自动化现况及前景展望 南 京 工 程 学 院 Nanjing Institute Of Technology 自动化概论论文 自动化现况及前景展望 赵诗泉 (南京工程学院 自动化学院 数控 091 邮编 211167) 摘要：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。 我国把自动化真正作为一门专业教育走进大学的课堂较之国外比较晚了。这也是后来我国这一领域的后备人 才不足，与其他国家产生差距的一个重要原因。改革开放后，迎着第四次新科技革命的浪潮，自动化专业教 育得到了长足的发展。自动化专业因为其广泛的适用性和社会对这一专业人才的广泛需求，它受到了越来越 多的人的青睐。未来几十年内，自动化专业教育必将会有一个充分发展的空间，前景广阔。 关键词：自动化;专业教育;发展现况；人才就业；前景趋势 Automation Status And Prospect Zhao Shiquan (Nanjing Institute Of Technology Automation Dept Numerical Control 091 ZIP 211167) Abstract: Automation major research is the principle and method of automatic control, automation technology and integrated technology and its unit in all kinds of control system of the application. The automation true in China as a professional education into the university classroom compared to the foreign is late. This is also in this field of later backup talent shortage, and other countries of the difference is one important reason. After the reform and opening, meet the fourth wave of new science and technology revolution, automation major education got rapid progress. Automation major because its extensive applicability and society to the needs of a broad range of professional talents, it is more and more people of all ages. The next few years, automation major education will have a full development space and broad prospects. Keywords: automation; professional education; development of current situation; talent employment ;future trend 引言: 我们的生活已经进入信息化的时代，很多东西都被冠 作。就业领域也非常宽广，包括高科技公司、科研院所、 上了“自动”这个头衔。现代生活中的洗衣机、电冰箱、 设计单位、大专院校、金融系统、通信系统、税务、外 电饭煲等生活用品中可以感受到自动化控制给人们带来 贸、工商、铁道、民航、海关、工矿企业及政府和科技 的便利。数十年来，随着自动化的发展，我国自动化专 部门等。本文将对自动化这些年来发展的历程，现状以 业教育相关行业发展等一系列裙带行业都得到了很大的 及未来发展前景进行阐述。 提高。随着信息革命的兴起和新经济的冲击，自动化专 时代在发展，社会在进步，用发展的眼光看待自动化 业教育必然会受到世界各国的更加重视。因为这一技术 行业，着重未来，兼顾历史，创新与理论并行，效率与 已从办公自动化、工业自动化逐渐向家庭自动化发展， 技术同存，这才是世界历史长河中自动化不显苍老的奥 它与普通民众的日常生活发生了千丝万缕的联系，更进 秘。我们有理由相信一副更为宏伟的自动化蓝图，前景 一步的发展势在必然。其学生在毕业后能从事自动控制、 光明，请君共勉！ 自动化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工 1. 自动化的发展史 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 作者简介：赵诗泉（1991–） 男 江苏 南京江宁 汉族 学生 自动化专业 - 1 - 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 

自动化现况及前景展望 南 京 工 程 学 院 Nanjing Institute Of Technology 自动化概论论文 程系统，涉及许多用现代控制理论难以解决的问题。这些问 时微电子技术有了新的突破。1958年出现晶体管计算机﹐ 题的研究，促进了自动化的理论、方法和手段的革新，于是 1965年出现集成电路计算机﹐1971年出现单片微处理机。微 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 处理机的出现对控制技术产生了重大影响﹐控制工程师可 合利用计算机、通信技术、系统工程和人工智能等成果的高 以很方便地利用微处理机来实现各种复杂的控制﹐使综合 级自动化系统，如柔性制造系统、办公自动化、智能机器人、 自动化成为现实。 专家系统、决策支持系统、计算机集成制造系统等。自动装 置的出现和应用是在18世纪以前。古代人类在长期生产和生 2. 自动控制理论 活中﹐为了减轻自己的劳动﹐逐渐产生利用自然界动力代 经典控制理论是自动控制理论中建立在频率响应法和根 替人力畜力﹐以及用自动装置代替人的部分繁难的脑力活 轨迹法基础上的一个分支。它的研究对象是单输入、单输出 动的愿望﹐经过经过漫长岁月的探索﹐他们互不相关地造 的自动控制系统（单变量控制系统），特别是线性非时变系 出一些原始的自动装置。古代中国的指南车以及17世纪欧洲 统。经典控制理论是以输入输出为特性（主要是传递函数） 出现的钟表和风磨控制装置﹐虽然都是毫无联系的发明﹐ 为系统的数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解方 但对自动化技术的形成却起到了先导作用。 法，分析系统性能装置。在经典控制理论的技术支持下，各 自动化技术形成时期是在18世纪末～20世纪30年代。 种电子式控制器大量应用于各种机械与电子系统，并是自动 1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器(又称飞球调速 化设备真正能在无人控制的情况下更有效、更安全地工作， 器)﹐并把它与蒸汽机的阀门连接起来﹐构成蒸汽机转速的 使生产出的产品一致性与质量进一步明显提高。从而在机械 闭环自动控制系统。瓦特的这项发明开创了近代自动调节装 化、电气化发展的基础上，得以形成自动化生产线（1926 年 置应用的新纪元﹐对第一次工业革命及后来控制理论的发 美国建成第一条汽车底盘自动生产线，如图 1），并逐步发展 展有重要影响。人们开始采用自动调节装置﹐来对付工业生 成为发达国家工业化生产的标准模式。 产中提出的控制问题。这些调节器都是一些跟踪给定值的装 置﹐使一些物理量保持在给定值附近。自动调节器应用标志 着自动化技术进入新的历史时期。进入20世纪以后﹐工业生 产中广泛应用各种自动调节装置﹐促进了对调节系统进行 分析和综合的研究工作。这一时期虽然在自动调节器中已广 泛应用反馈控制的结构﹐但从理论上研究反馈控制的原理 则是从20世纪20年代开始的。1833年英国数学家C.巴贝奇在 设计分析机时首先提出程序控制的原理。1939年世界上第一 批系统与控制的专业研究机构成立﹐为20世纪40年代形成 经典控制理论和发展局部自动化作了理论上和组织上的准 备。20世纪40～50年代是局部自动化时期第二次世界大战时 期形成的经典控制理论对战后发展局部自动化起了重要的 促进作用。在问题的过程中形成了经典控制理论设计出各种 精密的自动调节装置﹐开创了系统和控制这一新的科学领 图 1 1926 年美国建成第一条汽车底盘自动生产线 域。这一新的学科当时在美国称为伺服机构理论﹐在苏联称 为自动调整理论﹐主要是解决单变量的控制问题。经典控制 现代控制理论是建立在状态空间基础上的一种研究多变 理论这个名称是1960年在第一届全美联合自动控制会议上 量控制系统的控制理论，对控制系统的分析和设计主要是通 提出来。20世纪40年代中发明的电子数字计算机开创了数字 过对系统的状态变量描述进行的，基本方法是时域方法，是 程序控制的新纪元﹐虽然当时还局限于自动计算方面，但 自动控制理论的一个主要组成部分。现代控制理论研究高性 ENIAC和EDVAC的制造成功﹐开创了电子数字程序控制的新 能、高精度、多变量、变参数的多输入、多输出系统的最优 纪元。电子数字计算机的发明为60～70年代在控制系统中广 控制问题，从而适应了现代设备日益增加的严格要求。现代 泛应用程序控制和逻辑控制以及广泛应用电子数字计算机 控制理论是对系统的状态进行分析和综合的理论，主要包 直接控制生产过程奠定了基础。20世纪50年代末起至今是综 括：线性系统理论、建模和系统辨识、最优滤波理论、最优 合自动化时期，这一时期空间技术迅速发展﹐迫切需要解决 控制、自适应控制等。多变量频域法的共同特性是把一个多 多变量系统的最优控制问题。于是诞生了现代控制理论。现 变量控制系统的问题转化为一组单变量系统的设计问题。现 代控制理论的形成和发展为综合自动化奠定了理论基础。同 代频域法已成功地应用于石油、化工、造纸、原子反应堆、 - 2 - 

自动化现况及前景展望 南 京 工 程 学 院 Nanjing Institute Of Technology 自动化概论论文 飞机发动机和自动驾驶设备中多变量系统的分析和设计上， 用性，这很快引起了青年学生浓厚的兴趣，这为以后美 取得了令人满意的成果。20 世纪 70 年代中期以来，自动控 国 在 这 一 领 域 的 迅 速 发 展 并 遥 遥 领 先 于 他 国 奠 定 了 雄 制理论不仅应用于交通管理、生态控制、生物和生命现象的 厚的人才基础。 研究、积极科学以及社会系统等领域。现代控制理论对人类 我国在这一技术领域内的研究也比较早，但真正作为一 征服太空也起到了不可磨灭的作用。1957 年苏联发射了人类 门专业教育走进大学的课堂较之国外就比较晚了。这也 历史上的第一颗人造卫星，1968 年美国阿波罗飞船登上了月 是后来我国这一领域的后备人才不足，与其他国家产生 球。第一台数控机床（图 2）与第一台工业机器人样（图 7） 差距的一个重要原因。 于 1952 和 1954 年前后诞生。 建国初期，人民政权面临的是百废待兴的局面，社 会主义经济建设需要有先进的生产技术。于是在党和国 家的支持下，一批学校如北京大学、上海交通大学都纷 纷设立了相关专业教育和专业技术研究所。 改革开放后，迎着第四次新科技革命的浪潮，自动 化专业教育得到了长足的发展。除原先已经开设与此相 关专业的高等院校外，另有一大批高校如北京航空航天 大学、东南大学、南京大学等都增设有此专业。据统计 目 前 开 设 有 自 动 化 专 业 教 育 的 学 校 已 占 全 国 高 等 院 校 的 90%还多，因为其广泛的适用性和社会对这一专业人 才的广泛需求，它受到了越来越多的人的青睐。一般的 院 校 每 年 都 以 200—300 人 的 招 生 量 广 纳 贤 人 ， 有 的 高 校甚至还要多，学历层次也由专科、本科到硕士、博士 不等，形成了梯级人才培养的教育模式。近些年，在这 一领域涌现出许多著名的教授、专家，师资力量大为增 图 2 1952 年美国 MIT 研制出第一台数控机床 强，例如清华大学的吴澄教授在系统集成技术方面的造 诣很深，熊光楞、杨家本、萧德云教授等在各自的研究 领域成果颇丰，同济大学的吴启迪教授长期从事现代控 制理论与应用，自动化系统工程和智能自动化系统的理 论与应用研究。东南大学自动控制系和自动化研究所拥 有以钱钟韩教授、冯纯佰教授两位中科院院士为首的高 水平学科带头人。这些优秀的学者、专家为我国新时期 高科技的发展作出了卓越的贡献。 4. 自动化行业前景 国外自动化技术的发展趋势是系统化、柔性化、集成化 和智能化。自动化技术不断提高光电子、自动化控制系统、 传统制造等行业的技术水平和市场竞争力，它与光电子、计 算机、信息技术的融合和创新，不断创造和形成新的行业经 济增长点，同时不断提供新的行业发展的管理战略哲理。如 并行工程（CE）、敏捷制造（AM）等。数控技术于模块化、 网络化、多媒体和智能化；CAD/CAM 系统面向产品的整个生 图 7 第一台工业机器人 3.自动化教育发展现况 自 动 化专 业 教 育是 伴 随 着自 动 化 技术 在 社 会生 产 、 生活中的广泛应用而兴起的。它主要研究自动控制的原 理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制 命周期；自动控制内容发展到对产品质量的在线监测与控 系统中的应用。在这一领域，美国处于世界领先水平。 制，设备运行状态的动态监测、诊断和事故处理、生产状态 由于自动化技术的广泛应用，社会对这一专业的人才需 的监控和设备之间的协调控制与连锁保护，以及厂级管理决 求也大为增加，为了适应这一形势，美国的大学及时地 策与控制等；系统网络普遍以通用计算机网络为基础；自动 把这一专业的教育引进了课堂。因为这一专业技能的适 化控制产品正向着成套化、系列化、多品种方向发展；以自 - 3 - 

自动化现况及前景展望 南 京 工 程 学 院 Nanjing Institute Of Technology 自动化概论论文 动控制技术、数据通信技术、图象显示技术为一体的综合性 系统装置成为国外工业过程控制的主导产品，现场总线成为 自动化控制技术发展的第一热点；可编程控制器（PLC）与 工业控制系统（DCS）的实现功能越来越接近，价格也逐步 接近，目前国外自动控制与仪器仪表领域的前沿厂商已推出 了类似 PCS(Process Control System)的产品。目前，世界 自动化产业发展势头迅猛。传感器技术、开放式工业过程自 动化系统、现场总线技术等自动化技术已形成一定的产业规 模，其中 90 年代传感器在美国、日本的市场总销售额已超 过 100 亿美元，预计到 2000 年将达到 200 亿美元；非传感 器类的工业自动化控制系统 2000 年预计达到 152 亿美元， 可谓是前景广阔，蓝图宏伟。 5. 结论 从以上的陈述我们可以认知自动化及其行业的发展规律： 1. 自动化的发展不会孤立的存在，它总是依附于某一具体 的行业，以其为载体，指明方向，目标。 2. 自动化涉及面广泛，先关专业毕业的学生知识面也较为 宽广，利于就业。 3. 自动化教育的快速发展是为了满足社会发展的需要，看 清社会对自动化人才大量需求的同时，也应理智的看到 就业竞争的越发激烈，认知技术的重要性。 4. 自动化行业涉及广泛，社会经济的发展离不开工业自动 化，电气自动化等各个方面，因此有理由相信，自动化 的发展空间是巨大的，前景的光明的。 时代的磨合，时间的逝去。自动化的发展及其以后的模样， 就让以后的历史来证明。 参考文献： [1] 梅晓榕.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2002 [2] 戴先中，赵光宙.自动化学科概论[M].北京：高等教育出版社，2006 [3] 中国大百科全书总编辑委员会[教育]编辑委员会·中国大百科全 书·教育卷·北京：中国大百科全书出版社，1985 [4] 万百五，凌维侯.自动化技术史.// 中国大百科全书总编辑委员会 [自动控制与系统工程] 编辑委员会·中国大百科全书·自动控制与系统 工程卷▪北京：中国大百科全书出版社，1991 [5] 涂植英.自动控制原理[M].重庆：重庆大学出版社，1994 - 4 -