自动化的概念和发展简史.doc

2 自动化的概念和发展简史2.1 控制和自动化的概念 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50Hz、220V的交流电。电压较大偏离这些给定值，会引起电器工作的不正常甚至焚毁。为此，在发电厂就要设法控制电压、频率这两个物理量为恒值，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、产量提高。而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(图21)。 图21 防空导弹的制导 1目标跟踪雷达；2导弹导引雷达；3计算机；4导弹发射架 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。其他如冰箱、洗衣机无不将些物理量控制为恒值，而全自动洗衣机更把洗衣、漂洗和脱水等操作自动按程序进行。图22 水温的手动控制和自动控制的示意图 (a)手动控制漫画；(b)自动控制自动化是一个涉及学科较多、应用广泛的综合性科学技术，归属于部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，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。 自动化是新的技术革命的一个重要方面。自动化技术的研究、应用和推广，对人类的生产、生活的方式将产生深远影响。目前正在推行的利用信息技术(包括计算机、自动化等)来改造旧生产工艺和提高产量和质量、提高管理及经营水平的政策以信息化带动工业化的政策，就是例证。 生产过程的自动化和办公室自动化可极大地提高社会生产率和工作效率，节约能源和原材料消耗，保证产品质量、改善劳动条件，改进生产工艺和管理体制，加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程。22 我国古代自动装置 中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。指南车、铜壶滴漏、浮子式阀门、记里鼓车、漏水转浑天仪、候风地动仪、水运仪象台等就是其中比较著名的几种。 (1)指南车 指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合齿轮系装置的车辆。关于指南车的发明有许多传说和记载。据史书记载，东汉张衡(公元78139)、三国时代魏国的马钧、南齐的祖冲之都曾制造过指南车。宋史舆服志中对指南车的构造和各齿轮大小和齿数都有详细记载。 指南车是一种马拉的双轮独辕车，车箱上立一个伸臂的木人。车箱内装有能自动离合的齿轮系。当车子转弯偏离正南方向时车辕前端就顺此方向移动，而后端则向反方向移动，并将传动齿轮放落，使车轮的传动带动木人下的大齿轮向相反方向转动，恰好抵消车子转弯产的影响(图23)。车向正南方向行驶时，车轮和木人下的大齿轮是分离的，木人指向不变。因此，无论车转向何方，都能使人的手臂始终指向南方。指南车是一个保持方向恒定的自动装置(图24和图25)。图2.3指南车方向自动装置框图图2.4指南车复原模型图2.5 指南车自动指向示意（复原模型） (2)铜壶滴漏 即漏壶，中国古代的自动计时(测量时间)装置，又称刻漏或漏刻。漏壶的最早记载见于周礼。这种计时装置最初只有两个壶，由上壶滴水到下面的受水壶，液面使浮箭升起以示刻度(即时间)(图26之右)。保持上壶的水位恒定是滴漏计时准确的关键。这个问题后来是互相衔接的多级(35级)水壶来解决的。宋朝王普所著官术刻漏图(公元1135)曾描述一种莲华漏，后该书失传。根据宋朝杨军的六经图(公元天池壶、平水壶逐级向平水小壶供水。 平水小壶上有溢水口，可使多余的水泄入减水桶以保持水面恒定。在莲华漏中还采用一个浮子式阀门作为自动切断阀。当受水壶水位升至满刻度时，浮子式阀门就会自动阻塞上级平水壶的出水小孔，切断水滴(见图26上平水壶前的一个小鸟式装置)。图27为宋代燕肃所制刻漏。 图26 莲华漏计时装置图27 宋代燕肃刻漏（3）饮酒速度的自动调节宋朝仇士良著的岭外代答(公元i178)曾记载中国南方和西南方部落村民的一种习俗，就是常用长0.6米以上的饮酒管饮酒。在这种竹制饮酒管中有一条银制小鱼，作为可动的“关捩”(即浮子式阀门)。饮酒时吸得太快或太慢，小孔就会被小鱼自动堵塞(古今图书集成，图28)。这种浮子式阀门可用来保持均匀的饮酒速度。 (4)计里鼓车 中国古代有能自报行车里程的车制，是东汉以后出