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文檔簡(jiǎn)介
1、自動(dòng)化學(xué)科、專業(yè)發(fā)展序1提起自動(dòng)化,不能不涉及信息科技,不能不涉及自動(dòng)化在信息科技中的地位。信息科技發(fā)展至今達(dá)到如此之廣和如此之深的地步,以至于包羅萬象,要給它一個(gè)明確的界定已經(jīng)是一件很難的事了。為此,不妨從較窄的含義上,從與自動(dòng)化密切相關(guān)的計(jì)算機(jī)和通信學(xué)科上去探討它們之間的關(guān)系。 如果把指南車、算盤和烽火臺(tái)分別看成是自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和通信科技的開端,那么信息將是一門十分古老的學(xué)科。但是,人們通常還是把以下三篇文章(或著作)看成是現(xiàn)代信息科技的奠基之作。這就是,美國(guó)維納的控制論( Cyber-netics, 1948 ),英國(guó)數(shù)學(xué)家圖靈關(guān)于圖靈機(jī)的理論(1936年圖靈在“可計(jì)算數(shù)及其在解密碼中的
2、應(yīng)用”的論文中,提出通用機(jī)的思想,隨后第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)于1946年誕生)以及美國(guó)數(shù)學(xué)家申農(nóng)關(guān)于通信理論的論文(一種通信的數(shù)學(xué)理論,1948)。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中從這個(gè)角度看,這三個(gè)領(lǐng)域又可以說是同時(shí)起步于上個(gè)世紀(jì)3040年代的年青學(xué)科,它們之間的歷史淵源是如此緊密而且微妙。半個(gè)世紀(jì)以來,它們同步發(fā)展,它們的發(fā)展速度是如此迅速,如此不相上下,幾乎影響了一代人的生活與工作。如果說,計(jì)算速度和通信速度在上個(gè)世紀(jì)后半葉,以令人目眩的莫爾定律高速增長(zhǎng)的事實(shí),已經(jīng)是家喻尸曉的話,而自動(dòng)化技術(shù)的高速增長(zhǎng)卻不為多數(shù)人所知曉。其實(shí),從上個(gè)世紀(jì)20年代電子管反饋放大器誕生開始,直到今日因特網(wǎng)的出現(xiàn)
3、,人造(控制)系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性的增長(zhǎng)速度也毫不遜色。今天,自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和通信已經(jīng)無所不在,它們正在進(jìn)入千家萬戶,正在滲入千百領(lǐng)域,正在嵌入千萬設(shè)備,一場(chǎng)影響人類未來的波瀾壯闊的信息革命正在興起。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中在這樣的發(fā)展形勢(shì)下,我們面臨的第一個(gè)問題是,作為一個(gè)學(xué)科,自動(dòng)化的領(lǐng)域不斷地在擴(kuò)展,幾乎包羅萬象,那么什么是今日的“自動(dòng)化”?就名稱而言,這個(gè)學(xué)科在我國(guó)、在不同的時(shí)期里有過各種不同的名字,如自動(dòng)學(xué)與遠(yuǎn)動(dòng)學(xué)、自動(dòng)控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)、工業(yè)企業(yè)電氣化、工業(yè)電氣自動(dòng)化、自動(dòng)化等等。名稱的不斷變遷,表明在不同的場(chǎng)合和不同的時(shí)期里,不同的人對(duì)自動(dòng)化各有不同的認(rèn)識(shí)和理解。隨著信息、科
4、技的發(fā)展,人們的認(rèn)識(shí)還在不斷地變化,自動(dòng)化學(xué)科的個(gè)性越來越不清晰,因此當(dāng)前給自動(dòng)化學(xué)科以明確的界定十分必要。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中隨著信息科技的發(fā)展,自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)與通信相互滲透,形成更為緊密的關(guān)系,你中有我、我中有你,密不可分。比如,因特網(wǎng)顯然是計(jì)算機(jī)與通信的結(jié)合體,但它同時(shí)也是一個(gè)控制系統(tǒng),與自動(dòng)化有著緊密的關(guān)系。自動(dòng)化與信息領(lǐng)域的其它學(xué)科的共性越來越多,這就向我們提出第二個(gè)問題,自動(dòng)化在信息科技中應(yīng)該如何定位,那些是它們的共性,哪些又是它們的個(gè)性。 為了自動(dòng)化學(xué)科的健康發(fā)展,這些都是當(dāng)前亟待回答和解決的問題。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 戴先中教授自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)容、地
5、位與體系這本書,從書名上看,顯然,就是為回答上述問題而寫的。首先,我認(rèn)為這是一項(xiàng)意義重大的工作,作者敢于承擔(dān)這樣艱巨的任務(wù),很值得贊賞,也需要大家的支持。為了回答這些問題,作者做了大量的工作:收集和閱讀了大量的資料,詳細(xì)地分析了自動(dòng)化科技發(fā)展的歷吏,特別是在我國(guó)的發(fā)展歷史,與不少專家進(jìn)行深入地討論,聽取不同的意見,反復(fù)修改等等。在此基礎(chǔ)上,作者對(duì)于自動(dòng)化學(xué)科的內(nèi)容、地位和體系都給出了明確的回答,希望大家仔細(xì)閱讀,因?yàn)闀械慕Y(jié)論都是在殷實(shí)的村料,深入的分析以及聽取了不同意見與建議的基礎(chǔ)上做出的。這本書對(duì)于關(guān)心自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,對(duì)于關(guān)心自動(dòng)化科研與教學(xué)的老師、學(xué)生以及戶大的科技工作者都有很好
6、的參考價(jià)值。它也為進(jìn)一步探討自動(dòng)化學(xué)科如何發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 序2對(duì)于自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展以及自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)改革,不斷深入理解這一學(xué)科的內(nèi)涵、地位以及學(xué)科體系的動(dòng)態(tài)發(fā)展是重要的,這便是人們常說的“定位”。戴先中教授的這本書反映了他在教學(xué)和科研實(shí)踐中對(duì)這一問題的深入見解盡管是一家之言,但我相信本書的出版會(huì)引起大家的興趣,會(huì)對(duì)自動(dòng)化學(xué)術(shù)界、教育界產(chǎn)生積極的作用。對(duì)其它相關(guān)學(xué)科也會(huì)有意義。在我國(guó),自動(dòng)化學(xué)科正面臨一個(gè)極好的發(fā)展機(jī)遇:經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長(zhǎng),走新型工業(yè)化道路,“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化”以及當(dāng)前國(guó)家安全的需要等等,都是自動(dòng)化學(xué)科的重大機(jī)遇。在機(jī)遇面前,把握住了就有
7、可能推進(jìn)學(xué)科的發(fā)展。如果把握不住,也有可能削弱學(xué)科的發(fā)展。因此了解自動(dòng)化學(xué)科的特點(diǎn)是有意義的。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化學(xué)科的第一個(gè)特點(diǎn)是它的實(shí)踐性。自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展,總是和社會(huì)的重大需求緊密聯(lián)系在一起的。從工業(yè)革命到二戰(zhàn)時(shí)期武器裝備的需求,誕生了完整的古典控制理論以及相應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)。人類登月這一偉大事件,是現(xiàn)代控制理論的強(qiáng)大推動(dòng)力。這方面的例子比比皆是。脫離了社會(huì)的重大需求,不可能對(duì)自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生重大的推動(dòng)作用。今天,我國(guó)社會(huì)發(fā)展對(duì)自動(dòng)化的需求是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化、“新型工業(yè)化道路”、“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化”以及國(guó)家安全的重大需求。自動(dòng)化學(xué)科應(yīng)該在投身于這一歷史性潮流中做出
8、貢獻(xiàn)。無論是本科、專科以及研究生等不同層次的人才培養(yǎng),都可以而且應(yīng)該適應(yīng)和推進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化學(xué)科的第二個(gè)特點(diǎn)是它的時(shí)代性。自動(dòng)化學(xué)科總是具有最鮮明的時(shí)代特征。用現(xiàn)在的話說,它“與時(shí)俱進(jìn)”。作為人類改造客觀世界的重要知識(shí)和技術(shù)手段,人們總是把當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的技術(shù)用作自動(dòng)化技術(shù)的主要內(nèi)容。比如50年代前后,是以“電氣化”為時(shí)代特點(diǎn)的。當(dāng)時(shí)的自動(dòng)化技術(shù)是建立在“電氣技術(shù)”的基礎(chǔ)上的。如各種儀表、電子管放大器、電機(jī)放大機(jī)(交磁放大機(jī))、磁放大器以及稍后的晶體管放大器、晶閘管等等。而當(dāng)時(shí)的理論基礎(chǔ)古典控制理論已經(jīng)比較完善了。當(dāng)時(shí)的自動(dòng)化學(xué)科體系也可以說已經(jīng)形成。
9、 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中今天的時(shí)代是以信息技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用為特征的。無疑,自動(dòng)化學(xué)科一定會(huì)以信息技術(shù)作為主要的技術(shù)內(nèi)涵。這就是為什么信息技術(shù)的各種最新成果會(huì)被自動(dòng)化學(xué)科所迅速采用。而自動(dòng)化學(xué)科的有關(guān)理論、方法論從另一方面激發(fā)和深化了信息技術(shù)的發(fā)展一因特網(wǎng)的產(chǎn)生,使自動(dòng)化學(xué)科從時(shí)間和空間上進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代、在今天,把自動(dòng)化學(xué)科作為信息學(xué)科的一個(gè)分支是合適的,因?yàn)榻裉斓淖詣?dòng)化學(xué)科的技術(shù)內(nèi)涵,大部分都是信息技術(shù)。而控制論也是信息學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)之一。但是這里需要指出的是自動(dòng)化學(xué)科并不只是“信息技術(shù)應(yīng)用”或“計(jì)算機(jī)應(yīng)用”它還具有更豐富的內(nèi)容。這便是學(xué)科的又一個(gè)特點(diǎn)。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制
10、系 戴先中自動(dòng)化學(xué)科的第三個(gè)特點(diǎn)是“系統(tǒng)”、與其他許多學(xué)科不同之處在于自動(dòng)化學(xué)科總是強(qiáng)調(diào)從“系統(tǒng)”的角度來分析、研究和實(shí)現(xiàn)各種目標(biāo)?!跋到y(tǒng)”不僅重視其組成,更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的模型和性能,因此建模和優(yōu)化總是自動(dòng)化學(xué)科最關(guān)心的主題。這也是為什么應(yīng)用數(shù)學(xué)的許多成就都會(huì)被自動(dòng)化學(xué)科所應(yīng)用。從一般的物理系統(tǒng)到復(fù)雜的大系統(tǒng)、巨系統(tǒng),復(fù)雜性問題自然是自動(dòng)化學(xué)科發(fā)展的一個(gè)必然的重要方向這與人類社會(huì)進(jìn)步所面臨的越來越復(fù)雜的系統(tǒng)問題是完全一致的)解決這一問題,不僅涉及到數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué),還會(huì)涉及到方法論以至哲學(xué),可以說自動(dòng)化學(xué)科是一個(gè)大跨度的(從客觀的哲學(xué)到微觀的實(shí)現(xiàn)技術(shù))學(xué)科,其廣闊的空間可以讓人發(fā)揮各種各樣的聰明才
11、智。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中第四個(gè)特點(diǎn)是交叉性。自動(dòng)化學(xué)科作為“系統(tǒng)”學(xué)科,離不開信電、技術(shù)、電氣技術(shù)、數(shù)學(xué)以及自動(dòng)化對(duì)象的相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)(如機(jī)械、化工過程、)。因此自動(dòng)化學(xué)科需要與更多學(xué)科交叉、融合,以“系統(tǒng)”為線把相關(guān)學(xué)科的知識(shí)如珍珠一般串起來,進(jìn)而促進(jìn)各自學(xué)科的發(fā)展。 上述看法也是一家之言,作為“序”已經(jīng)寫得太長(zhǎng)了。這里所提的自動(dòng)化學(xué)科幾個(gè)特點(diǎn)與教學(xué)改革也是密切相關(guān)的。我們希望對(duì)這一問題的討論有利于自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展,有利于自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)改革,有利于各個(gè)學(xué)校的自動(dòng)化專業(yè)辦出自己的特色。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中前言翻開一部科學(xué)與技術(shù)發(fā)展史我們會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn),技術(shù)發(fā)展的永恒動(dòng)力源是,
12、人類總是設(shè)想或努力把今天的工作交給明天的機(jī)器去做,并從內(nèi)容到規(guī)模不斷提高到更高的層次,同時(shí)也把人類自身的活動(dòng)提高到新的層次氣和機(jī)器、環(huán)境,科學(xué)、技術(shù)和實(shí)現(xiàn),這種交互式發(fā)展,推動(dòng)著科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步,推動(dòng)著整個(gè)人類社會(huì)的進(jìn)步。 如果說,過去的機(jī)器僅僅是人的手和腳的延長(zhǎng),今天的自動(dòng)化機(jī)器則包合了人腦的延伸這是自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的一大特點(diǎn),也是自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)成為當(dāng)代發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛、引人矚目的交又學(xué)科的原因所在。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中今天,自動(dòng)化的概念已深入人心家喻戶曉、自動(dòng)化在我國(guó)的工業(yè)化與信息化、現(xiàn)代化的建設(shè)中做出了巨大的貢獻(xiàn)。自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)已納入所有國(guó)家重點(diǎn)支持的科學(xué)與技術(shù)計(jì)劃中,其中
13、自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域作為我國(guó)863高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的六個(gè)重點(diǎn)支持領(lǐng)域之一,容納了包括自動(dòng)化、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、儀器等學(xué)科在內(nèi)的眾多科研與技術(shù)開發(fā)人員。自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè),一直是最受社會(huì)各界歡迎的專業(yè)之一,報(bào)考的學(xué)生多、畢業(yè)生一次就業(yè)率高。 但自動(dòng)化、自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的發(fā)展歷史從來不是平坦的,充滿著懷疑、挑戰(zhàn)甚至反對(duì): 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中(1)在自動(dòng)化發(fā)展歷史上,包括政治家、社會(huì)活動(dòng)家、工會(huì)活動(dòng)家在內(nèi)的:許多人,擔(dān)心自動(dòng)化會(huì)造成大量的失業(yè)。最早是在工業(yè)革命初期,手工業(yè)作坊工人就聯(lián)合起來反對(duì)自動(dòng)紡紗機(jī),甚至搗毀機(jī)器;50年代的美國(guó),組織了一個(gè)反對(duì)發(fā)展自動(dòng)化的3A革命委員會(huì);70年代,
14、當(dāng)工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)時(shí),美國(guó)勞聯(lián)一產(chǎn)聯(lián)和英國(guó)的工會(huì),擔(dān)心機(jī)器人會(huì)帶來大量工人失業(yè),迫使政府連續(xù)幾年停止對(duì)發(fā)展機(jī)器人的支持。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 (2)在自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史上,同樣經(jīng)歷了坎坷。70年代,現(xiàn)代控制理論遇到了對(duì)象難以精確描述和存在不確定因素等的挑戰(zhàn);與此同時(shí),數(shù)字計(jì)算機(jī)被大量應(yīng)用于自動(dòng)化控制,使得在自動(dòng)化技術(shù)方面取得的主要進(jìn)展主要來自于計(jì)算機(jī)的大量應(yīng)用與不斷更新;90年代以來,大型系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜程度大大超出了控制的傳統(tǒng)應(yīng)用范圍,人與機(jī)器以及機(jī)器之間的交互方式發(fā)生了迅速變化,研究的瓶頸也從處理系統(tǒng)的物理學(xué)特性轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚硐到y(tǒng)的復(fù)雜性。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中
15、(3)在我國(guó)自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展歷史上,也充滿著曲折開始時(shí),按蘇聯(lián)辦學(xué)模式,全國(guó)的工科專業(yè)劃分似“行業(yè)公會(huì)”,而國(guó)內(nèi)又沒有“自動(dòng)化”這個(gè)產(chǎn)業(yè)或行業(yè),掛靠、歸屬成了問題;改革開放后需要與國(guó)際主流教育體制接軌,美國(guó)又沒有“自動(dòng)化”專業(yè),如何才能順利接軌? 歷史的發(fā)展表明,挑戰(zhàn)既是一種巨大的壓力,又可變?yōu)榫薮蟮膭?dòng)力。經(jīng)歷了坎坷與曲折的磨難,在全國(guó)從事自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)研究、自動(dòng)化應(yīng)用和自動(dòng)化專業(yè)教育的全體人員的辛勤耕耘下,在機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通信、儀器等其他學(xué)科和各界人士對(duì)自動(dòng)化的關(guān)心、支持和幫助下,我國(guó)的自動(dòng)化、自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的發(fā)展還從來沒有像今天這樣事業(yè)輝煌、隊(duì)伍壯大。歷史是一面巨大的
16、鏡子,從中我們可以看到昨天、今天和明天。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 首先,對(duì)自動(dòng)化會(huì)造成大量的失業(yè),從而引發(fā)嚴(yán)重的社會(huì)問題的擔(dān)心是不必要的。美國(guó)50年代反對(duì)發(fā)展自動(dòng)化的3A革命委員會(huì)曾預(yù)測(cè),到1970年美國(guó)將失去700萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì),但結(jié)果是反而增加了幾百萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì);20世紀(jì)80年代,日本由于在汽車生產(chǎn)線上大量采用機(jī)器人,一躍成為汽車的出口大國(guó)。耐人尋味的是,在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)中,日本應(yīng)用的機(jī)器人最多,失業(yè)率最低;英國(guó)應(yīng)用的機(jī)器人最少,失業(yè)率卻最高。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 其次,20世紀(jì)90年代以來,普遍運(yùn)用控制原理和系統(tǒng)方法的機(jī)會(huì)不僅在傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)域,而且在通信、網(wǎng)絡(luò)、交通運(yùn)輸?shù)确侵圃?/p>
17、業(yè)以及生物、太空、軍事、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等領(lǐng)域瀑發(fā)了。隨著越來越多的裝置包含嵌入式處理器、傳感器和聯(lián)網(wǎng)硬件,計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)和檢測(cè)設(shè)備正在變得越來越便宜,越來越無所不在,使我們能采用20年前想像不到的方式和速度來處理各種信息。自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了又一個(gè)創(chuàng)新發(fā)展的黃金時(shí)期,使得有可能研發(fā)出真正帶有智能的機(jī)器,解決各類有著復(fù)雜的相互間聯(lián)系與影響的物質(zhì)和信息系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)問題,并完全有可能使20世紀(jì)60年代空間計(jì)劃刺激下所取得的進(jìn)步相形見絀。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中最后,進(jìn)入21世紀(jì),我們驚喜地看到,自動(dòng)化專業(yè)無產(chǎn)業(yè)或行業(yè)掛靠這一昔日的弱勢(shì)在要求打破“行業(yè)公會(huì)”式的專業(yè)劃分、設(shè)置寬口徑專業(yè)、設(shè)置“
18、跨行業(yè)的專業(yè)”的一片教育改革呼聲中變成了優(yōu)勢(shì);同時(shí)我們還驚喜地看到,全國(guó)目前已有197所高等學(xué)校設(shè)有自動(dòng)化專業(yè),如果再把那些將“自動(dòng)化”作為其專業(yè)名稱一部分的專業(yè)(如“電氣工程及其自動(dòng)化”、“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”、“農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化”等專業(yè))算在內(nèi),這無疑將是中國(guó)最龐大的專業(yè)。 總之,面對(duì)發(fā)展的一片大好局面與各種新的機(jī)遇,盲目樂觀是危險(xiǎn)的;而面對(duì)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)與巨大的壓力,盲目悲觀也是不足取的。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中正是在這樣的背景下,為了迎接挑戰(zhàn)、抓住自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇,2002年4月,國(guó)家自然科學(xué)基金委信息學(xué)部在西安召開了“中國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略高層學(xué)術(shù)研討會(huì)”。來自國(guó)
19、內(nèi)外的40多名自動(dòng)化領(lǐng)域的知名科學(xué)家和高級(jí)工程師,就國(guó)家“十五”發(fā)展規(guī)劃的重大需求給我國(guó)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)帶來空前的機(jī)遇與挑戰(zhàn)和面對(duì)自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)學(xué)科自身的發(fā)展要求進(jìn)行了深入的討論而幾乎與此同時(shí),在美國(guó)政府機(jī)構(gòu)的資助下,圍繞“信息豐富世界中的控制學(xué)”的發(fā)展,召開了包括著名高校、研究所與大企業(yè)以及政府機(jī)構(gòu)管理人員在內(nèi)的類似的研討會(huì)。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中也正是在這樣的大背景下,為了迎接挑戰(zhàn)、抓住自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的發(fā)展機(jī)遇,在2002年11月教育部新組建的高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)的工作會(huì)議上討論我國(guó)自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略時(shí),提議撰寫本書。希望在比較全面、準(zhǔn)確地分析自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)
20、的發(fā)展歷史、它的內(nèi)涵、外延與定位的基礎(chǔ)上,總結(jié)自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)、知識(shí)體系與本科課程體系,從而使自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生能對(duì)本學(xué)科與專業(yè)有深入的了解,學(xué)習(xí)的目的性更明確,學(xué)習(xí)更主動(dòng),進(jìn)一步促使學(xué)生熱愛自動(dòng)化專業(yè),立志為我國(guó)自動(dòng)化事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。同時(shí)也希望本書的有關(guān)內(nèi)容能為從事自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的研究與教育人員以及其他關(guān)心自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的更多的人提供一份比較全面、準(zhǔn)確地了解自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的參考材料、一個(gè)窗口。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中為了達(dá)到這一目的,就必須首先對(duì)自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的源泉自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的內(nèi)涵、外延和其在整個(gè)科學(xué)與技術(shù)體系中的地位以及與其他相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系、區(qū)別,進(jìn)行全面、
21、準(zhǔn)確地分析;也必須對(duì)自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的主要用武之地自動(dòng)化應(yīng)用及其在當(dāng)前我國(guó)工業(yè)化、信息化、現(xiàn)代化和全球經(jīng)濟(jì)化進(jìn)程中的作用與地位,進(jìn)行必要的介紹與分析。 為此,本書將按自動(dòng)化(第1章,主要從應(yīng)用的角度)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)(第2章,主要從科學(xué)技術(shù)研究的角度)自動(dòng)化學(xué)科(第3章,從研究與教育合一的角度)自動(dòng)化專業(yè)(第4章,完全從本科教育的角度)的順序展開。各章內(nèi)容是這樣安排的: 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中第1章自動(dòng)化,主要從應(yīng)用的角度,詳細(xì)論述自動(dòng)化的定義與包含的內(nèi)容,論述自動(dòng)化在工業(yè)化、信息化、現(xiàn)代化與經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中的重要性與突出地位。不但為論述自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的重要性奠定基礎(chǔ),也明確了自動(dòng)化學(xué)
22、科與專業(yè)畢業(yè)生廣闊的用武之地。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中第2章自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù),完全從科學(xué)技術(shù)發(fā)展、科學(xué)技術(shù)研究的角度,論述自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的定義、內(nèi)涵與外延,論述自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)作為一門新興的、綜合交叉性的技術(shù)學(xué)科在整個(gè)科學(xué)技術(shù)體系中的位置與主要特點(diǎn)(包括分析“自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的關(guān)系”)。不僅明確了自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)在整個(gè)科學(xué)技術(shù)體系中的重要性與突出位置,也深刻地反映了自動(dòng)化是科學(xué)技術(shù)革命的直接產(chǎn)物,自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)是(第1章中論述的)自動(dòng)化應(yīng)用取得如此巨大成功與成效的源泉與基礎(chǔ),同時(shí)也為進(jìn)一步論述自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科、專業(yè)作了必要的鋪墊。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 第3章
23、自動(dòng)化學(xué)科,從科學(xué)技術(shù)研究與科學(xué)工程教育的統(tǒng)一角度(合一角度),來對(duì)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科(簡(jiǎn)稱自動(dòng)化學(xué)科)的分類與構(gòu)成、知識(shí)結(jié)構(gòu)與體系以及研究(教育)的層次進(jìn)行詳細(xì)的分析。不僅有助于進(jìn)一步加深對(duì)自動(dòng)化學(xué)科的構(gòu)成與知識(shí)體系的認(rèn)識(shí),也為探討自動(dòng)化學(xué)科的科學(xué)與工程教育打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 第4章自動(dòng)化專業(yè),收縮我們的視線,集中在自動(dòng)化學(xué)科的科學(xué)工程教育上,來對(duì)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的歷史與現(xiàn)狀、它的任務(wù)與特點(diǎn)、它的知識(shí)體系與課程體系,以及自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的發(fā)展前景與發(fā)畏趨勢(shì)作分別的論述,從而構(gòu)成對(duì)整個(gè)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)容、地位與體系的完整認(rèn)識(shí)。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 此外,在書的附錄中給出了“
24、控制與自動(dòng)化關(guān)系芻議”、“對(duì)美英等國(guó)沒有自動(dòng)化專業(yè)的原因分析及相關(guān)介紹”,對(duì)目前一些尚有很大爭(zhēng)議的問題作進(jìn)一步深入的討論、并談一些作者更鮮明的觀點(diǎn)。在書的后記中介紹了本書的寫作背景與成書過程,一起作為對(duì)本書正又內(nèi)容的補(bǔ)充,供參考。 由于這是國(guó)內(nèi)(或許也是在國(guó)際上)第一本較系統(tǒng)地論述自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的書,貨有類似的書可“臨摹”,受有太多的現(xiàn)成資料可參考,因而全書的架構(gòu)、章節(jié)段落安排還值得進(jìn)一步推敲,對(duì)自動(dòng)化、自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的理解、把握與論述一定還存在許多錯(cuò)誤與不當(dāng)之處,難以達(dá)到“能對(duì)自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的內(nèi)涵、外延與結(jié)構(gòu)體系,自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)的定位、特點(diǎn)與特色有一個(gè)較清晰、又有說
25、服力的論述”的成書初衷。因而誠摯地希望能聽到、收到各方面的批評(píng)與批判意見,以便能作進(jìn)一步的修改,使其不斷完善。 作者的通信地址是:南京市四牌樓2號(hào),210096,東南大學(xué)自動(dòng)控制系。Email:.en 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 報(bào) 告 內(nèi) 容一引子 急需回答的問題二對(duì)自動(dòng)化的認(rèn)識(shí) 發(fā)展自動(dòng)化的重要性三對(duì)自動(dòng)化學(xué)科的認(rèn)識(shí) 發(fā)展自動(dòng)化學(xué)科的重要性 四對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí) 發(fā)展自動(dòng)化專業(yè)的重要性 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中一引子 有一系列難回答,但急需回答的問題! 1)關(guān)于自動(dòng)化自動(dòng)化的確切含義?在工業(yè)化、信息化中,自動(dòng)化的位置在哪?自動(dòng)化的發(fā)展前景? 東南大學(xué) 自動(dòng)控制
26、系 戴先中一引子急需回答的問題: 2)關(guān)于自動(dòng)化學(xué)科自動(dòng)化學(xué)科的地位?自動(dòng)化學(xué)科與信息學(xué)科的關(guān)系,是包容、還是相對(duì)獨(dú)立?自動(dòng)化學(xué)科要解決的科學(xué)問題是什么?過去很清楚,現(xiàn)在說不清了?自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展方向? 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中一引子 急需回答的問題: 3)關(guān)于自動(dòng)化專業(yè)自動(dòng)化專業(yè)與信息類其他專業(yè)的關(guān)系? 人才的通用性如何?我國(guó)的自動(dòng)化專業(yè)特色在哪? 發(fā)展前景如何? 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 二 對(duì)自動(dòng)化的認(rèn)識(shí) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過程(生產(chǎn)、管理過程),在沒有人或較少人的直接參與下,按照人的要求,經(jīng)過自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制,實(shí)現(xiàn)預(yù)期
27、的目標(biāo)。 自動(dòng)化涉及的范圍極其廣闊: 從深度來看以工業(yè)生產(chǎn)為例,小到一個(gè)普通的設(shè)備 電機(jī),大到企業(yè)的整個(gè)加工、制造系統(tǒng)乃至企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過程; 從廣度來看涉及第二產(chǎn)業(yè) 工業(yè)自動(dòng)化、第一產(chǎn)業(yè) 農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、第三產(chǎn)業(yè) 服務(wù)自動(dòng)化(如辦公自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、商務(wù)自動(dòng)化、交通自動(dòng)化等等),涉及的系統(tǒng)可有人造系統(tǒng)(如機(jī)器系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、軍事系統(tǒng))和自然系統(tǒng)(如生命系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)),涉及的過程有生產(chǎn)過程、管理過程、決策過程等等。自動(dòng)化的含義 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化的魅力 自動(dòng)化設(shè)備能克服人的局限性生理閾值,完成人無法完成的工作,如: 人易出錯(cuò),自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)完成作業(yè)的一致性與重復(fù)性
28、要遠(yuǎn)高于人,使生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量大幅度地提高; 人的視覺、人的手,無法完成精確(精細(xì))動(dòng)作,因而集成電路的制作必須采用高精尖的自動(dòng)化設(shè)備; 人的“龐大”的軀體,無法在窄小空間中作業(yè),從而各種管道(油管、水管)內(nèi)的檢修,需要各種管道機(jī)器人。 人無法承受高溫、高壓、深水、核等環(huán)境下的工作,必須采用各種自動(dòng)化設(shè)備或機(jī)器人 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化和自動(dòng)化學(xué)科的關(guān)系相互依存自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)是自動(dòng)化的源泉與基礎(chǔ) 其物化是自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng) 其應(yīng)用包括自動(dòng)化設(shè)計(jì)、自動(dòng)化制造 自動(dòng)化工程、自動(dòng)化管理 自動(dòng)化決策、自動(dòng)化運(yùn)行等 自動(dòng)化(應(yīng)用) 是自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的用武之地; 是自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的主要用武
29、之地。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中機(jī)械化(應(yīng)用機(jī)器系統(tǒng))電氣化(加入電機(jī)、網(wǎng)絡(luò))自動(dòng)化(加入自動(dòng)控制器)計(jì)算機(jī)化(應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī))網(wǎng)絡(luò)化(實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))先進(jìn)自動(dòng)化(系統(tǒng)、管理)智能化(引入智能)知識(shí)化(處理知識(shí))工業(yè)化信息化知識(shí)化社 會(huì) 總 發(fā) 展自動(dòng)化的位置 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化與工業(yè)化的關(guān)系 工業(yè)化特點(diǎn):專指工業(yè),尤其是制造業(yè) 工業(yè)化發(fā)展三階段:機(jī)械化(大規(guī)模使用機(jī)器系統(tǒng)) 電氣化(加入電機(jī)、電網(wǎng)絡(luò)) 自動(dòng)化(加入自動(dòng)控制器) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,就完成工業(yè)化 目前來說:自動(dòng)化是工業(yè)化的最重要標(biāo)志 (國(guó)內(nèi)總體來說,已機(jī)械化、電氣化) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化與信息化
30、的關(guān)系 信息化特點(diǎn):不單指工業(yè),包含第一、三產(chǎn)業(yè) 僅從工業(yè)的角度,信息化發(fā)展也可分三階段: 一定在工業(yè)化的基礎(chǔ)上 計(jì)算機(jī)化(大規(guī)模使用數(shù)字計(jì)算機(jī)) 網(wǎng)絡(luò)化(實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)) 先進(jìn)自動(dòng)化(綜合集成了系統(tǒng)、管理) 實(shí)現(xiàn)先進(jìn)自動(dòng)化,就完成(工業(yè))信息化 先進(jìn)自動(dòng)化是信息化的最重要標(biāo)志(國(guó)內(nèi)總體,數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已有一定規(guī)模) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中機(jī)械化(應(yīng)用機(jī)器系統(tǒng))電氣化(加入電機(jī)、網(wǎng)絡(luò))自動(dòng)化(加入自動(dòng)控制器)計(jì)算機(jī)化(應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī))網(wǎng)絡(luò)化(實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))先進(jìn)自動(dòng)化(系統(tǒng)、管理)智能化(引入智能)知識(shí)化(處理知識(shí))工業(yè)化信息化知識(shí)化社 會(huì) 總 發(fā) 展 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 東南
31、大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中(基礎(chǔ))自動(dòng)化(核心是控制) 是工業(yè)化完成與否的標(biāo)志 自動(dòng)化技術(shù)是工業(yè)化的核心技術(shù)先進(jìn)自動(dòng)化(核心是信息、控制、系統(tǒng)) 是信息化完成與否的標(biāo)志 先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)是信息化的核心技術(shù) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中三對(duì)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的認(rèn)識(shí) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中廣義科學(xué)技術(shù)體系結(jié)構(gòu) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化科學(xué)的定位與任務(wù) 一門技術(shù)科學(xué)、一門應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué) 研究的基本任務(wù)是為自動(dòng)化技術(shù)(包括設(shè)計(jì)、制造、控制和管理計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS、計(jì)算機(jī)集成過程控制系統(tǒng)CIPS等先進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng))和控制工程(包括控制航天器這樣的設(shè)備)提供科學(xué)理論基礎(chǔ)。 致力于帶有一定
32、普遍性或共性的新的控制原理和新的系統(tǒng)方法的研究,使其在實(shí)際控制工程和自動(dòng)化技術(shù)中發(fā)揮創(chuàng)新的作用。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化技術(shù)的定位與任務(wù) 一門工程應(yīng)用技術(shù) 研發(fā)的基本任務(wù): 一方面將自動(dòng)化科學(xué)原理與方法轉(zhuǎn)換為工程實(shí)用技術(shù)(包括工具和手段),使得能應(yīng)用于工程實(shí)際,將自動(dòng)化科學(xué)的研究成果迅速轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力; 另一方面將工程實(shí)際中遇到的技術(shù)問題提煉、抽象成為科學(xué)問題,為自動(dòng)化科學(xué)研究提供新的研究對(duì)象。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化科學(xué)解決什么科學(xué)問題? 自動(dòng)化技術(shù)研究什么針對(duì)技術(shù)?傳統(tǒng)意義上如何? 當(dāng)前又如何? 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中傳統(tǒng)的自動(dòng)化給定值、跟蹤控制問題 輸入液流H
33、1QoQi控制閥節(jié)流閥輸出液流節(jié)流閥Q1H2 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中傳統(tǒng)的自動(dòng)化閉環(huán)控制手段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器觸發(fā)及整流裝置直流電動(dòng)機(jī)電流測(cè)量變換測(cè)速發(fā)電機(jī)電樞電流+_減速器位置調(diào)節(jié)器光電編碼器+_給定角位移角位移 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中傳統(tǒng)意義上,自動(dòng)化科學(xué)研究的焦點(diǎn) 系統(tǒng)的物理學(xué)特性 需要解決的基本問題 給定值控制問題、跟蹤問題和自主問題 其基本科學(xué)問題 建模問題、穩(wěn)定性問題、動(dòng)態(tài)特性問題 適應(yīng)性(魯棒性)問題和自主性問題自動(dòng)化技術(shù)研究的針對(duì)性工程應(yīng)用技術(shù) 模型技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、執(zhí)行技術(shù)、 控制(計(jì)算)技術(shù)。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展自動(dòng)化科學(xué)的奠基
34、者維納在“控制論”第二版中指出: “如果一門科學(xué)學(xué)科是真正有生命力的,它的引人興趣的中心就必須而且應(yīng)該隨著歲月而轉(zhuǎn)移”,“因此,控制論科學(xué)家應(yīng)該繼續(xù)走向新的領(lǐng)域,應(yīng)該把它的大部分注意力轉(zhuǎn)移到近十年的發(fā)展新思想上去?!?東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展 最初處理系統(tǒng)的物理特性, 基礎(chǔ)自動(dòng)化,物質(zhì)、能量 當(dāng)前處理系統(tǒng)的復(fù)雜性, 先進(jìn)自動(dòng)化,主要是信息 焦點(diǎn)和難點(diǎn)在哪?挑戰(zhàn)在哪? 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中基本挑戰(zhàn)1 通常難以建立系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型。 隨著工業(yè)化程度的逐步提高,各類制造業(yè)(如石油、化工、冶金、發(fā)電、機(jī)械、紡織、電子)和電力、交通等系統(tǒng)的規(guī)模越來越大,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越
35、復(fù)雜、優(yōu)化控制目標(biāo)和約束越來越多樣化。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中SONYHondaAIST人形機(jī)器人 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中Humanoid Robot: HRP-2 AIST & Kawata 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中人形機(jī)器人如何建模?(103”) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中基本挑戰(zhàn)2 傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不再適用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 連續(xù)工業(yè)過程微分(或差分)方程模型; 離散工業(yè)過程DEDS模型;更完整的數(shù)學(xué)模型 廣義系統(tǒng)微分、代數(shù)方程模型 混雜系統(tǒng)既有連續(xù)變量又有離散變量 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型-微分方程模型線性 非線性 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中復(fù)雜電力大系統(tǒng)復(fù)雜
36、結(jié)構(gòu)、地域分布廣闊、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7/10/2022整個(gè)電力系統(tǒng)可被描述為:元件微分方程元件接口方程網(wǎng)絡(luò)方程7/10/2022復(fù)雜電力大系統(tǒng)完整的、結(jié)構(gòu)化的非線性模型7/10/2022元件與系統(tǒng)其余部分關(guān)系示意圖 7/10/2022元件微分方程元件接口方程輸出方程含輸出方程的元件被控對(duì)象結(jié)構(gòu)圖 7/10/2022進(jìn)一步挑戰(zhàn) 伴隨(工業(yè))計(jì)算機(jī)網(wǎng)、通訊網(wǎng)等的快速發(fā)展,目標(biāo)、結(jié)構(gòu)、形態(tài)不同的復(fù)雜系統(tǒng)大量出現(xiàn)(由物質(zhì)系統(tǒng)與信息系統(tǒng)共同組成)。 此類復(fù)雜系統(tǒng)通過信息網(wǎng)將分散在不同地點(diǎn)的各個(gè)子系統(tǒng)(物質(zhì)系統(tǒng)或信息系統(tǒng))聯(lián)系在一起。由此產(chǎn)生與傳統(tǒng)意義復(fù)雜系統(tǒng)不同的新的復(fù)雜的控制與決策問題。 其意義不但對(duì)控制,對(duì)
37、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、通訊網(wǎng)的安全同樣重要。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中復(fù)雜系統(tǒng)分類: 從物質(zhì)、能量與信息的角度和正開展的研究角度:完全由物質(zhì)系統(tǒng)組成,子系統(tǒng)之間主要是物質(zhì)流、能量流 傳統(tǒng)的復(fù)雜工業(yè)過程屬于此類; 完全由信息系統(tǒng)組成,子系統(tǒng)之間僅有信息流, 目前的通訊網(wǎng)系統(tǒng); 由物質(zhì)系統(tǒng)與信息系統(tǒng)共同組成,可進(jìn)一步分類。如: 子系統(tǒng)均為物質(zhì)系統(tǒng),之間信息流、物質(zhì)流、 能量流并重,現(xiàn)代的電力系統(tǒng)、制造系統(tǒng)屬此類; 子系統(tǒng)均為物質(zhì)系統(tǒng),子系統(tǒng)之間僅有信息流, 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人系統(tǒng)屬于此類。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中電力系統(tǒng)的三級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)7/10/2022計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的五級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu) 東南大學(xué) 自
38、動(dòng)控制系 戴先中通過Internet 主從式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中未來的無人化工廠 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中檢測(cè)、計(jì)算、通信、執(zhí)行和復(fù)雜性技術(shù)成本/性能曲線 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中總結(jié):當(dāng)前,自動(dòng)化科學(xué)研究的焦點(diǎn)和難點(diǎn) 系統(tǒng)的復(fù)雜性,需要解決的基本問題或基本科學(xué)問題 復(fù)雜系統(tǒng)的建模問題 綜合集成問題(包括人) 整體優(yōu)化問題、失效容錯(cuò)問題 和系統(tǒng)智能問題自動(dòng)化技術(shù)主要包括 模型技術(shù)、仿真技術(shù)、集成技術(shù)、 優(yōu)化技術(shù)、可靠性技術(shù)和運(yùn)行技術(shù)。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 與此同時(shí),自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的各種新的應(yīng)用機(jī)會(huì)也已明顯出現(xiàn)。無所不在的分布式計(jì)算、通信和檢測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)
39、已創(chuàng)造了這樣一種環(huán)境,一方面使我們能方便地獲得大量的信息,另一方面使我們能采用二十年前想象不到的方式和速度來處理這些信息。這對(duì)于實(shí)時(shí)控制來說是如此的重要. 使得有可能研發(fā)出真正帶有智能的機(jī)器,解決各類有著復(fù)雜的相互間聯(lián)系和影響的物質(zhì)和信息系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)問題,從而將對(duì)物質(zhì)世界的一切產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。 自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)進(jìn)入又一個(gè)創(chuàng)新發(fā)展的黃金時(shí)期,并完全有可能使20世紀(jì)60年代空間計(jì)劃刺激下的所取得的進(jìn)步相形見絀。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中手工時(shí)代 機(jī)器時(shí)代 自動(dòng)化時(shí)代 信息時(shí)代 (數(shù)字化時(shí)代) 下一個(gè)時(shí)代?機(jī)器人時(shí)代!時(shí) 代 的 變 遷 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中農(nóng)業(yè)社會(huì)工業(yè)社會(huì) 工業(yè)機(jī)器人服
40、務(wù)型社會(huì)服務(wù)機(jī)器人社會(huì)的變遷機(jī)器人的變化 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中技術(shù)發(fā)展從 IT 到 RT RTRobotics Technology 機(jī)器人技術(shù) 感知Sensing 規(guī)劃Processing ,Thinking 動(dòng)作Action 交互Inter-Communication IT-based RT下一代發(fā)展方向 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中“個(gè)人裝備”發(fā)展從 PC 到 PRPRPersonnel Robot 個(gè)人機(jī)器人 Internet 從傳遞文字、畫面、聲音、圖像 到傳遞動(dòng)作Action 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中個(gè)人機(jī)器人PR 何時(shí)走入家庭? 個(gè)人機(jī)器人Personnel Robo
41、t 通過Internet傳遞行動(dòng)Action 一個(gè)發(fā)展的過程!預(yù)計(jì): 目前:人手一臺(tái)PC 2020年:人手一臺(tái)PR個(gè)人機(jī)器人PR將引領(lǐng)生活! 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中計(jì)算機(jī)(Computer) 電腦 希望計(jì)算機(jī)能像人腦一樣聰明。 發(fā)展到今天,與人腦相比還有極大的差距但計(jì)算機(jī)發(fā)展的輝煌成就是有目共睹的 20多年前,當(dāng)IBM推出個(gè)人計(jì)算機(jī)PC時(shí),無論是IBM公司本身還是IT行業(yè)大膽的預(yù)言家,都未想到PC會(huì)有今天這樣的強(qiáng)大的功能與今天這樣巨大的市場(chǎng)。 計(jì)算機(jī)、手機(jī)與機(jī)器人的對(duì)比手機(jī)(Mobile-phone) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 人類對(duì)機(jī)器人寄予了無限的希望 希望機(jī)器人能像人一樣能干甚
42、至無所不能 今天最先進(jìn)的機(jī)器人,其智力相當(dāng)于一個(gè)嬰兒 但機(jī)器人40年的輝煌成展示了一個(gè)美好的前景 何時(shí)?機(jī)器人足球隊(duì)參加世界杯足球比賽 與人同場(chǎng)競(jìng)技! 2050年,機(jī)器人或許還真能贏 Robot 機(jī)器人 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 新觀點(diǎn)-控制界的摩爾定律新的IT技術(shù)成熟應(yīng)用于自動(dòng)化 需要多少年?結(jié)論是: 10年! 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 控制界的摩爾定律-10年間隔Relay Logic; Electronic Logic PC 以太網(wǎng)無線通訊-藍(lán)牙, Zigbee 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 三 對(duì)自動(dòng)化學(xué)科的認(rèn)識(shí)(續(xù)) 自動(dòng)化學(xué)科與信息學(xué)科的關(guān)系 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自
43、動(dòng)化科學(xué)與信息科學(xué)同根、同源信息科學(xué)的基礎(chǔ) 信息論與控制論、系統(tǒng)論自動(dòng)化科學(xué)的基礎(chǔ) 控制論、系統(tǒng)論與信息論實(shí)際上,三論與相關(guān)的決策與博弈論以及計(jì)算機(jī)算法和體系結(jié)構(gòu)等作為一個(gè)學(xué)科群的基礎(chǔ)理論均是在20世紀(jì)40年代由同一批科學(xué)家提出和形成的。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化技術(shù)涉及到信息技術(shù)的全部 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中注意兩點(diǎn):1)自動(dòng)化科學(xué)與信息科學(xué)的同根、同源,自動(dòng)化技術(shù)涉及到信息技術(shù)的全部,并不隱含著: 自動(dòng)化技術(shù)可替代信息技術(shù)2)我國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金,將自動(dòng)化科學(xué)劃歸信息科學(xué)部。并不隱含著: 信息技術(shù)包含了自動(dòng)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)的重點(diǎn)是在 信息的控制應(yīng)用上 自動(dòng)化技術(shù)的作用是如何
44、有效地 利用信息來促進(jìn)能量與物質(zhì)的有效利用。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí) * 自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)體系; * 自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn); * 自動(dòng)化專業(yè)與其他相關(guān)專業(yè)的關(guān)系 * 自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展前景。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 知 識(shí) 體 系 知識(shí)層、知識(shí)域、知識(shí)元和知識(shí)點(diǎn)四個(gè)層次 每個(gè)知識(shí)層由若干知識(shí)域組成, 一個(gè)知識(shí)域包括若干個(gè)知識(shí)元, 一個(gè)知識(shí)元可分解成若干個(gè)知識(shí)點(diǎn) 知識(shí)元是知識(shí)體系中的基本單位,知識(shí)元又分為核心知識(shí)元和一般(非核心)知識(shí)元。 核心知識(shí)元組成了知識(shí)體系的最小集合。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中基本的負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 東南大學(xué) 自
45、動(dòng)控制系 戴先中 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)體系 由三層知識(shí)構(gòu)成,包括十個(gè)知識(shí)域 反映自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)的五個(gè)知識(shí)域 控制與智能、傳感與檢測(cè) 執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)、對(duì)象與建模 系統(tǒng)與工程; 自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)體系的核心知識(shí)是 控制與智能、對(duì)象與建模 系統(tǒng)與工程等三個(gè)知識(shí)域 也是自動(dòng)化專業(yè)與其它專業(yè)的最大區(qū)別。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中四 對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí)(續(xù)) 自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化學(xué)科的特點(diǎn) 一門多學(xué)科交叉的高技術(shù)學(xué)科自動(dòng)化應(yīng)用的特點(diǎn) 寬、廣,幾乎無所不包, 并且,伴隨其它技術(shù)發(fā)展,越來越廣學(xué)自動(dòng)
46、化專業(yè)的特點(diǎn) 需要學(xué)的知識(shí)多,并要求扎實(shí) 在學(xué)工的學(xué)生中,學(xué)自動(dòng)化需要的數(shù)學(xué)知識(shí)最多 學(xué)自動(dòng)化學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)僅次于計(jì)算機(jī)專業(yè) 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)從培養(yǎng)學(xué)生角度 :1)多學(xué)科交叉、內(nèi)涵豐富、外延寬廣。利于培養(yǎng)寬口徑、多面手、綜合復(fù)合型人才;2)得益于具有方法論性質(zhì)的科學(xué)方法、科學(xué)思想的熏陶,思想更開闊、也更有深度。非常利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才;3)特別需要從工程實(shí)際問題中抽象出系統(tǒng)問題的分析與綜合能力,特別需要綜合集成解決系統(tǒng)問題的能力。有利于培養(yǎng)“將才”與“帥才”。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)從專業(yè)發(fā)展角度: 符合厚基礎(chǔ)、寬口徑專業(yè)設(shè)立的要求; 符合
47、淡化機(jī)、電等單機(jī)概念, 突出含機(jī)、含電的系統(tǒng)概念; 符合淡化“行業(yè)性的專業(yè)”, 突出“跨行業(yè)的專業(yè)”的理念, 具有中國(guó)特色。為建立新的教育體系做出了有益的探索與嘗試、提供了新的思路與可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中四 對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí)(續(xù)) 自動(dòng)化專業(yè)與其他相關(guān)專業(yè)的關(guān)系 計(jì)算機(jī)類 其他信息類 工程類 到底有哪些聯(lián)系與區(qū)別? 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化專業(yè)與計(jì)算機(jī)類專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別 (計(jì)算機(jī))軟件中心論者 認(rèn)為各種自動(dòng)化系統(tǒng)之間并無本質(zhì)差別 相對(duì)于龐大的計(jì)算系統(tǒng)而言,控制算法只是一個(gè)很小的部分。 引伸的含義是:優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)學(xué)科人才,完成自動(dòng)化學(xué)科的工作是非常容易的。
48、尤其是在20世紀(jì)80-90年代,計(jì)算機(jī)=自動(dòng)化的觀點(diǎn)尤其盛行。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化專業(yè)與計(jì)算機(jī)類專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別(續(xù)) 而控制中心論者的觀點(diǎn)則完全相反, 認(rèn)為自動(dòng)化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)只不過是實(shí)現(xiàn)反饋控制的媒介工具而已 。 尤其是進(jìn)入新世紀(jì),控制所處的環(huán)境大為不同,大型系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜程度已大大超出了控制的傳統(tǒng)應(yīng)用范圍, 計(jì)算機(jī)不但是工具,本身也成為系統(tǒng)中的被控對(duì)象。人、工具、對(duì)象相互作用形成的復(fù)雜系統(tǒng)問題更是自動(dòng)化學(xué)科研究面臨的挑戰(zhàn)。 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化專業(yè)與計(jì)算機(jī)類專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別(續(xù)) 以上兩種觀點(diǎn)各有偏頗 但說明一個(gè)問題:計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化有不解之緣。 中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002在論述計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的定義時(shí)這樣說:“簡(jiǎn)單地講,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問題是:什么能被(有效地)自動(dòng)化?!?東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中基本負(fù)反饋控制計(jì)算機(jī)軟件中心論控制中心論 東南大學(xué) 自動(dòng)控制系 戴先中 自動(dòng)化專業(yè)與計(jì)算機(jī)類專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別(續(xù)) 計(jì)算機(jī)專業(yè)人才學(xué)習(xí)重點(diǎn)熟悉計(jì)算機(jī)(學(xué)習(xí)重點(diǎn)) ,也懂自動(dòng)化(但其出發(fā)點(diǎn)與角度不一樣,深度不夠)。計(jì)算機(jī)專業(yè)人才也能從事自動(dòng)化的研發(fā)工作,但往往只能從事軟件、算法方面的工作,難以勝任整個(gè)自動(dòng)
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