自動(dòng)化專業(yè)概論-第1章

1、自動(dòng)化學(xué)科/專業(yè)概論,第1章 緒 論,自動(dòng)化學(xué)科學(xué)科/專業(yè)概論,1.1 課程的目的與性質(zhì) 1.2 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù) 1.3 自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè) 1.4 參考資料,第1章 自動(dòng)化概述,第1章 緒論,1.1 課程的目的為什么要開設(shè)這門課,學(xué)習(xí)自動(dòng)化專業(yè)，需要了解 “自動(dòng)化”學(xué)科全貌及分支學(xué)科、課程之間關(guān)系 “自動(dòng)化”學(xué)科與其它學(xué)科之間的關(guān)系,通過本課程學(xué)習(xí)，自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生能較深入地理解： 自動(dòng)化的內(nèi)涵、外延與定位； 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的基本原理與核心概念； 自動(dòng)化學(xué)科的知識(shí)體系， 需要掌握的知識(shí)及其相互關(guān)系； 自動(dòng)化專業(yè)的課程體系， 需要學(xué)習(xí)的主要課程及其相互關(guān)系； 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化專業(yè) 與相

2、關(guān)科學(xué)技術(shù)、專業(yè)之間的聯(lián)系與區(qū)別 并對(duì)現(xiàn)代自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)有一個(gè)大概的了解。,課程定位主要目的：,不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)“自動(dòng)化專業(yè)”的入門課程，而且可為“自動(dòng)化專業(yè)”學(xué)生4年學(xué)習(xí)及以后的提高提供參考。 每當(dāng)學(xué)習(xí)一門新課（尤其是主要課程）時(shí)，都能通過本課程對(duì)所學(xué)課程、該課程與其他課程之間的關(guān)系有一個(gè)大概的了解。 更進(jìn)一步，當(dāng)學(xué)生：進(jìn)入專業(yè)課學(xué)習(xí)階段（三年級(jí)），可以（如果可能）選擇選修課時(shí)；進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)（四年級(jí)）階段，可以（如果可能）選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)課題時(shí)；準(zhǔn)備報(bào)考研究生（三、四年級(jí)），選擇研究方向時(shí)，能從本課程獲得做出自己獨(dú)立 “決策”的依據(jù)。,課程定位主要目的：,1.1 課程的性質(zhì)這是一門什么樣的課,高

3、級(jí)科普？,是：通俗易懂、深入淺出地了解基本原理，學(xué)習(xí)新知識(shí)，激發(fā)興趣、愛好。,不完全是：比高級(jí)科普深一層次， 更強(qiáng)調(diào)科學(xué)性，要說清：,基本原理、核心概念 重要的、次要的,課程的特點(diǎn)與高級(jí)科普的不同點(diǎn)： 包含的內(nèi)容廣，涉及幾十門課 難以系統(tǒng)介紹，卻需要有系統(tǒng)性 高級(jí)科普：想進(jìn)一步了解，看相應(yīng)的專業(yè)書 想進(jìn)一步深入了解本門課， 至少學(xué)一半以上專業(yè)課才有可能。 難度很大： 教師難教，學(xué)生真正理解很難。 學(xué)生每隔一個(gè)階段都有必要回顧一下本課程內(nèi)容；,1.2.1 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的定位 1.2.2 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的基本內(nèi)容與核心概念 1.2.3 自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的關(guān)系 1.2.4 自動(dòng)化科

4、學(xué)與技術(shù)的特點(diǎn),1.2 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù),(1) 自動(dòng)化的內(nèi)涵與外延,日常生活中，較少聽到”自動(dòng)化”這個(gè)名詞 更多聽到的是： 這個(gè)設(shè)備(器具)是“自動(dòng)的”、 “自動(dòng)控制的” 或“全自動(dòng)的”,自動(dòng)化設(shè)備的特點(diǎn)： 工作時(shí)不需要（或很少需要）人參與， 卻能按照人的要求“自動(dòng)”完成其承擔(dān)的任務(wù)。,1.2.1 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的定位,“自動(dòng)化”的定義：,自動(dòng)化是指機(jī)器設(shè)備（擴(kuò)展到生產(chǎn)、管理過程） 在沒有人直接參與的情況下， 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)期的目標(biāo),自動(dòng)化的核心是“控制” 由工業(yè)與研究領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)展到經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等,自動(dòng)化技術(shù)的兩方面：,動(dòng)力方面的自動(dòng)化技術(shù) 工業(yè)

5、化 人的手、腳、各種感覺的延長(zhǎng),信息處理方面的自動(dòng)化技術(shù)信息化 延伸人的信息獲取、 處理和決策控制等功能,廣義科學(xué)技術(shù)體系結(jié)構(gòu),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。,自動(dòng)化科學(xué)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），使之能應(yīng)用于

6、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。,自動(dòng)化技術(shù)的定位與任務(wù),相互依存關(guān)系 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)生的主要用武之地。,自動(dòng)化與自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的關(guān)系,從信息、能量與物質(zhì)的角度： 自動(dòng)化科學(xué)：研究物質(zhì)世界的信息運(yùn)動(dòng)規(guī)律與信息處理方法； 自動(dòng)化技術(shù)：研究如何應(yīng)用有效的信息處理方法來(lái)促進(jìn)能量與物質(zhì)的

7、有效利用；,自動(dòng)化與自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的關(guān)系,車輛 轉(zhuǎn)彎,1.2.2自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的基本內(nèi)容與核心概念,自動(dòng)化裝置典型例子：,1788年Watt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器,自動(dòng)化早已超越古老的研制自動(dòng)機(jī)器替代人類勞動(dòng)的概念，自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)研究的是如何運(yùn)用各種技術(shù)工具延伸人的信息獲取、處理和決策控制的功能，來(lái)促進(jìn)能源、材料和環(huán)境資源、人力資源等的有效利用，提高生產(chǎn)水平和人類生活質(zhì)量。 當(dāng)前自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)急需研究解決的是如何應(yīng)用信息去處理高度復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題，從而具有更大的挑戰(zhàn)性和潛在的經(jīng)濟(jì)效益。 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的核心是信息、控制與系統(tǒng)，其中控制是核心的核心；控制的核心呢？,自動(dòng)化科學(xué)

8、與技術(shù)的核心概念,自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的核心概念,維納給出的負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖,控制的核心是反饋； 控制器的檢測(cè)，計(jì)算，執(zhí)行就構(gòu)成基本的反饋環(huán) 反饋控制原理：誤差補(bǔ)償,1.2.3自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的關(guān)系,信息技術(shù)的四個(gè)組成部分及其信息鏈,從信息角度看基本自動(dòng)化設(shè)備的組成,自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的聯(lián)系與區(qū)別： 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，重點(diǎn)是在信息的控制應(yīng)用和系統(tǒng)集成上。自動(dòng)化技術(shù)需要以系統(tǒng)的觀點(diǎn)綜合運(yùn)用信息技術(shù)的各部分，并充分考慮人、環(huán)境、對(duì)象與工具的相互作用產(chǎn)生的復(fù)雜性； 自動(dòng)化技術(shù)的作用是如何有效地利用信息來(lái)促進(jìn)能量與物質(zhì)的有效利用；

9、自動(dòng)化技術(shù)是信息與能量、物質(zhì)之間的橋梁。,1.2.4 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的特點(diǎn),自動(dòng)化科學(xué)的特點(diǎn)： 數(shù)學(xué)屬性，嚴(yán)密的理論特征； 對(duì)象特性，鮮明的改造世界的特征； 系統(tǒng)與社會(huì)屬性，系統(tǒng)的復(fù)雜性特征； 滲透與擴(kuò)散特性，普遍適用特征。,前三個(gè)特點(diǎn)表明，從事自動(dòng)化科學(xué)研究，既要有理論，又要懂對(duì)象，更要有系統(tǒng)的觀念，三者缺一不可。 第四個(gè)特點(diǎn)表明，自動(dòng)化科學(xué)中的基本原理與方法可以廣泛應(yīng)用到其他科學(xué)、技術(shù)與工程中去（生物控制論、經(jīng)濟(jì)控制論）,1.3.1 學(xué)科與專業(yè)的含義與區(qū)分 1.3.2 自動(dòng)化學(xué)科 1.3.3 自動(dòng)化專業(yè),1.3 自動(dòng)化學(xué)科、專業(yè),學(xué)科(Discipline)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的一種分類法，具

10、有明確的定義（含義）。 漢語(yǔ)解釋: “學(xué)科”是“知識(shí)或?qū)W習(xí)的一門分科”； 英語(yǔ)解釋:“Discipline”是 “A branch of knowledge or teaching”, 由此可知，學(xué)科應(yīng)具有兩方面的含義，分別對(duì)應(yīng)著科學(xué)技術(shù)研究（知識(shí)）與科學(xué)工程教育（學(xué)習(xí)與教學(xué)）。,1.3.1 學(xué)科與專業(yè)的含義與區(qū)分,與“學(xué)科”不同，“專業(yè)（Specialty）”的意思卻很單一，僅用于科學(xué)與工程教育分類。 漢語(yǔ)解釋： “專業(yè)”是“高等學(xué)校的一個(gè)系里或中等專業(yè)學(xué)校里的學(xué)業(yè)門類（如這個(gè)系有三個(gè)專業(yè)）”。表明其含義比學(xué)科要窄。 英語(yǔ)解釋：“Specialty” 是“A special pursuit,

11、 occupation, aptitude, or skill”，比漢語(yǔ)的含義還要窄，并且在英語(yǔ)國(guó)家中，往往只用 Discipline來(lái)對(duì)科學(xué)與工程教育分類。,專業(yè)、學(xué)科的含義不同， 劃分方法有多種， 不同層面還有不同理解與劃分。 一般分為：,社會(huì)層面 中學(xué)教育,本科生層面 一般意義上的大學(xué)教育,研究生層面 研究生教育,容易理解又基本符合研究生教育內(nèi)涵的 學(xué)科、專業(yè)劃分方法,從科學(xué)與技術(shù)一體化的角度（包含了研究與教學(xué)兩方面），可勾畫自動(dòng)化學(xué)科的結(jié)構(gòu)框架：,1.3.2 自動(dòng)化學(xué)科,對(duì)研究生學(xué)位培養(yǎng)來(lái)說，自動(dòng)化學(xué)科的正式名稱為“控制科學(xué)與工程” 學(xué)科，屬工科門類下的一級(jí)學(xué)科，如下表：,高等教育有多

12、種分類法。 縱向分類法： 粗分為：研究生教育和大學(xué)教育兩個(gè)層次； 細(xì)分為：博士、碩士研究生、本科生和?？粕膶哟?； 橫向分類法： 高等科學(xué)教育、高等工程教育等若干大類， 授予的學(xué)位為理學(xué)學(xué)士（碩士、博士）學(xué)位、 工學(xué)學(xué)士（碩士、博士）學(xué)位等。,1.3.3 自動(dòng)化專業(yè),按我國(guó)的習(xí)慣，自動(dòng)化專業(yè)特指大學(xué)教育，是自動(dòng)化高等教育的基礎(chǔ)層次。,1.3.3 自動(dòng)化專業(yè)（續(xù)）,本科自動(dòng)化專業(yè)與電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)、電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)同屬“工學(xué)”學(xué)科門類下的“電氣信息類” ，授予的學(xué)位為“工學(xué)學(xué)士”。 到2004年，全國(guó)已有239所學(xué)校設(shè)立了自動(dòng)化專業(yè)。自動(dòng)化專業(yè)已成為設(shè)置學(xué)校最多的“工學(xué)”專業(yè)（工科專業(yè)）之一（僅次于計(jì)算機(jī)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)，“自動(dòng)化類專業(yè)”無(wú)疑將是中國(guó)最龐大的專業(yè)。,1.4 參考資料,自動(dòng)化專業(yè)網(wǎng)站： http:/202.202.