自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科內(nèi)容地位與體系

1、自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)容、地位與體系 報(bào) 告 內(nèi) 容一研究的背景 開展研究的重要性二對(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)的重要性一研究的背景 有一系列難回答的問題！ 如： 1）在工業(yè)化、信息化中， 自動(dòng)化的位置在哪？ 2）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？ 3）自動(dòng)化學(xué)科涉及范圍那么廣， 如何有效開展研究？ 4）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？ 5）我國的自動(dòng)化專業(yè)有無特色， 發(fā)展前景如何？ 二 對(duì)自動(dòng)化的認(rèn)識(shí) 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

2、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 （國內(nèi)總體來說，已機(jī)械化、電氣化） 自動(dòng)化與信息化的關(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（國內(nèi)總體，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已有一定規(guī)模）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)

3、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（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)三對(duì)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的認(rèn)識(shí)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？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

4、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)。 當(dāng)前 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù) 焦點(diǎn)和難點(diǎn)在哪？自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)之一 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 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)。

5、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 自動(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)論與信息論自動(dòng)化技術(shù)涉及到信息技術(shù)的全部注意兩點(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）我國國家自然科學(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)的作用是如何有效地 利用信息來促進(jìn)能量與物質(zhì)的有效利用。 對(duì)自動(dòng)化學(xué)科的認(rèn)識(shí)（續(xù)）自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的研究層次為什么要分自動(dòng)化學(xué)科的研究層次？

6、 自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)包含面太寬 多學(xué)科交叉難以從最基礎(chǔ)的理論到最實(shí)際的具體工程應(yīng)用 都面面俱到地、均衡地去研究或?qū)W習(xí)。應(yīng)該確保科學(xué)與技術(shù)（工程）不分家的前提 分層次的、有重點(diǎn)的去研究與學(xué)習(xí)如何分自動(dòng)化學(xué)科的研究層次？ 根據(jù)被控制的對(duì)象的 不同物理、數(shù)學(xué)形態(tài) 自動(dòng)化學(xué)科研究可分為三個(gè)不同層次： 1） 模型的控制，突出學(xué)科的數(shù)學(xué)特征； 2） 信息的控制，突出學(xué)科的信息特征； 3） 實(shí)體的控制，突出學(xué)科的工程特征。實(shí)體的控制 工程中具體對(duì)象（實(shí)際設(shè)備）的控制 最基本、最實(shí)在的控制 最充分地體現(xiàn)了自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的作用是如何有效地利用信息來促進(jìn)能量與物質(zhì)（如能源、材料和環(huán)境資源、人力資源等）的有效利用。 實(shí)

7、體的控制的特點(diǎn)是：1）工程特征，明顯的使能特性與對(duì)象依賴性；2）橋梁特性，信息與能量、物質(zhì)之間的橋梁；3）交叉特征，與其它工程學(xué)科密切交叉。 信息的控制 “控制論”對(duì)控制的定義: 這門新學(xué)科的一個(gè)非常突出的特點(diǎn)就是完全不考慮能量、熱量和效率等因素，可是在其他各門自然科學(xué)中這些因素是非常重要的?？刂普撍懻摰闹饕獑栴}是一個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)不同部分之間的相互作用的定性性質(zhì)以及整個(gè)系統(tǒng)的總的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 控制論的著眼點(diǎn): 信息與控制，或說信息的控制。信息的控制的特點(diǎn)： 1）信息特征。重點(diǎn)研究信息， 是信息科學(xué)技術(shù)的重要部分；2）系統(tǒng)特征。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)研究信息的控制 通過“綜合”與“集成” 解決信息的控制3）

8、滲透與擴(kuò)散特性。解決帶有一定普遍性或共性的對(duì)象的信息控制問題，目的又是為了改造世界，因而有強(qiáng)的滲透與擴(kuò)散特性、廣闊的應(yīng)用范圍。 模型的控制 面向控制的模型與一般模型的不同:* 描述子系統(tǒng)間的交互作用的方法不同，要求反映出系統(tǒng)的基本輸入/輸出特性以及噪聲抑制能力和互聯(lián)穩(wěn)定性；* 在輸入/輸出特性的框架下，比較容易將一個(gè)高逼真度的復(fù)雜模型降階成為低逼真度的簡單模型，從而為復(fù)雜互連系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 對(duì)自動(dòng)化學(xué)科的理論研究來說，與其它學(xué)科的交叉更多地就體現(xiàn)在系統(tǒng)建模中。模型的控制的特點(diǎn)： 1)抽象特征。模型提煉，使具有普適性。 對(duì)實(shí)際的復(fù)雜互連系統(tǒng)進(jìn)行模型化，進(jìn)行加工、改造，使更抽象、具有普適

9、性； 2)數(shù)學(xué)特征。堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 許多新的數(shù)學(xué)方法都是先用在自動(dòng)化學(xué)科之后再用于其它技術(shù)學(xué)科的。 3)理論特征。研究與自動(dòng)化有關(guān)的原理性問題、提出具有普適性的新的控制理論與方法。“模型的控制”無電基礎(chǔ)研究“信息的控制”弱電應(yīng)用基礎(chǔ)研究 （信息學(xué)部） “實(shí)體的控制”強(qiáng)電應(yīng)用基礎(chǔ)研究 （工程學(xué)部） 不同控制之間的區(qū)別與聯(lián)系抽象，基礎(chǔ)科學(xué)具體，實(shí)際工程自然科學(xué)基金模型的控制無電信息的控制弱電 實(shí)體的控制強(qiáng)電 自動(dòng)化科學(xué)基礎(chǔ)研究（973）自動(dòng)化技術(shù)高技術(shù)研究（863）抽象，基礎(chǔ)科學(xué)具體，實(shí)際工程不同控制之間的區(qū)別與聯(lián)系（續(xù)）四 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)的課程體

10、系； * 自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)； * 自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展前景?；镜呢?fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) 自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)體系 由三層知識(shí)構(gòu)成，包括八個(gè)知識(shí)領(lǐng)域 反映自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)的五個(gè)知識(shí)領(lǐng)域 控制與智能、傳感與檢測(cè) 執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)、模型與仿真 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、模型與仿真 系統(tǒng)與工程等三個(gè)知識(shí)領(lǐng)域 也是自動(dòng)化專業(yè)與其它專業(yè)的最大區(qū)別。 四 對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí)（續(xù)） 自動(dòng)化專業(yè)的課程體系自動(dòng)化專業(yè)的不同課程體系 對(duì)應(yīng)學(xué)科不同的研究層次 適應(yīng)不同院校、不同專業(yè)設(shè)置： 1） “模型的控制”類課程體系，適合理科院校；2）“信息的控制”類課程體系，適合重點(diǎn)工科院校 通識(shí)自動(dòng)化3) “實(shí)體

11、的控制”類課程體系，適合一般工科院校 “專業(yè)”自動(dòng)化，如：商業(yè)自動(dòng)化 化工自動(dòng)化、建筑自動(dòng)化。 設(shè)置不同類型的課程體系,有利于吸引更多的人來學(xué)習(xí)自動(dòng)化、掌握自動(dòng)化、從而投身自動(dòng)化事業(yè)，更有利于學(xué)科與專業(yè)的發(fā)展。 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)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)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)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

12、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”。三自動(dòng)化的特點(diǎn)及與其他學(xué)科的關(guān)系自動(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)。 四 對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí)（續(xù)） 自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展前景按目前的發(fā)展思路與發(fā)展趨勢(shì)， 我國自動(dòng)化專業(yè)，應(yīng) 進(jìn)一步向厚基礎(chǔ)、重（視）系統(tǒng)與管理的方向發(fā)展； 進(jìn)一步淡化機(jī)