自动化学科简介

水温控制系统的反馈控制方块图
人眼 输入 信号 人眼 大脑 手臂,手 输出信号
用自动装 置代替人 工操作
防空导弹制导
1-目标跟踪雷达
2-导弹导引雷达
3-计算机雷达
4-导弹发射架
各种现代火炮的俯仰角和方位角都是
自动控制的，特别用双雷达控制的防空导 弹可以自动跟踪高空的飞行目标进行命中 爆炸。
现代社会和现代生活 离不开对一些物理量的控制，包括 实现对这种控制的自动化。例如公共电网上的电压是50周、 220伏的交流电。为此，在发电厂就要设法控制电压、频率这 两物理量为恒值，这要采用自动调压和自动调频装置。在工业 生产中，如在化肥厂控制反应釜（塔）内温度和压力为恒值， 使化学反应速度加快。在机械加工厂金属切削机床上，经常是 控制工件或刀具的转速为恒值，使产品的质量、产量能提高。 而各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的。 现代生活中，空调器保持室内温度为恒值、卫生洁具水箱 的水位也保持为恒值。其它如冰箱、洗衣机无不进行一些物理 量的控制为恒值，而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱水等操作自动 按程序进行。
• 办公自动化：现代办公自动化正朝着计算机
网络化和智能化方向发展。
• 家庭自动化：主要是指自动地实现生活服务
或提供信息服务。
• 农业自动化
• 军事自动化
航空航天与运输
（a）F-18飞机，第一种运用能遥控的自动驾驶 仪技术的军用飞机之一，（b）X-45（UCAV） 无人飞行器。
机器人技术和智能机械
自动化（Automation）
1）.指设备、过程或系统的自动运行或自动控制
（The automatic operation or control of
equipment,a process,or a system)； 2）.用于实现自动运行或自动控制的技术或设备 （The techniques and equipment used to achieve automatic operation or control)； 3）.被自动控制或自动操作的状态（The condition of being automatically controled or operatted).
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企业转型:扩展型/协同型企业
• 扩展型/协同型企业是基与协作-信用 -多赢的价值网络, 或称平台型企业 • 新思维: “一流企业做平台,二流企业 做产品,三流企业做加工” • 案例: Cemex
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Cemex:扩展型水泥企业
• 一家位于墨西哥的水泥生产商,藉助杰出的平 台技术和精明管理, 成功兼并十多个国家企业, 统一标准化运营, 成为业务复盖30多个国家的 跨国公司,不仅提供水泥产品,而主要提供有关 建筑的优质解决方案服务 • 其核心竞争力在于包含九个商业组件的协同平 台 • “在实现企业潜力的过程中,唯一的威胁是传 统观念,认为水泥产业是静态的,其产品是一种 商品”---L.Zambrano • “信息技术平台不是一种”系统”,而是一种在 人与人之间进行协调的核心手段” 24
（a）火星旅居者漫游者 （b）索尼爱波娱乐表演机器人
二、对自动化科学与技术的认识
科学技术
基础科学
技术科学
工程技术
研发技术
科 学 技 术
现场技术
基础科学— — 自然科学
数学
系统科学
社会科学
技术科学— — 信息科学 自动化科学 运筹学 其他技术科学 工程技术— —
信息技术
自动化技术
广义的信息技术
• 自动化科学（Automation Science/Automatics) 或 称控制系统科学（Control System Science),是一 门技术科学，起源于20世纪初，《控制论》与《工 程控制论》的问世标志着这门技术科学的基本成型。 • 自动化技术（Automation Technology) 或称控制系 统技术（Control System Technology) 或控制技术。 作为一门工程应用技术，自动化技术的发展历史要 更长，但其获得广泛应用是在自动化科学基本成熟 和计算机与通信技术普及之后。
现物与物、人与物之间的自动信息
交互与处理的智能网络。
从应用角பைடு நூலகம்理解：
– 物联网是指把世界上所有的物体都联接
到一个网络中，形成“物联网”，然后
“物联网”又与现有的互联网结合，实
现人类社会与物理系统的整合，达到以
更加精细和动态的方式管理生产和生活。
智能卡 二维码
近距离 通信 传感器 技术
跟踪定位 条形码
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） 计算机化（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） 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）


工业化 信息化
知识化
（基础）自动化（核心是控制） 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） 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
目前在许多场合，控制与自动化似乎是同义词， 两者区分并不显著 。但严格说来，控制与自动化 的含义是不同的，控制较强调科学思想和方法，自 动化则较强调系统的实现。控制既可以是自动的， 也可以是人工的，而自动化最直接的含义是使系统 自动运行，这里并非一定需要有控制行为。虽然如 此，我们还是要承认控制与自动化在大多数情况下 是一致的，因为我们希望控制最好能自动实现以减 少人工控制的负担和不稳定性，同时我们也希望自 动化系统的性能更优更好，常常会用控制的思想和 方法提高系统的质量。
2.控制和自动化的关系
1）.自动化和控制是有不同内涵的两个概念
自动化与“设备、过程或系统等具体物理对象”的自 动运行密切相关，脱离了具体物理对象谈自动化 是毫无意义的。 控制（Control)有驾驭或支配的含义，是人们为实现 所要达到的目标而采用的方法与手段，因而可以 脱离物理对象而去研究控制。 控制的应用范围比自动化广，但本身的含义却要比自 动化窄；就工程控制范围而言，控制只是自动化 中的核心概念之一；自动化是多个概念交叉、融 合的产物，而控制却不是。
什么是物联网？
物联网——“The Internet of Things” ,
IOT。顾名思义就是 “物物相连的互联网”,有两
层意思：
第一 物联网的核心和基础仍然是互联网，是在
互联网基础之上延伸和扩展的一种网络；
第二 其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品
之间，进行信息交换和通信 。
其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方 便识别和管理。
自动化学科简介
一．对自动化的认识
二．对自动化科学与技术的认识 三．对自动化学科的认识
四. 对自动化专业的认识
一． 对自动化的认识
1. 什么是自动化 2. 控制和自动化的关系 3. 自动化和工业化的关系
4. 自动化和信息化的关系
5. 自动化技术的应用
1.什么是自动化？
(a) 手动控制漫画 (b) 自动控制 图1 水温的手动控制和自动控制的示意图
自动化学科与信息学科的关系
自动化科学与信息科学同根、同源
信息科学的基础 《信息论》与《控制论》、《系统论》 自动化科学的基础 《控制论》、《系统论》与《信息论》
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ERP: 企业资源计划 （Enterprise Resource Planning） MES: 制造执行系统 (Manufactruing Execution Systems) PCS: 过程控制系统
(Process Control
Systems)
信息化支撑全球化战略 • • • • 贸易全球化: EDI,电子商务 制造全球化: 网络协同设计制造 资产全球化: ERP,供应链管理,资产管理 人才全球化: HRM,知识管理
3.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）
实现自动化，就完成工业化 目前来说：自动化是工业化的最重要标志 （国内总体来说，已机械化、电气化）
4. 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： 一定在工业化的基础上 计算机化（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） 实现先进自动化，就完成（工业）信息化 先进自动化是信息化的最重要标志 （国内总体，数字化、网络化已有一定规模）
当前——处理系统的复杂性，
先进自动化，主要是信息
当前，自动化科学研究的焦点和难点 ——系统的复杂性， 需要解决的基本问题或基本科学问题 ——复杂系统的建模问题 综合集成问题（包括人） 整体优化问题、失效容错问题 和系统智能问题 自动化技术主要包括 ——模型技术、仿真技术、集成技术、 优化技术、可靠性技术和运行技术。
自动化技术与“两化”融合
工 业 化
（工业化基础）机械化 物 质
信 息 化
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
江泽民同志在党的十六大报告中提出的， 信息化是我国加快实现工业化和现代化的必 然选择。坚持以信息化带动工业化，以工业 化促进信息化，走出一条科技含量高，经济 效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资 源优势得到充分发挥的新型工业化路子，这 是本世纪头20年我国经济建设和改革的主要 任务之一。
物联网
感知技术RFID/传感器/智能
芯片/纳米技术
无线传感网(WSN) 蓝牙/ZigBee/ WiFi/NFC
智 慧 地 球
M2M 物物通信
互联网
移动网
智能处理 自动控制/模式识别/云计算 /SAAS
5. 自动化技术的应用
• 工业自动化：主要包括自动完成加工生产的
设备自动化，自动完成正常生产进程的过程自 动化，以及自动实现业务管理的管理自动化。
自动化科学的特点
1. 自动化科学的数学属性——严密的理论特征 2. 自动化科学的对象特性——鲜明的改造世界 的特征 3. 自动化科学的系统与社会属性——系统的复 杂性特征 4. 自动化科学的渗透与扩散特性——普遍适用 特征
自动化科学与技术的发展特点之一
最初——处理系统的物理特性，
基础自动化，物质、能量
物联网的定义：
物联网是通过射频识（RFID）、
红外感应器、全球定别位系统、激光扫
描器等信息传感设备，按约定的协议， 把任何物品与互联网连接起来，进行信 息交换和通信，以实现智能化识别、定 位、跟踪、监控和管理的一种网络。
从技术角度理解：
– 物联网是指物体的相关信息通过智
能感应装置来采集，经过传输网络， 送达指定的信息处理中心，最终实
“e-enabling”目标：
让公司所有业务都以网络为基础，所有员 工都能通过单一的、个人化的门户网站获得 自己的档案和公司的数据以及外部的信息。 尽管公司的管理团队可能分散在世界各地， 但所有运作都将通过互联网进行集中操作。
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物联网
• 计算机网络，实现了计算机与计算机的 连接。 • Internet网（即互联网），实现了网络 间的互联；Web 在某种意义上实现了人 与人的互联。 – 如：QQ，邮件，游戏
2）.自动化和控制概念的外延
第一.从控制科学开始“延伸”，即控制科学→控制理 论→控制技术→控制系统→控制工程； 第二.从自动化应用开始“延伸”，即自动化工程→自 动化设备→自动化技术→自动化理论→自动化科学。
3）.自动化科学和控制科学
基础科学— — — 信息科学 控制科学 系统科学
技术科学— — — — — — 自动化科学
十七大报告(2007)
• 科学分析我国全面参与经济全球化的新 机遇新挑战,全面认识工业化,信息化,城 镇化,市场化,国际化深入发展的新形势 新任务… • 发展现代产业体系,大力推进信息化与工 业化融合
如何理解?如何贯彻?
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“发展战略”对信息化的界定
信息化是充分利用信息技术，开发利 用信息资源，促进信息交流和知识 共享，提高经济增长质量，推动经 济社会发展转型的历史进程。
网关设 备
高速 数据 网络
因特网
GPS
物联网基本理论模型
从物联网本质上看，物联网是现代信息 技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性
应用与技术提升。物联网将各种感知技术、
现代网络技术和人工智能与自动化技术聚
合与集成应用，使人与物智慧对话，创造
一个智慧的世界。
物联网= 物理世界 与信息网络的无缝 连接