自动化 概论

所谓自动化(Automation)，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展、放大人的功能和创造新的功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。

与自动化密切相关的一个术语是自动控制(Automatic Contr01)，两者既有联系，但也有一定的区别。自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。一般地说，自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归人自动化的研究领域。不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相近的。目前，在我国的高等院校中，有的设置的是自动化系，有的设置的是自动控制系，它们都是同样属性的系别。为了强调信息(1nfor mation)在自动化或自动控制中的重要作用，有的高等院校将该类专业系名取为信息与控制工程系。

在系统总结自动控制中反馈等思想的基础上，i948年M维纳(Wiener)提出r控制论(Cybernetics)，将控制论定义为“研究动物和机器中控制和通信的科学”。但随着电子计算机技术的高速发展和应

用，控制论已经成为研究各类系统中共同的控制规律的科学。由于自动化或自动控制具有明显的工程特点，一般又将本学科称为控制科学与工程(Control Science and Technology)，以此作为本类专业较有包容性的统称。

控制科学与工程的核心问题是信息，包括信息提取、信息传播、信息处理、信息存储和信息利用等。控制科学与工程和一般的信息学科不同，控制科学与工程是在理论上用较抽象的方式来研究一切控制系统的信息传输和信息处理的特点和规律，研究不同的控制规律达到不同的控制目的。一般的信息学科研究信息的测度(Measure)，并在此基础上研究实际系统中信息的有效传输和有效处理等问题(如编码、译码、信道容量及传输速率等)。控制和通信存在不可分割的关系，人控制机器，或者计算机控制机器，都是一种双向的信息流的过程。

作为我国一级学科的控制科学与工程，下设有控制理论与控制工程、检测技术与自动化装置、系统工程、模式识别与智能系统和飞行器导航、制导与控制等二级学科(专业)，见图1．1。和不同的学科相结合，它形成了许多相互联系又相互区别的研究领域，例如飞机控制、导弹控制、卫星控制、船舶控制、车辆控制、交通自动化、通信系统自动化、化工自动化、冶金自动化、电力系统自动化、机械制造自动化、农业自动化、图书馆自动化、办公自动化和家庭自动化等等，如图1．2所示。

简而言之，自动化类专业是一个口径宽、适应面广的专业，具有明显的跨学科特点。对实现我国工业、农业、国防和科学技术现代化、对迅速提升我国综合国力具有重要和积极的作用。

1．4当前自动化类专业对所培养人才的素质要求随着科学技术的飞速发展，人类已经进入了崭新的21世纪。在新的世纪里，经济全球化、全球信息化正在极大地改变人们的生产、生活方式。人类在新材料、新工艺、新能源、生命科学、信息科学、系统科学、航天飞行等高科技领域的新成就，也将给人类生活带来深远的影响。在这个信息化的时代里，不断进步的计算机技术延伸和扩展了人类大脑的功能，而互联网缩小了人与人之间的距离，使人们的信息交换，交流变得无比的简单、快捷。可以想像，人们进行产品开发、系统设计和所有科研活动在工具、方式、形式和内容等都将和以前大不相同。国家和社会对专业人才的素质将会提出更高更新的要求。因此，我国教育部门提出了面向21世纪素质教育这一宏大的

课题。什么是人的素质呢?按照教育学的观点，是指“人在先天生理基础上受后天环境、教育影响，通过个体自身的认识和社会实践，养成的比较稳定的身心发展的基本品质”。

普遍认为21世纪的工程师至少要做好回答以下问题的准备；

(1)会不会去做是否在科学技术上掌握了必需的知识和技能，能解决工程中遇到的难题。

(2)可不可以做是否掌握了足够的法律知识和良好的道德观，能在政策法规和社会公德允许的条件下开展工作。

(3)值不值得做是否具备了科学的判断和决策能力，能在人、财、物和时空约束下经济合理地完成任务。

(4)应不应该做是否拥有了优良的前瞻和预测未来的能力，能自觉地考虑生态可行性和工程持续性等。

以此为出发点，有志成为自动化领域专门人才的青年学生，可以思索今天应该追求的个人素质和品质。简单地讲，它们应该包括：

(1)认知和技能方面

①掌握数理等基础理论的原理和方法；

②了解机械、力学、电器、化工等相关学科的一般原理和方法；

③掌握计算机、通信、电子等关联学科的基本原理、方法以及相应的实验仪器和设备的使用技能；

④掌握控制系统分析和综合(设计)等专业知识和方法；

⑤掌握系统仿真、科学计算、软硬件开发等科学实验方法和技术；⑥具有哲学、方法论、经济学、历史、法律、伦理、社会学、文学、艺术等人文社会科学方面以及军事方面的基本知识；

⑦具有良好的资料收集、文献检索以及口头表达和书面写作等技巧和能力，并形成很强的自主学习能力，培养终身学习的观念；

⑧具有辩证的、逻辑的、形象的和创造的科学思维方式和对事物进行统计、分析、综合、归纳的技能，并形成较强的发现问题、分析问题和解决问题能力；

⑨具有一定的适应、协调、合作、组织和管理能力。 (2)思想和情感方面

①政治品质热爱祖国、关心集体、尊敬师长、爱护同志和家人，关心国家大事、时事政治，有较强的法治、法规观念；

②思想品质树立了积极向上的人生观、正确的价值观和辩证唯物主义世界观，对我国自动化事业有情感、有信念、有责任心；

③道德品质有良好的品德修养和文明的行为准则，具有敬业精神和职业道德。

(3)意识和意志方面

①实践意识坚持一切从实际出发，不迷信书本、不迷信权威。②质量意识认认真真做好每一件事，在研制和开发的每一个环节都坚持质量至上的思想。

③协作意识现代科学研究和现代工程已经很少是一个人可以独立完成的了，所以要能与同事协同工作、协调配合。不会和他人协作的工程师，一定不会是一个合格的人才。

④创新与竞争意识现代社会是充满挑战和竞争的社会，只有那些不断追求新意境、新见解、敢于竞争的人才能把握机遇、走向成功。那些墨守成规、固步自封的人只会在抱怨声中错失良机。

⑤坚毅意志人生路漫漫，每个人在生活、学习和工作中都可能遇到这样或那样的困难和挫折，要敢于面对困难、善于克服困难。只有拥有坚强的意志和顽强的精神，才可能克服眼前的困难，实现预定的目标。

(4)其他方面

①学风上勤奋、严谨、求实、进取；②作风上谦虚、谨慎、朴实、守信；③具