第3章-自动化人才培养(11.11.13)

1、第第3 3章章 自动化人才的培养自动化人才的培养 3.1 自动化专业的发展历程及特点自动化专业的发展历程及特点 3.2 自动化专业的知识结构及体系自动化专业的知识结构及体系 3.3 我校自动化专业的培养目标和定位我校自动化专业的培养目标和定位 3.4 我校自动化专业课程设置我校自动化专业课程设置3.1 3.1 自动化专业的发展历程及特点自动化专业的发展历程及特点 我国的自动化学科专业高等教育已经经历了我国的自动化学科专业高等教育已经经历了半个世纪的历程。人才培养的规格模式的演半个世纪的历程。人才培养的规格模式的演变过程大体可分为变过程大体可分为“形成期形成期”、“转型期转型期”和和“改革期改革

2、期”三个时期。三个时期。1. 自动化专业的发展历程：自动化专业的发展历程：（1 1）形成期（）形成期（1952-19661952-1966） 19521952年我国设立年我国设立“工业企业电气化工业企业电气化”专业。这专业。这是因为，当时苏联援助我国兴建是因为，当时苏联援助我国兴建156156个大型工业个大型工业企业，急需电气自动化方面的技术人才。企业，急需电气自动化方面的技术人才。19561956年建立年建立“自动控制专业自动控制专业”。19661966年全国有近年全国有近4040所高等工科院校设置有自动化类本科专业。在自所高等工科院校设置有自动化类本科专业。在自动化专业建立以来的相当长的一

3、段时间内，不管动化专业建立以来的相当长的一段时间内，不管是培养模式还是课程设置等均参考苏联的相关模是培养模式还是课程设置等均参考苏联的相关模式和课程设置。专业方向明显比较窄。式和课程设置。专业方向明显比较窄。 总体而言，这个时期在这种培养模式下，为总体而言，这个时期在这种培养模式下，为我国的经济建设和国防建设培养了大批自动我国的经济建设和国防建设培养了大批自动化专业人才，对加快我国工业化和国防现代化专业人才，对加快我国工业化和国防现代化的进程发挥了重要的作用，并奠定了坚实化的进程发挥了重要的作用，并奠定了坚实的基础。的基础。（2 2）转型期（）转型期（1978-19951978-1995） 随

4、着随着19781978年恢复高考，自动化学科专业首先在一批年恢复高考，自动化学科专业首先在一批工科类大学恢复招生和培养。改革开放以来通过借鉴工科类大学恢复招生和培养。改革开放以来通过借鉴和参考西方发达国家的自动化专业的课程体系，我国和参考西方发达国家的自动化专业的课程体系，我国自动化类专业的课程和教学体系进行了较大改革。自动化类专业的课程和教学体系进行了较大改革。 到到19931993年，对年，对“工业自动化工业自动化”与与“自动控制自动控制”专业专业的的“强弱电并重，软硬兼顾，控制理论和实际系统相强弱电并重，软硬兼顾，控制理论和实际系统相结合，面向运动控制、过程控制和其他对象控制结合，面向运

5、动控制、过程控制和其他对象控制”的的共同特点与培养目标进一步明确，共同特点与培养目标进一步明确，“工业自动化工业自动化”偏偏重强电、偏重应用，而重强电、偏重应用，而“自动控制专业自动控制专业”偏重弱电、偏重弱电、偏重理论的专业特点与分工格局也基本确定。偏重理论的专业特点与分工格局也基本确定。（3 3）改革期（）改革期（19961996年至今）年至今） 自动化自动化学科学科发展异常迅速，特别是近十年来，发展异常迅速，特别是近十年来，自动化技术出现了向智能化、网络化和集成自动化技术出现了向智能化、网络化和集成化方向发展的趋势，自动化技术正在转入控化方向发展的趋势，自动化技术正在转入控制工程技术、信

6、息工程技术和系统工程技术制工程技术、信息工程技术和系统工程技术的综合集成模式，并和计算机、数据库、网的综合集成模式，并和计算机、数据库、网络和通讯技术的发展密切相关。络和通讯技术的发展密切相关。 自动化专业的培养模式也随着市场的需要及自动化专业的培养模式也随着市场的需要及分配制度的改革而发生较大变化。培养目标分配制度的改革而发生较大变化。培养目标提出厚基础、宽口径、复合型、注重创新精提出厚基础、宽口径、复合型、注重创新精神等理念。多规格、多模式、宽口径、复合神等理念。多规格、多模式、宽口径、复合型的培养目标要求已成为教育改革的必然趋型的培养目标要求已成为教育改革的必然趋势。培养类型看，已形成了

7、势。培养类型看，已形成了研究主导型、工研究主导型、工程研究应用型、应用技术型程研究应用型、应用技术型等几种类型。等几种类型。2.2.自动化专业的发展特点自动化专业的发展特点： 经过几十年的发展，我国自动化专业人才经过几十年的发展，我国自动化专业人才培养规格随着时代的变化而变化，有着如培养规格随着时代的变化而变化，有着如下的三个特点：下的三个特点： （1 1）自动化专业随国家不同发展阶段的需）自动化专业随国家不同发展阶段的需求做出相应的调整，走跨行业和泛行业的求做出相应的调整，走跨行业和泛行业的专业发展之路。专业发展之路。2.2.自动化专业发展特点自动化专业发展特点：（2 2）自动化专业的培养规

8、格由开始阶段的单）自动化专业的培养规格由开始阶段的单一的教学型向研究主导型、工程技术型等多一的教学型向研究主导型、工程技术型等多种类型演变，有严格的专业与行业对口型逐种类型演变，有严格的专业与行业对口型逐渐向宽口径、跨行业的规格转变，从单一的渐向宽口径、跨行业的规格转变，从单一的应用型向研究与应用复合型、应用复合型、应用型向研究与应用复合型、应用复合型、应用技术型转变。应用技术型转变。（3 3）自动化专业的培养模式始终坚持从我国）自动化专业的培养模式始终坚持从我国的国情出发，与时俱进。在自动化专业建立的国情出发，与时俱进。在自动化专业建立之初，学习苏联模式，后又学习西方先进国之初，学习苏联模式

9、，后又学习西方先进国家先进课程体系及教学内容，并根据我国现家先进课程体系及教学内容，并根据我国现状进行教学改革。状进行教学改革。3.2 3.2 自动化专业的知识结构及体系自动化专业的知识结构及体系 自动化专业主要研究的是自动控制的原理和方法，自动化专业主要研究的是自动控制的原理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。它以自动控制理论为基础，以电子技术、的应用。它以自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程自动控制通信技

10、术为主要工具，面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。及各行业、各部门的自动化。它具有它具有“控（制）管控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施（件）兼施”等鲜明的特点，是理、工、文、管多等鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。学科交叉的宽口径工科专业。 3.2 3.2 自动化专业的知识结构及体系自动化专业的知识结构及体系 面向高等科学工程教育的自动化学科与专业，面向高等科学工程教育的自动化学科与专业，其知识体系由三层知识构成，包括十个个知其知识体系由三层知识构成，包括十个个知识领域。识领域。 下面

11、由图详细解释专业的知识结构。下面由图详细解释专业的知识结构。控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理传感与检测通信与网络+-控制知识层知识领域：数理、机电、计算机基础基础知识层知识领域：系统与工程系统知识层1. 基础知识层基础知识层 含有三个知识领域含有三个知识领域数理、机电、计算机基数理、机电、计算机基础础 。这个知识领域包含的知识单元有：高等数学。这个知识领域包含的知识单元有：高等数学（或数学分析）、线性代数、概率与随机过程、复（或数学分析）、线性代数、概率与随机过程、复变函数与积分变换、大学物理、工程制图、电路分变函数与积分变换、大学物理、工程制图、电路分析、电磁场、模拟电子技术、数字电

12、子技术、信号析、电磁场、模拟电子技术、数字电子技术、信号分析、计算机语言、微机原理等。分析、计算机语言、微机原理等。-传感与检测控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理通信与网络+控制知识层知识领域：数理、机电、计算机基础基础知识层知识领域：系统与工程系统知识层2. 控制知识层控制知识层 含有六个知识领域，分别为传感与检测（或信含有六个知识领域，分别为传感与检测（或信息获取）、通信与网络（或信息传输）、计算与处息获取）、通信与网络（或信息传输）、计算与处理、（或信息处理）、控制与智能（或信息控制）、理、（或信息处理）、控制与智能（或信息控制）、执行与驱动（或信息应用）、模拟与仿真。执行与驱动（

13、或信息应用）、模拟与仿真。-传感与检测控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理通信与网络+控制知识层1）传感与检测）传感与检测 包含的知识单元有：传感器、检测技术、仪包含的知识单元有：传感器、检测技术、仪表抗干扰技术、测量信号处理等。表抗干扰技术、测量信号处理等。-传感与检测控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理通信与网络+控制知识层 2）通信与网络）通信与网络 包含的知识单元有：通信原理、计算机网络包含的知识单元有：通信原理、计算机网络等。等。-传感与检测控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理通信与网络+控制知识层 3）计算与处理）计算与处理 包含的知识单元有：数字信号处理、图像处包含的

14、知识单元有：数字信号处理、图像处理、模式识别、数据结构、操作系统、计算算法理、模式识别、数据结构、操作系统、计算算法基础等。基础等。-传感与检测控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理通信与网络+控制知识层4）控制与智能）控制与智能 包含的知识单元有：经典控制理论、现代控制理包含的知识单元有：经典控制理论、现代控制理论、最优控制、自适应控制、人工智能、智能控制等。论、最优控制、自适应控制、人工智能、智能控制等。-传感与检测控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理通信与网络+控制知识层 5）执行与驱动）执行与驱动 包含的知识单元有：控制电机、自动化仪表、电包含的知识单元有：控制电机、自动化仪表、

15、电力电子等。力电子等。-传感与检测控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理通信与网络+控制知识层6）模型与仿真知识领域）模型与仿真知识领域 包含的知识领域有：系统辨识、建模技术、仿包含的知识领域有：系统辨识、建模技术、仿真技术、电机原理与传动、机械原理与结构、机器真技术、电机原理与传动、机械原理与结构、机器人原理等。人原理等。-传感与检测控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理通信与网络+控制知识层控制与智能执行与驱动模型与仿真计算与处理传感与检测通信与网络+-控制知识层知识领域：数理、机电、计算机基础基础知识层知识领域：系统与工程系统知识层 3. 系统知识层系统知识层 系统与工程知识领域包含

16、的知识单元有：运系统与工程知识领域包含的知识单元有：运动控制系统、过程控制系统、集成自动化系统、动控制系统、过程控制系统、集成自动化系统、管理信息系统、系统工程、运筹学、最优化、智管理信息系统、系统工程、运筹学、最优化、智能系统、机器人系统等。能系统、机器人系统等。3.3 我校自动化专业的培养目标和定位我校自动化专业的培养目标和定位 我校属于国家我校属于国家“211211工程工程” ” 项目项目建设学校，自动化学科专业定位建设学校，自动化学科专业定位于于“工程研究应用型工程研究应用型”学科专业。学科专业。这一类学校本专科人才培养的目这一类学校本专科人才培养的目标是，为培养具有实际工程能力标是，

17、为培养具有实际工程能力的自动化应用研究与开发、应用的自动化应用研究与开发、应用技术及其复合型人才奠定基础。技术及其复合型人才奠定基础。自动化专业的定位：自动化专业的定位： 本专业以服务广西经济建设促进广西本专业以服务广西经济建设促进广西“14+4”千亿元产业技术升级为主要目标，立足广西，千亿元产业技术升级为主要目标，立足广西，对接东盟，根据学校建设高水平区域特色研对接东盟，根据学校建设高水平区域特色研究型大学的发展目标定位，将人才培养类型究型大学的发展目标定位，将人才培养类型定位为培养定位为培养“工程研究应用型工程研究应用型”人才，形成人才，形成“研究研发型工程设计与应用型研究研发型工程设计与

18、应用型”两种不两种不同人才培养规格。同人才培养规格。 自动化专业的定位：自动化专业的定位： 1) 培养掌握先进理论与技术、具有科学研究培养掌握先进理论与技术、具有科学研究能力和实际工程能力的能力和实际工程能力的“研究研发型研究研发型”人才；人才；2) 培养能够综合应用多学科知识进行系统研发、培养能够综合应用多学科知识进行系统研发、设计的设计的“工程设计与应用型工程设计与应用型”人才。人才。3.33.3 我校自动化专业的培养目标和定位（续）我校自动化专业的培养目标和定位（续） 我校自动化专业培养目标，具体地来说是：我校自动化专业培养目标，具体地来说是： 本专业培养的学生能成为在运动控制、工业本专

19、业培养的学生能成为在运动控制、工业过程控制、检测技术与自动化仪表、电子过程控制、检测技术与自动化仪表、电子与计算机技术等领域从事系统分析、系统与计算机技术等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人才。工作的高级工程技术人才。自动化专业的定位：自动化专业的定位： 自动化专业的毕业生应获得以下方面的知识自动化专业的毕业生应获得以下方面的知识和能力：和能力： （1 1）有较扎实的自然科学基础，较好的人）有较扎实的自然科学基础，较好的人文社会科学基础和外语综合能力。文社会科学基础和外语综合能力。 （2 2）掌握本专业领域必需的较

20、宽的技术基）掌握本专业领域必需的较宽的技术基础理论知识，主要包括电路理论、电子技术、础理论知识，主要包括电路理论、电子技术、控制理论、信息处理、计算软件、硬件基础控制理论、信息处理、计算软件、硬件基础及应用等。及应用等。自动化专业的定位：自动化专业的定位：（3 3）较好地掌握运动控制、工业过程控制、）较好地掌握运动控制、工业过程控制、自动化仪表、电力电子技术、信息处理等方自动化仪表、电力电子技术、信息处理等方面的知识，具有本专业面的知识，具有本专业1-21-2个专业方向的知个专业方向的知识和技能，了解和跟踪本专业学科前沿和发识和技能，了解和跟踪本专业学科前沿和发展趋势。展趋势。（4 4）获得较

21、好的系统分析、系统设计及系统）获得较好的系统分析、系统设计及系统开发方面的工程实践训练。开发方面的工程实践训练。自动化专业的定位：自动化专业的定位：（5 5）在本专业领域内具备一定的科学研究、）在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发和组织管理能力，具有较强的工作科技开发和组织管理能力，具有较强的工作适应能力。适应能力。（6 6）具有团队合作需要的技能，包括与其他）具有团队合作需要的技能，包括与其他不同领域专家有效沟通的能力。不同领域专家有效沟通的能力。（7 7）具有较强的组织管理、系统协调能力，）具有较强的组织管理、系统协调能力，包括对系统全局的洞察和处理复杂问题的能包括对系统全局的洞察和

22、处理复杂问题的能力。力。3.4 3.4 我校自动化专业课程设置我校自动化专业课程设置1.1.我校自动化专业课程设置可分为以下三种类我校自动化专业课程设置可分为以下三种类型的课：型的课： 通识教育课通识教育课 学科基础课学科基础课 专业领域课专业领域课 自动化专业的整体框架分为：自动化专业的整体框架分为：必修课选修课必修课必修课选修课选修课必修课必修课选修课选修课公共基础课（或通识教育课）公共基础课（或通识教育课）专业基础课（或学科专业基础课（或学科基础课基础课）专业课（或专业领域课）专业课（或专业领域课）具体的课程设置有：具体的课程设置有： 通识教育课：公共必修课为：马克思主义基本原通识教育课

23、：公共必修课为：马克思主义基本原理，毛泽东思想概论、邓小平理论理，毛泽东思想概论、邓小平理论, ,中国近代史纲中国近代史纲要、大学英语、计算机基础等等。公共选修课可要、大学英语、计算机基础等等。公共选修课可选其他学院的课如外语类、计算机类、艺术类等。选其他学院的课如外语类、计算机类、艺术类等。 专业（学科）基础课专业（学科）基础课: :高等数学、线性代数、大学高等数学、线性代数、大学物理、电路理论、数字电子技术、模拟电子技术、物理、电路理论、数字电子技术、模拟电子技术、微机原理及应用、自动控制原理、电机学与电力微机原理及应用、自动控制原理、电机学与电力拖动等。拖动等。 专业领域课专业领域课：现

24、代控制理论、计算机控制技术、：现代控制理论、计算机控制技术、电力电子技术、过程检测技术及仪表、运动控制电力电子技术、过程检测技术及仪表、运动控制装置及系统等等。装置及系统等等。2.自动化专业的主要课程介绍 1). 模拟电子技术 主要内容包括：晶体管和场效应管及其放大电主要内容包括：晶体管和场效应管及其放大电路、放大器反馈及耦合、功率放大器、集成运算放路、放大器反馈及耦合、功率放大器、集成运算放大器及应用等。大器及应用等。 模拟电子技术实验室模拟电子技术实验室放大电路2). 数字电子技术 主要内容包括：逻辑基础、各种逻辑门电路、主要内容包括：逻辑基础、各种逻辑门电路、触发器、组合逻辑电路、时序逻

25、辑电路、大规模数触发器、组合逻辑电路、时序逻辑电路、大规模数字集成电路及应用。字集成电路及应用。逻辑电路3). 自动控制理论 主要内容包括：系统数学模型、时域分析、频主要内容包括：系统数学模型、时域分析、频域分析、根轨迹法、校正与设计。域分析、根轨迹法、校正与设计。 分析各种被控制对象特性，用数学表达式描述系分析各种被控制对象特性，用数学表达式描述系统输入输出关系，以及状态与输出关系等，即建立统输入输出关系，以及状态与输出关系等，即建立数学模型。分析各种系统数学模型的各种性质，以数学模型。分析各种系统数学模型的各种性质，以便进行模型简化和求解。有了简化的数学模型，就便进行模型简化和求解。有了简

26、化的数学模型，就可以分析系统的稳定性、控制精度和动态性能。可以分析系统的稳定性、控制精度和动态性能。 根据已有的系统模型和对系统的要求，进行控制根据已有的系统模型和对系统的要求，进行控制器设计，以满足系统的动态和静态的性能要求，即器设计，以满足系统的动态和静态的性能要求，即对原有系统性能进行校正。系统设计就是利用机械对原有系统性能进行校正。系统设计就是利用机械和电子技术、设计的理论和方法，实现对实际对象和电子技术、设计的理论和方法，实现对实际对象的控制。分析和设计理论方法又分为：时域法、频的控制。分析和设计理论方法又分为：时域法、频域法、根轨迹法。域法、根轨迹法。波特图4). 现代控制理论 主

27、要内容有：状态空间描述方法、系统的可控性、主要内容有：状态空间描述方法、系统的可控性、可观性、控制器的设计及最优控制等。系统的能控可观性、控制器的设计及最优控制等。系统的能控性是指无论系统处于何种状态，都存在一个控制器，性是指无论系统处于何种状态，都存在一个控制器，使系统在有限的时间内达到某种状态。最优控制理使系统在有限的时间内达到某种状态。最优控制理论是以变分法和运筹学为主要工具，研究满足极值论是以变分法和运筹学为主要工具，研究满足极值条件的控制问题。控制器设计就是对具有可控性的条件的控制问题。控制器设计就是对具有可控性的系统，根据控制需要具体设计控制算法的过程。系统，根据控制需要具体设计控

28、制算法的过程。5). 电机与拖动 主要内容有：直流电机、变压器、三相异步机、主要内容有：直流电机、变压器、三相异步机、同步机、控制电机、直流调速系统、交流调速系统、同步机、控制电机、直流调速系统、交流调速系统、拖动动力学基础、拖动系统的设计。拖动动力学基础、拖动系统的设计。6). 计算机控制系统 主要内容有：计算机控制系统基本分析方法、主要内容有：计算机控制系统基本分析方法、计算机控制系统设计方法（经典法和状态变量法）、计算机控制系统设计方法（经典法和状态变量法）、微机控制系统设计与实现（包括单板机控制系统、微机控制系统设计与实现（包括单板机控制系统、输入输入/ /输出接口、数字输出接口、数字/ /模拟和模拟模拟和模拟/ /数字转换器）、数字转换器）、计算机控制系统的应用等。计算机控制系统的应用等。7). 人工智能导论 人工智能是研究如何制造出人造的智能机器人工智能是研究如何制造出人造的智能机器（系统），能够模拟人类智能活动，以延伸人的智（系统），能够模拟人类智能活动，以延伸人的智能。能。 人工智能的研究涉及到计算机科学、脑科学、神人工智能的研究涉及到计算机科学、脑科学、神经生理学、心理学、语言学、逻辑学、认知（思维）经生理学、心理学、语言学、逻辑学、认知（思维）学、行为科学和数学，以及信息论、控制论和系统学、行为科学和数