自动化专业导论

1、自动化专业导论作者姓名：贾慧作者单位：中南大学信息科学与工程学院自动化1202班摘要：随着社会的发展，自动化也在我们的生活中运用的更为广泛，本文在论证未来时代将会是自动化时代的基础上，首先介绍了对自动 化的基本认识及其发展历史，形成了对自动化的一个整体认识。然后 进一步，更加全面的介绍自动化学科的研究内容及其应用于现代生产 实践中及其它们的重要意义。其次在对自动化有了一个全面了解的情 况下，对应自动化的专业方向、就业方向进行了分析，最后在看到了 社会对于自动化技术的革新，本文总结出其发展趋势，让我们明白未来的时代会是自动化的时代。关键词:基本概念;发展历程；研究内容；智能建筑；发展趋势1对自动

2、化的认识装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控 制的过程。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通 运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。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。因此，自动化是工业、农业、国防和 科学技术现代化的重要条件和显著标志。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的应用。自动化的概念是一个动态发 展过程，其也在不断完善。今天，自动化已远远突破了传统的概念， 具

3、有更加宽广和深刻的内涵。自动化的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三 个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，制造 系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自 动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一 部分。自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。在范围 方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命 周期所有过程。2自动化的发展历史2.1自动装置的出现与应用自动化的概念起源于最早的自动控制，而最早实行自动控制的自动 装置可以追溯到公元前，如我国古代发明的指南车、漏壶、候风地动 仪等。2.2自动化技术形成

4、时期1768年瓦特发明蒸汽机，人类开始进入了使用机器的时代。其借助 于离心调速装置而使其本身的转速保持稳定。这种离心调速装置就是 世界上最早的自动化机器。1946年，美国福特公司的机械工程师D.S. 哈德最先提出“自动化”一词，并用来描述发动机汽缸的自动传送和 加工的过程。50年代，自动调节器和经典控制理论的发展，使自动 化进入以单变量自动调节系统为主的局部自动化阶段。60年代，随 现代控制理论的出现和电子计算机的推广应用，自动控制与信息处理 结合起来，使自动化进入到生产过程的最优控制与管理的综合自动化 阶段。70年代，自动化的对象变为大规模、复杂的工程和非工程系 统，涉及许多用现代控制理论难

5、以解决的问题。这些问题的研究，促 进了自动化的理论、方法和手段的革新，于是出现了大系统的系统控 制和复杂系统的智能控制，出现了综合利用计算机、通信技术、系统 工程和人工智能等成果的高级自动化系统。19271932年期间，在 贝尔实验室工作的美国电气工程师和他的同事们，应用负反馈原理设 计一个具有现行负反馈的电子管放大器失真问题。人们把这个概念引 入了自动调节系统，这就是现在控制系统中所使用的闭环控制。1932 年，同在贝尔实验室的奈奎斯特成功的解决之一技术难题，建立了奈 奎斯特的稳定盘踞，人们称他为奈奎斯特频率法。2.3局部自动化时期20世纪40-50年代，是局部自动化时期。在二战期间，针对防

6、空 火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计 出各种自动调节装置、控制装置用于解决局部问题。这一时期主要是 经典控制理论的形成和发展时期。2.4综合自动化时期20世纪50年代末起至今，是综合自动化时期，主要包括两个方面内 容：一是现代控制理论形成；而是现代控制理论的发展和应用。并且 随着生产技术的发展，现代控制理论迅速发展，并形成多个重要分支， 如：建模与系统辨识，最优控制理论，自适应控制理论，遥感、遥测 和遥控，综合自动化，大系统理论，模式识别，智能控制等等。到了 21世纪，自动化技术进入了计算机自动设计的年代。3自动化技术的主要应用3.1机械制造自动化机械制造自动化主要

7、包括以下各方面：金属切削机床的控制，焊接过 程的控制，冲压过程的控制和热处理过程的控制等。过去机械加工都 是手工操作或由继电器控制的，随着自动控制技术和计算机的应用， 慢速传统的操作方式已经逐渐被计算机控制的自动化生产方式说取 代。3.2过程工业自动化过程工业是指对连续流动或移动的液体、气体或固体进行加工的工业 工程。过程工业自动化主要包括石油、化工、医药、生物化工、天然 气、建材、造纸和食品等工业过程的自动化。过程工业自动化以温度、 压力、流量、物位（包括液位、料位和界面）、成分和物性等工业参数 为主。3.3电力系统自动化电力系统自动化主要包括发电系统的自动控制和输电、变电、配电系 统的自动

8、控制及自动保护。发电系统是指把其他形式的能源变成电能 的系统，主要包括水电站、火电厂、核电站等。电力系统自动控制的 目的就是为了保证系统平时能够工作在正常状态下，再出现故障时能 够及时正确控制系统按正确的次序进入停机或部分停机状态，以防止 设备损坏或发生火灾。3.4飞行器控制飞行区包括飞机、导弹、巡航导弹、运载火箭、人造卫星、航天飞机 和直升飞机等，其中飞机和导弹的控制是最基本和最重要的。3.5智能建筑智能建筑是应用计算机技术、自动化技术和通讯技术的产物，他有许 多显著的特点。主要包括：楼宇自动化系统；办公自动化系统； 通讯自动化系统；综合布线系统；防火监控系统；安保自动 化系统。3.6智能交

9、通运输系统智能交通系统是把先进电子传感技术、数据通讯传输技术、计算机信 息处理技术和控制技术等综合应用于交通运输管理领域的系统。它的 主要作用是采集交通信息，把交通信息进行综合处理，最后用于合理 指挥和指导交通系统的优化运行，进而增强路网的通行能力，改善交 通堵塞，提高交通的安全性。3.7生物控制论及信息处理生物控制论是研究生物体内信息处理和调节控制规律的学科。主要包 括人工神经元网络、遗传进化算法、蚁群算法和模拟退火算法等。3.8工业自动化它是自动化技术应用的一个最为重要的方向。其具体运用的方面有： 计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）；综合办公自动化（OA）（例如：门禁系统、

10、资讯科技稽核）；过程控制与自动化仪器仪 表；人工智能技术。4自动化的研究内容自动化是一门涉及学科较多、应用广泛的综合性科学技术。作为一个 系统工程，它由5个单元组成：程序单元。决定做什么和如何做。作用单元。施加能量和定位。传感单元。检测过程的性能和状态。制定单元。对传感单元送来的信息进行比较，制定和发出指令信号。控制单元。进行制定并调节作用单元的机构。自动化的研究内容主 要有自动控制和信息处理两个方面，包括理论、方法、硬件和软件等， 从应用观点来看，研究内容有过程自动化、机械制造自动化、管理自 动化、实验室自动化和家庭自动化等。4.1过程自动化石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理自动化。

11、一般采用由 检测仪表、调节器和计算机等组成的过程控制系统，对加热炉、精馏 塔等设备或整个工厂进行最优控制。采用的主要控制方式有反馈控制、 前馈控制和最优控制等。4.2机械制造自动化这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工 件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是 简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用， 出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助 制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制 造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、 生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造

12、系统CIMS）的工厂自 动化。4.3管理自动化工厂或事业单位的人、财、物、生产、办公等业务管理自动化，是以 信息处理为核心的综合性技术，涉及电子计算机、通信系统与控制等 学科。一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终 端组成的局部网络。现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持 系统（DSS），为高层管理人员决策提供备选的方案。5自动化专业方向1、工业过程控制方向：以自动控制、计算机技术为支撑，针对实 际工业生产过程实现自动控制，由信号检测与变换、过程控制、计算 机控制系统、智能控制和现场总路线控制技术等组成方向主干课。2、电气工程方向：使学生能够从事电力系统自动化、工厂企业、

13、楼宇系统的供电和电气控制、监控等领域的设计开发、维护和管理工 作。由电气控制技术、运动控制、PLC应用技术、供电技术、电力系 统继电保护等组成方向主干课。3、嵌入系统方向：注重对嵌入式系统设计与软件设计能力的培 养，理论结合实践，通过课堂教学、实验等多种形式的学习，培养嵌 入式系统方向的专业人才；由嵌入式系统设计、嵌入式实时操作系统、 DSP技术、先进显示技术、控制电机等组成方向主干课。6自动化就业方向主要从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信 息处理、试验分析、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用 等领域的工作。电气自动化在工厂里应用比较广泛，可以这么说，电气 自动化

14、是工厂里唯一缺少不了的东西，是工厂里的支柱啊!你要是对 电气自动化比较精通，用人单位立刻要你，因为电子厂天天用到自动 化，编程，设计。如果你对工作待遇条件要求很看重。最好的是电业局。 福利好，待遇高。然后是设计院，工作相对比较轻松。最艰苦的是工 程局。因为要随着工程地点到处跑。但是工资也不低。而且还可以向 自动化、电子等方向转行。学生在毕业后能从事自动控制、自动化、 信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作。就业领域也非常宽 广，包括高科技公司、科研院所、设计单位、大专院校、金融系统、 通信系统、税务、外贸、工商、铁道、民航、海关、工矿企业及政府 和科技部门等。7自动化专业的发展趋势自动化技

15、术发展的总体趋势是：更广泛地与各地现代化技术相结合、 特别是与计算机技术及控制论结合，从物理活动的自动化向着信息活 动的自动化发展，比如利用计算机来自动设计，而不只是辅助设计。 现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同 时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70年代以后，自动化开 始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、 科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，自动化的应用 正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管 理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业 生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、 地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动 化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。并 且随着脑科学