各种动作（1’35）完成各种动作（3535”）人形机器人完成各种动作人形机器人——操作机器（1’45）操作机器（4545”）人形机器人操作机器人形机器人——表演太极拳（1’40）表演太极拳（4040”）人形机器人表演太极拳
人形机器人——真正像“人”
（1’03”）
自动化是当代高科技的集中体现与应用。
自动化是当代高科技的集中体现与应用。
智能机器人是当代高科技的结晶。
智能机器人是当代高科技的结晶。
——宋键——宋键
自动化与自动化学科、第2章自动化与自动化学科、专业
2.2自动化科学与技术
2.2.1自动化科学与技术的定位2.2.2自动化科学与技术的基本内容与核心概念2.2.3自动化科学技术与信息科学技术的关系2.2.4自动化科学与技术的特点
2.2.1自动化科学与技术的定位
广义科学技术体系结构
自动化科学的定位与任务
一门技术科学一门应用基础科学一门技术科学、一门应用基础科学技术科学、研究的基本任务是为自动化技术（包括设计、研究的基本任务是为自动化技术（包括设计、基本任务是为制造、控制和管理计算机集成制造系统CIMSCIMS、制造、控制和管理计算机集成制造系统CIMS、计算机集成过程控制系统CIPSCIPS等先进自动化系计算机集成过程控制系统CIPS等先进自动化系控制工程（包括控制航天器这样的设备）统）和控制工程（包括控制航天器这样的设备）提供科学理论基础。
致力于带有一定普遍性或共性的新的控制致力于带有一定普遍性或共性的新的控制原理和新的系统方法的研究，原理和新的系统方法的研究，使其在实际控制工程和自动化技术中发挥创新的作用。
工程和自动化技术中发挥创新的作用。
自动化技术的定位与任务
一门工程应用技术一门工程应用技术研发的基本任务基本任务：
研发的基本任务：
一方面将自动化科学原理与方法转换为工一方面将自动化科学原理与方法转换为工），使之能应用程实用技术（包括工具和手段），程实用技术（包括工具和手段），使之能应用于工程实际，于工程实际，将自动化科学的研究成果迅速转换为生产力；
换为生产力；
另一方面将工程实际中遇到的技术问题提炼将工程实际中遇到的技术问题提炼、另一方面将工程实际中遇到的技术问题提炼、抽象成为科学问题，抽象成为科学问题，为自动化科学研究提供新的研究对象。
的研究对象。
自动化与自动化科学技术的关系
相互依存关系
自动化科学与技术是自动化的源泉与基础；
自动化科学与技术是自动化的源泉与基础；
是自动化的源泉与基础其物化是自动化设备与系统；
物化是自动化设备与系统；
是自动化设备与系统应用包括自动化设计自动化制造、包括自动化设计、其应用包括自动化设计、自动化制造、自动化工程、自动化管理、自动化工程、自动化管理、自动化决策、自动化运行等。
自动化决策、自动化运行等。
自动化（应用）自动化（应用）是自动化科学与技术的用武之地用武之地；
是自动化科学与技术的用武之地；
是自动化专业毕业生的主要用武之地用武之地。
是自动化专业毕业生的主要用武之地。
2.2.2自动化科学技术的基本内容与核心概念指南车原理（开环控制）指南车原理（开环控制）
齿轮系车辆转弯方向
车身
木人
控制蒸汽机速度的调速器（给定值控制）
维纳给出的负反馈闭环控制结构图
防空导弹制导（跟踪控制）防空导弹制导（跟踪控制）
1-目标跟踪雷达
2-导弹导引雷达导弹导引雷达
3-计算机雷达
4-导弹发射架导弹发射架
自动化科学与技术的核心概念
自动化早已超越古老的研制自动机器替代人类劳动的概念，自动化科学与技术研究的是如何运用各种技术工具延伸人的信息获取、处理和决策控制的功能，来促进能源、材料和环境资源、人力资源等的有效利用，提高生产水平和人类生活质量。
当前自动化科学与技术急需研究解决的是如何应用信息去处理高度复杂系统控制系统的控制信息系统控制问题，从而具有更大的挑战性和潜在的经济效益。
自动化科学与技术的核心是信息、控制与系统，其中控制是核心的核心。
2.2.3自动化科学技术与信息科学技术的关系
信息技术的四个组成部分及其信息链
信息应用执行器
从信息角度看基本自动化设备的组成
信息处理
计算与控制信息获取传感器
机器或设备
广义控制器
被控对象
自动化科学技术与信息科学技术的联系与区别：
①自动化科学与信息科学的同根、同源；
②自动化技术涉及到信息技术的全部，重点是在信息的控制应用和系统集成上。
自动化技术需要以系统的观点综合运用信息技术的各部分，并充分考虑人、环境、对象与工具的相互作用产生的复杂性；
③自动化技术的作用是如何有效地利用信息来促进能量与物质的有效利用；
自动化技术是信息与能量、物质之间的桥梁。
2.2.4自动化科学与技术的特点
自动化科学的特点：
数学属性，严密的理论特征；
数学属性，严密的理论特征对象特性，鲜明的改造世界的特征；
对象特性，鲜明的改造世界的特征系统与社会属性，系统的复杂性特征；
系统与社会属性，系统的复杂性特征渗透与扩散特性，普遍适用特征。
渗透与扩散特性，普遍适用特征
前三个特点表明，从事自动化科学研究，既要有理论，又要懂对象，更要有系统的观念，三者缺一不可。
而第四个特点指出，把自动化科学中的基本原理与方法应用到其他科学、技术与工程中去，是从事自动化科学研究的人员义不容辞的职责。
自动化技术三大特点（作用作用）：
作用⑴桥梁作用
自动化技术是信息与能量、物质之间的桥梁。
自动化技术是信息与能量、物质之间的桥梁。
⑵使能作用
一旦应用于具体对象（一台设备、一旦应用于具体对象（一台设备、一个系统或一项工程），将使对象发生质的变化（稳定可靠运行、），将使对象发生质的变化工程），将使对象发生质的变化（稳定可靠运行、大大提高效率、大大降低能耗成本等）大提高效率、大大降低能耗成本等）的重要工程应用技术
⑶系统集成作用
通过“综合”集成”大型复杂系统、通过“综合”与“集成”，大型复杂系统、过程或工程逐步能被人类有效地控制与管理。
随着系统、程逐步能被人类有效地控制与管理。
随着系统、过程或工程的规模越来越大、越来越复杂，或工程的规模越来越大、越来越复杂，自动化技术的系统集成作用将越来越凸现。
系统集成作用将越来越凸现。
2.3自动化学科、专业自动化学科、
2.3.1学科与专业的含义与区分2.3.2自动化学科2.3.3自动化专业
2.3.1
学科与专业的含义与区分
学科（Discipline）是现代科学技术的一种分类法，具有明确的定义（含义）。
汉语解释:
“学科”是“知识或学习的一门分科”；
英语解释:
“Discipline”是“Abranchofknowledgeorteaching”,由此可知，学科应具有两方面的含义，分别对应着科学技术研究（知识）与科学工程教育（学习与教学）。
与“学科”不同，“专业（Specialty）”的意思却很单一，仅用于科学与工程教育分类。
汉语解释：
“专业”是“高等学校的一个系里或中等专业学校里的学业门类（如这个系有三个专业）”。
表明其含义比学科要窄。
英语解释：
“Specialty”是“Aspecialpursuit,occupation,aptitude,orskill”，比汉语的含义还要窄，并且在英语国家中，往往只用Discipline来对科学与工程教育分类。
专业、学科的含义不同，划分方法有多种，专业、学科的含义不同，划分方法有多种，不同层面还有不同理解与划分。
不同层面还有不同理解与划分。
一般分为：
一般分为：
研究生层面——研究生教育本科生层面——一般意义上的大学教育社会层面——中学教育
容易理解又基本符合研究生教育内涵的学科、学科、专业划分方法
中学层面
高考分科）（高考分科）
本科层面
学士学位）（学士学位）物理专业数学专业
研究生层面
硕士博士学位）（硕士博士学位）控制理论与控制工程二级学科）（二级学科）检测技术与自动化装置二级学科）（二级学科）模式识别与智能系统二级学科）（二级学科）系统工程（二级学科二级学科）（二级学科）导航制导与控制二级学科）（二级学科）
理学类
理科理工科）（理工科）
自动化专业一级学科）（一级学科）
工学类文科
计算机专业通信专业机械专业电工专业建筑专业
2.3.2
自动化学科
从科学与技术一体化的角度（包含了研究与教学两方面），可勾画自动化学科的结构框架：
对研究生学位培养来说，自动化学科的正式名称为“控制科学与工程”学科，属工科门类下的一级学科，如下表：
学科代码0811081101081102081103081104081105学科分类一级学科二级学科二级学科二级学科二级学科二级学科学科名称控制科学与工程控制理论与控制工程检测技术与自动化装置模式识别与智能系统系统工程导航、制导与控制
2.3.3
自动化专业
高等教育有多种分类法。
纵向分类法：
粗分为：
研究生教育和大学教育两个层次；
细分为：
博士、硕士研究生、本科生和专科生四层次；
横向分类法：
高等科学教育、高等工程教育等若干大类，授予的学位为理学学士（硕士、博士）学位、工学学士（硕士、博士）学位等。
2.3.3
自动化专业（续）
按我国的习惯，自动化专业特指大学教育（包括本科生和专科生两个层次），是自动化高等教育的基础层次。
本科自动化专业与电气工程及其自动化专业、电子信息工程专业、通信工程专业、计算机科学与技术专业、电子科学与技术专
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