自动化学科专业发展修改增加省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

自动化学科、专业发展自动化学科、专业发展戴先中 东南大学 自动控制系 戴先中第1页 自动化学科、专业发展序1提起自动化，不能不包括信息科技，不能不包括自动化在信息科技中地位。信息科技发展至今到达如此之广和如此之深地步，以至于包罗万象，要给它一个明确界定已经是一件极难事了。为此，不妨从较窄含义上，从与自动化亲密相关计算机和通信学科上去探讨它们之间关系。假如把指南车、算盘和烽火台分别看成是自动化、计算机和通信科技开端，那么信息将是一门十分古老学科。不过，人们通常还是把以下三篇文章（或著作）看成是当代信息科技奠基之作。这就是，美国维纳控制论(Cyber-netics,1948)，英国数学家图灵关于图灵机理论（1936年图灵在“可计算数及其在解密码中应用”论文中，提出通用机思想，随即第一台电子数字计算机于1946年诞生）以及美国数学家申农关于通信理论论文（一个通信数学理论，1948）。东南大学 自动控制系 戴先中第2页 自动化学科、专业发展从这个角度看，这三个领域又能够说是同时起步于上个世纪3040年代年青学科，它们之间历史渊源是如此紧密而且微妙。半个世纪以来，它们同时发展，它们发展速度是如此快速，如此不相上下，几乎影响了一代人生活与工作。假如说，计算速度和通信速度在上个世纪后半叶，以令人目眩莫尔定律高速增加事实，已经是家喻尸晓话，而自动化技术高速增加却不为多数人所知晓。其实，从上个世纪代电子管反馈放大器诞生开始，直到今日因特网出现，人造（控制）系统规模和复杂性增加速度也毫不逊色。今天，自动化、计算机和通信已经无所不在，它们正在进入千家万户，正在渗透千百领域，正在嵌入千万设备，一场影响人类未来波澜壮阔信息革命正在兴起。东南大学 自动控制系 戴先中第3页 自动化学科、专业发展在这么发展形势下，我们面临第一个问题是，作为一个学科，自动化领域不停地在扩展，几乎包罗万象，那么什么是今日“自动化”？就名称而言，这个学科在我国、在不一样时期里有过各种不一样名字，如自动学与远动学、自动控制、自动控制系统、工业企业电气化、工业电气自动化、自动化等等。名称不停变迁，表明在不一样场所和不一样时期里，不一样人对自动化各有不一样认识和了解。伴随信息、科技发展，人们认识还在不停地改变，自动化学科个性越来越不清楚，所以当前给自动化学科以明确界定十分必要。东南大学 自动控制系 戴先中第4页 自动化学科、专业发展伴随信息科技发展，自动化、计算机与通信相互渗透，形成更为紧密关系，你中有我、我中有你，密不可分。比如，因特网显然是计算机与通信结合体，但它同时也是一个控制系统，与自动化有着紧密关系。自动化与信息领域其它学科共性越来越多，这就向我们提出第二个问题，自动化在信息科技中应该怎样定位，那些是它们共性，哪些又是它们个性。为了自动化学科健康发展，这些都是当前亟待回答和处理问题。东南大学 自动控制系 戴先中第5页 自动化学科、专业发展 戴先中教授自动化科学与技术学科内容、地位与体系这本书，从书名上看，显然，就是为回答上述问题而写。首先，我认为这是一项意义重大工作，作者勇于负担这么艰巨任务，很值得赞赏，也需要大家支持。为了回答这些问题，作者做了大量工作：搜集和阅读了大量资料，详细地分析了自动化科技发展历吏，尤其是在我国发展历史，与不少教授进行深入地讨论，听取不一样意见，重复修改等等。在此基础上，作者对于自动化学科内容、地位和体系都给出了明确回答，希望大家仔细阅读，因为书中结论都是在殷实村料，深入分析以及听取了不一样意见与提议基础上做出。这本书对于关心自动化科学与技术发展，对于关心自动化科研与教学老师、学生以及户大科技工作者都有很好参考价值。它也为深入探讨自动化学科怎样发展提供了良好基础。东南大学 自动控制系 戴先中第6页 自动化学科、专业发展 序2对于自动化学科发展以及自动化专业教学改革，不停深入了解这一学科内涵、地位以及学科体系动态发展是主要，这便是人们常说“定位”。戴先中教授这本书反应了他在教学和科研实践中对这一问题深入看法尽管是一家之言，但我相信本书出版会引发大家兴趣，会对自动化学术界、教育界产生主动作用。对其它相关学科也会有意义。在我国，自动化学科正面临一个极好发展机遇：经济连续高速增加，走新型工业化道路，“以信息化带开工业化”以及当前国家安全需要等等，都是自动化学科重大机遇。在机遇面前，把握住了就有可能推进学科发展。假如把握不住，也有可能减弱学科发展。所以了解自动化学科特点是有意义。东南大学 自动控制系 戴先中第7页 自动化学科、专业发展自动化学科第一个特点是它实践性。自动化学科发展，总是和社会重大需求紧密联络在一起。从工业革命到二战时期武器装备需求，诞生了完整古典控制理论以及对应自动化技术。人类登月这一伟大事件，是当代控制理论强大推进力。这方面例子比比皆是。脱离了社会重大需求，不可能对自动化学科发展产生重大推进作用。今天，我国社会发展对自动化需求是国民经济和社会信息化、“新型工业化道路”、“以信息化带开工业化”以及国家安全重大需求。自动化学科应该在投身于这一历史性时尚中做出贡献。不论是本科、专科以及硕士等不一样层次人才培养，都能够而且应该适应和推进社会进步和经济发展。东南大学 自动控制系 戴先中第8页 自动化学科、专业发展自动化学科第二个特点是它时代性。自动化学科总是含有最鲜明时代特征。用现在话说，它“与时俱进”。作为人类改造客观世界主要知识和技术伎俩，人们总是把当初最先进技术用作自动化技术主要内容。比如50年代前后，是以“电气化”为时代特点。当初自动化技术是建立在“电气技术”基础上。如各种仪表、电子管放大器、电机放大机（交磁放大机）、磁放大器以及稍后晶体管放大器、晶闸管等等。而当初理论基础古典控制理论已经比较完善了。当初自动化学科体系也能够说已经形成。东南大学 自动控制系 戴先中第9页 自动化学科、专业发展今天时代是以信息技术飞速发展和广泛应用为特征。无疑，自动化学科一定会以信息技术作为主要技术内涵。这就是为什么信息技术各种最新成果会被自动化学科所迅速采用。而自动化学科有关理论、方法论从其次激发和深化了信息技术发展一因特网产生，使自动化学科从时间和空间上进入到网络化时代、在今天，把自动化学科作为信息学科一个分支是合适，因为今天自动化学科技术内涵，大部分都是信息技术。而控制论也是信息学科重要理论基础之一。但是这里需要指出是自动化学科并不只是“信息技术应用”或“计算机应用”它还具有更丰富内容。这便是学科又一个特点。东南大学 自动控制系 戴先中第10页 自动化学科、专业发展自动化学科第三个特点是“系统”、与其它许多学科不一样之处于于自动化学科总是强调从“系统”角度来分析、研究和实现各种目标。“系统”不但重视其组成，更强调系统模型和性能，所以建模和优化总是自动化学科最关心主题。这也是为何应用数学许多成就都会被自动化学科所应用。从普通物理系统到复杂大系统、巨系统，复杂性问题自然是自动化学科发展一个必定主要方向这与人类社会进步所面临越来越复杂系统问题是完全一致）处理这一问题，不但包括到数学、计算机科学，还会包括到方法论以至哲学，能够说自动化学科是一个大跨度（从客观哲学到微观实现技术）学科，其辽阔空间能够让人发挥各种各样聪明才智。东南大学 自动控制系 戴先中第11页 自动化学科、专业发展第四个特点是交叉性。自动化学科作为“系统”学科，离不开信电、技术、电气技术、数学以及自动化对象相关领域知识（如机械、化工过程、）。所以自动化学科需要与更多学科交叉、融合，以“系统”为线把相关学科知识如珍珠普通串起来，进而促进各自学科发展。上述看法也是一家之言，作为“序”已经写得太长了。这里所提自动化学科几个特点与教学改革也是亲密相关。我们希望对这一问题讨论有利于自动化学科发展，有利于自动化专业教学改革，有利于各个学校自动化专业办出自己特色。东南大学 自动控制系 戴先中第12页 自动化学科、专业发展序言翻开一部科学与技术发展史我们会惊奇地发觉，技术发展永恒动力源是，人类总是构想或努力把今天工作交给明天机器去做，并从内容到规模不停提升到更高层次，同时也把人类本身活动提升到新层次气和机器、环境，科学、技术和实现，这种交互式发展，推进着科学与技术进步，推进着整个人类社会进步。假如说，过去机器仅仅是人手和脚延长，今天自动化机器则包合了人脑延伸这是自动化科学与技术一大特点，也是自动化科学与技术成为当代发展快速、应用广泛、引人瞩目标交又学科原因所在。东南大学 自动控制系 戴先中第13页 自动化学科、专业发展今天，自动化概念已深入人心家喻户晓、自动化在我国工业化与信息化、当代化建设中做出了巨大贡献。自动化科学与技术已纳入全部国家重点支持科学与技术计划中，其中自动化技术领域作为我国863高技术发展计划六个重点支持领域之一，容纳了包含自动化、机械、计算机、仪器等学科在内众多科研与技术开发人员。自动化学科与专业，一直是最受社会各界欢迎专业之一，报考学生多、毕业生一次就业率高。但自动化、自动化科学与技术、自动化学科与专业发展历史从来不是平坦，充满着怀疑、挑战甚至反对：东南大学 自动控制系 戴先中第14页 自动化学科、专业发展（1）在自动化发展历史上，包含政治家、社会活动家、工会活动家在内：许多人，担心自动化会造成大量失业。最早是在工业革命早期，手工业作坊工人就联合起来反对自动纺纱机，甚至捣毁机器；50年代美国，组织了一个反对发展自动化3A革命委员会；70年代，当工业机器人出现时，美国劳联一产联和英国工会，担心机器人会带来大量工人失业，迫使政府连续几年停顿对发展机器人支持。东南大学 自动控制系 戴先中第15页 自动化学科、专业发展(2）在自动化科学与技术发展历史上，一样经历了坎坷。70年代，当代控制理论碰到了对象难以准确描述和存在不确定原因等挑战；与此同时，数字计算机被大量应用于自动化控制，使得在自动化技术方面取得主要进展主要来自于计算机大量应用与不停更新；90年代以来，大型系统和网络规模和复杂程度大大超出了控制传统应用范围，人与机器以及机器之间交互方式发生了快速改变，研究瓶颈也从处理系统物理学特征转变为处理系统复杂性。东南大学 自动控制系 戴先中第16页 自动化学科、专业发展(3）在我国自动化专业发展历史上，也充满着波折开始时，按苏联办学模式，全国工科专业划分似“行业公会”，而国内又没有“自动化”这个产业或行业，挂靠、归属成了问题；改革开放后需要与国际主流教育体制接轨，美国又没有“自动化”专业，怎样才能顺利接轨？历史发展表明，挑战既是一个巨大压力，又可变为巨大动力。经历了坎坷与波折磨难，在全国从事自动化科学与技术研究、自动化应用和自动化专业教育全体人员辛勤耕耘下，在机械、计算机、通信、仪器等其它学科和各界人士对自动化关心、支持和帮助下，我国自动化、自动化科学与技术、自动化学科与专业发展还从来没有像今天这么事业辉煌、队伍壮大。历史是一面巨大镜子，从中我们能够看到昨天、今天和明天。东南大学 自动控制系 戴先中第17页 自动化学科、专业发展 首先，对自动化会造成大量失业，从而引发严重社会问题担心是无须要。美国50年代反对发展自动化3A革命委员会曾预测，到1970年美国将失去700万个就业机会，但结果是反而增加了几百万个就业机会；20世纪80年代，日本因为在汽车生产线上大量采取机器人，一跃成为汽车出口大国。耐人寻味是，在发达工业国中，日本应用机器人最多，失业率最低；英国应用机器人最少，失业率却最高。东南大学 自动控制系 戴先中第18页 自动化学科、专业发展 其次，20世纪90年代以来，普遍利用控制原理和系统方法机会不但在传统制造业领域，而且在通信、网络、交通运输等非制造业以及生物、太空、军事、经济、社会等领域瀑发了。伴随越来越多装置包含嵌入式处理器、传感器和联网硬件，计算机、通信系统和检测设备正在变得越来越廉价，越来越无所不在，使我们能采取前想像不到方式和速度来处理各种信息。自动化科学技术进入了又一个创新发展黄金时期，使得有可能研发出真正带有智能机器，处理各类有着复杂相互间联络与影响物质和信息系统控制与协调问题，并完全有可能使20世纪60年代空间计划刺激下所取得进步相形见绌。东南大学 自动控制系 戴先中第19页 自动化学科、专业发展最终，进入二十一世纪，我们惊喜地看到，自动化专业无产业或行业挂靠这一昔日弱势在要求打破“行业公会”式专业划分、设置宽口径专业、设置“跨行业专业”一片教育改革呼声中变成了优势；同时我们还惊喜地看到，全国目前已经有197所高等学校设有自动化专业，如果再把那些将“自动化”作为其专业名称一部分专业（如“电气工程及其自动化”、“机械设计制造及其自动化”、“农业机械化及其自动化”等专业）算在内，这无疑将是中国最庞大专业。总之，面对发展一片大好局面与各种新机遇，盲目乐观是危险；而面对严峻挑战与巨大压力，盲目悲观也是不足取。东南大学 自动控制系 戴先中第20页 自动化学科、专业发展正是在这么背景下，为了迎接挑战、抓住自动化科学与技术发展机遇，4月，国家自然科学基金委信息学部在西安召开了“中国自动化领域发展战略高层学术研讨会”。来自国内外40多名自动化领域著名科学家和高级工程师，就国家“十五”发展规划重大需求给我国自动化科学与技术带来空前机遇与挑战和面对自动化科学技术学科本身发展要求进行了深入讨论而几乎与此同时，在美国政府机构资助下，围绕“信息丰富世界中控制学”发展，召开了包含著名高校、研究所与大企业以及政府机构管理人员在内类似研讨会。东南大学 自动控制系 戴先中第21页 自动化学科、专业发展也正是在这么大背景下，为了迎接挑战、抓住自动化学科与专业发展机遇，在11月教育部新组建高等学校自动化专业教学指导分委员会工作会议上讨论我国自动化学科与专业发展战略时，提议撰写本书。希望在比较全方面、准确地分析自动化学科与专业发展历史、它内涵、外延与定位基础上，总结自动化学科与专业知识结构、知识体系与本科课程体系，从而使自动化专业学生能对本学科与专业有深入了解，学习目标性更明确，学习更主动，深入促使学生热爱自动化专业，立志为我国自动化事业发展贡献力量。同时也希望本书相关内容能为从事自动化学科与专业研究与教育人员以及其它关心自动化学科与专业更多人提供一份比较全方面、准确地了解自动化学科与专业参考材料、一个窗口。东南大学 自动控制系 戴先中第22页 自动化学科、专业发展为了到达这一目标，就必须首先对自动化学科与专业源泉自动化科学与技术内涵、外延和其在整个科学与技术体系中地位以及与其它相关学科联络、区分，进行全方面、准确地分析；也必须对自动化专业毕业生主要用武之地自动化应用及其在当前我国工业化、信息化、当代化和全球经济化进程中作用与地位，进行必要介绍与分析。为此，本书将按自动化（第1章，主要从应用角度）自动化科学与技术（第2章，主要从科学技术研究角度）自动化学科（第3章，从研究与教育合一角度）自动化专业（第4章，完全从本科教育角度）次序展开。各章内容是这么安排：东南大学 自动控制系 戴先中第23页 自动化学科、专业发展第1章自动化，主要从应用角度，详细叙述自动化定义与包含内容，叙述自动化在工业化、信息化、当代化与经济全球化进程中主要性与突出地位。不但为叙述自动化科学与技术主要性奠定基础，也明确了自动化学科与专业毕业生辽阔用武之地。东南大学 自动控制系 戴先中第24页 自动化学科、专业发展第2章自动化科学与技术，完全从科学技术发展、科学技术研究角度，叙述自动化科学与技术定义、内涵与外延，叙述自动化科学与技术作为一门新兴、综合交叉性技术学科在整个科学技术体系中位置与主要特点（包含分析“自动化科学技术与信息科学技术关系”）。不但明确了自动化科学与技术在整个科学技术体系中主要性与突出位置，也深刻地反应了自动化是科学技术革命直接产物，自动化科学与技术是（第1章中叙述）自动化应用取得如此巨大成功与成效源泉与基础，同时也为深入叙述自动化科学与技术学科、专业作了必要铺垫。东南大学 自动控制系 戴先中第25页 自动化学科、专业发展 第3章自动化学科，从科学技术研究与科学工程教育统一角度（合一角度），来对自动化科学与技术学科（简称自动化学科）分类与组成、知识结构与体系以及研究（教育）层次进行详细分析。不但有利于深入加深对自动化学科组成与知识体系认识，也为探讨自动化学科科学与工程教育打下坚实基础。第4章自动化专业，收缩我们视线，集中在自动化学科科学工程教育上，来对大学自动化学科与专业历史与现实状况、它任务与特点、它知识体系与课程体系，以及自动化学科与专业发展前景与发畏趋势作分别叙述，从而组成对整个自动化科学与技术学科内容、地位与体系完整认识。东南大学 自动控制系 戴先中第26页 自动化学科、专业发展 另外，在书附录中给出了“控制与自动化关系刍议”、“对美英等国没有自动化专业原因分析及相关介绍”，对当前一些还有很大争议问题作深入深入讨论、并谈一些作者更鲜明观点。在书后记中介绍了本书写作背景与成书过程，一起作为对本书正又内容补充，供参考。因为这是国内（或许也是在国际上）第一本较系统地叙述自动化学科与专业书，货有类似书可“临摹”，受有太多现成资料可参考，因而全书架构、章节段落安排还值得深入推敲，对自动化、自动化科学与技术、自动化学科与专业了解、把握与叙述一定还存在许多错误与不妥之处，难以到达“能对自动化学科与专业内涵、外延与结构体系，自动化学科与专业定位、特点与特色有一个较清楚、又有说服力叙述”成书初衷。因而真挚地希望能听到、收到各方面批评与批判意见，方便能作深入修改，使其不停完善。作者通信地址是：南京市四牌楼2号，210096，东南大学自动控制系。Email：xzdaiseu.edu.en 东南大学 自动控制系 戴先中第27页 自动化学科、专业发展 报报 告告 内内 容容一引子一引子 急需回答问题急需回答问题二对自动化认识二对自动化认识 发展自动化主要性发展自动化主要性三对自动化学科认识三对自动化学科认识 发展自动化学科主要性发展自动化学科主要性 四对自动化专业认识四对自动化专业认识 发展自动化专业主要性发展自动化专业主要性 东南大学 自动控制系 戴先中第28页 自动化学科、专业发展一引子一引子 有有一系列难回答，但急需回答问题！一系列难回答，但急需回答问题！1 1）关于自动化）关于自动化自动化确实切含义？自动化确实切含义？在工业化、信息化中，自动化位置在哪？在工业化、信息化中，自动化位置在哪？自动化发展前景？自动化发展前景？东南大学 自动控制系 戴先中第29页 自动化学科、专业发展一引子一引子急需回答问题急需回答问题：2 2）关于自动化学科）关于自动化学科自动化学科地位？自动化学科地位？自动化学科与信息学科关系，自动化学科与信息学科关系，是包容、还是相对独立？是包容、还是相对独立？自动化学科要处理科学问题是什么？自动化学科要处理科学问题是什么？过去很清楚，现在说不清了？过去很清楚，现在说不清了？自动化学科发展方向？自动化学科发展方向？东南大学 自动控制系 戴先中第30页 自动化学科、专业发展一引子一引子 急需回答问题急需回答问题：3 3）关于自动化专业）关于自动化专业自动化专业与信息类其它专业关系自动化专业与信息类其它专业关系?人才通用性怎样？人才通用性怎样？我国自动化专业特色在哪？我国自动化专业特色在哪？发展前景怎样？发展前景怎样？东南大学 自动控制系 戴先中第31页 自动化学科、专业发展 二二 对自动化认识对自动化认识 东南大学 自动控制系 戴先中第32页 自动化学科、专业发展 自动化自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程），是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程），在没有些人或较少人直接参加下，按照人要求，经过自动检测、在没有些人或较少人直接参加下，按照人要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期目标。信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期目标。自动化包括范围极其辽阔自动化包括范围极其辽阔:从深度来看从深度来看以工业生产为例，小到一个普通设备以工业生产为例，小到一个普通设备 电机，电机，大到企业整个加工、制造系统乃至企业整个生产过程；大到企业整个加工、制造系统乃至企业整个生产过程；从广度来看从广度来看包括第二产业包括第二产业 工业自动化、第一产业工业自动化、第一产业 农农业自动化、第三产业业自动化、第三产业 服务自动化（如办公自动化、楼宇自动化、服务自动化（如办公自动化、楼宇自动化、商务自动化、交通自动化等等），包括系统可有些人造系统商务自动化、交通自动化等等），包括系统可有些人造系统（如机器系统、交通系统、电力系统、军事系统）和自然系统（如机器系统、交通系统、电力系统、军事系统）和自然系统（如生命系统、生态系统），包括过程有生产过程、管理过程、（如生命系统、生态系统），包括过程有生产过程、管理过程、决议过程等等。决议过程等等。自动化含义自动化含义 东南大学 自动控制系 戴先中第33页 自动化学科、专业发展 自动化魅力自动化魅力 自动化设备能克服人不足自动化设备能克服人不足生理阈值生理阈值，完成人无法完成，完成人无法完成工作，如：工作，如：人易犯错人易犯错，自动化设备与系统完成作业一致性与重复性，自动化设备与系统完成作业一致性与重复性要远高于人，使生产产品质量大幅度地提升；要远高于人，使生产产品质量大幅度地提升；人视觉、人手，无法完成准确（精细）动作人视觉、人手，无法完成准确（精细）动作，因而集成，因而集成电路制作必须采取高精尖自动化设备；电路制作必须采取高精尖自动化设备；人人“庞大庞大”躯体，无法在窄小空间中作业躯体，无法在窄小空间中作业，从而各种管，从而各种管道（油管、水管）内检修，需要各种管道机器人。道（油管、水管）内检修，需要各种管道机器人。人无法承受高温、高压、深水、核等环境下工作人无法承受高温、高压、深水、核等环境下工作，必须，必须采取各种自动化设备或机器人采取各种自动化设备或机器人 东南大学 自动控制系 戴先中第34页 自动化学科、专业发展 自动化和自动化学科关系自动化和自动化学科关系相互依存相互依存自动化科学与技术自动化科学与技术是自动化是自动化源泉与基础源泉与基础 其其物化物化是自动化设备与系统是自动化设备与系统 其其应用应用包含自动化设计、自动化制造包含自动化设计、自动化制造 自动化工程、自动化管理自动化工程、自动化管理 自动化决议、自动化运行等自动化决议、自动化运行等 自动化（应用）自动化（应用）是自动化科学与技术是自动化科学与技术用武之地用武之地；是自动化专业毕业生主要是自动化专业毕业生主要用武之地用武之地。东南大学 自动控制系 戴先中第35页 自动化学科、专业发展机械化（应用机器系统）电气化（加入电机、网络）自动化自动化（加入自动控制器）计算机化（应用数字计算机）网络化（实现计算机网络）先进自动化先进自动化（系统、管理）智能化（引入智能）知识化（处理知识）工业化工业化信息化信息化知识化知识化社 会 总 发 展自动化位置 东南大学 自动控制系 戴先中第36页 自动化学科、专业发展 自动化与工业化关系 工业化特点：专指工业，尤其是制造业 工业化发展三阶段：机械化（大规模使用机器系统）电气化（加入电机、电网络）自动化自动化（加入自动控制器）实现自动化，就完成工业化实现自动化，就完成工业化 当前来说：当前来说：自动化是工业化最主要标志自动化是工业化最主要标志 （国内总体来说，已机械化、电气化）（国内总体来说，已机械化、电气化）东南大学 自动控制系 戴先中第37页 自动化学科、专业发展 自动化与信息化关系 信息化特点：不单指工业，包含第一、三产业 仅从工业角度，信息化发展也可分三阶段：一定在工业化基础上 计算机化（大规模使用数字计算机）网络化（实现计算机网络）先进自动化先进自动化（综合集成了系统、管理）实现先进自动化，就完成（工业）信息化 先进自动化是信息化最主要标志先进自动化是信息化最主要标志（国内总体，数字化、网络化已经有一定规模）（国内总体，数字化、网络化已经有一定规模）东南大学 自动控制系 戴先中第38页 自动化学科、专业发展机械化（应用机器系统）电气化（加入电机、网络）自动化自动化（加入自动控制器）计算机化（应用数字计算机）网络化（实现计算机网络）先进自动化先进自动化（系统、管理）智能化（引入智能）知识化（处理知识）工业化工业化信息化信息化知识化知识化社 会 总 发 展 东南大学 自动控制系 戴先中第39页 自动化学科、专业发展 东南大学 自动控制系 戴先中第40页 自动化学科、专业发展（基础）自动化（关键是控制）是工业化完成是否标志 自动化技术是工业化关键技术先进自动化（关键是信息、控制、系统）是信息化完成是否标志 先进自动化技术是信息化关键技术 东南大学 自动控制系 戴先中第41页 自动化学科、专业发展三对三对自动化科学与技术学科认识 东南大学 自动控制系 戴先中第42页 自动化学科、专业发展广义科学技术体系结构 东南大学 自动控制系 戴先中第43页 自动化学科、专业发展自动化科学自动化科学定位与任务定位与任务 一门技术科学技术科学、一门应用基础科学应用基础科学 研究基本任务基本任务是为自动化技术（包含设计、制造、控制和管理计算机集成制造系统CIMS、计算机集成过程控制系统CIPS等先进自动化系统）和控制工程（包含控制航天器这么设备）提供科学理论基础。致力于带有一定普遍性或共性新控制原理普遍性或共性新控制原理和新系统方法研究和新系统方法研究，使其在实际控制工程和自动化技术中发挥创新作用。东南大学 自动控制系 戴先中第44页 自动化学科、专业发展自动化技术定位与任务 一门工程应用技术 研发基本任务：一方面将自动化科学原理与方法转换为工程实用技术（包括工具和伎俩），使得能应用于工程实际，将自动化科学研究成果迅速转换为生产力；其次将工程实际中遇到技术问题提炼、抽象成为科学问题，为自动化科学研究提供新研究对象。东南大学 自动控制系 戴先中第45页 自动化学科、专业发展自动化科学处理什么科学问题？自动化技术研究什么针对技术？传统意义上怎样？当前又怎样？东南大学 自动控制系 戴先中第46页 自动化学科、专业发展传统自动化传统自动化给定值、跟踪控制给定值、跟踪控制问题问题 输入液流H1QoQi控制阀节流阀输出液流节流阀Q1H2 东南大学 自动控制系 戴先中第47页 自动化学科、专业发展传统自动化传统自动化闭环控制伎俩闭环控制伎俩转速调整器电流调整器触发及整流装置直流电动机电流测量变换测速发电机电枢电流+_减速器位置调整器光电编码器+_给定角位移角位移 东南大学 自动控制系 戴先中第48页 自动化学科、专业发展传统意义上，自动化科学研究焦点 系统物理学特征 需要处理基本问题 给定值控制问题、跟踪问题和自主问题 其基本科学问题 建模问题、稳定性问题、动态特征问题 适应性（鲁棒性）问题和自主性问题自动化技术研究针对性工程应用技术 模型技术、检测技术、执行技术、控制（计算）技术。东南大学 自动控制系 戴先中第49页 自动化学科、专业发展 自动化科学与技术发展发展自动化科学奠基者维纳在“控制论”第二版中指出：“假如一门科学学科是真正有生命力，它引人兴趣中心就必须而且应该伴随岁月而转移”，“所以，控制论科学家应该继续走向新领域，应该把它大部分注意力转移到近十年发展新思想上去。”东南大学 自动控制系 戴先中第50页 自动化学科、专业发展自动化科学与技术发展发展 最初处理系统物理特征物理特征，基础自动化基础自动化，物质、能量物质、能量 当前处理系统复杂性复杂性，先进自动化先进自动化，主要是信息信息 焦点和难点在哪？挑战在哪？东南大学 自动控制系 戴先中第51页 自动化学科、专业发展基本挑战1 通常通常难以建立系统准确数学模型难以建立系统准确数学模型。伴随工业化程度逐步提升，各类制造业（如石油、化工、冶金、发电、机械、纺织、电子）和电力、交通等系统规模越来越大，系统结构越来越复杂、优化控制目标和约束越来越多样化。东南大学 自动控制系 戴先中第52页 自动化学科、专业发展SONYHondaAIST人形机器人人形机器人 东南大学 自动控制系 戴先中第53页 自动化学科、专业发展DimensionsHeight1,540 mmWidth600 mmDepth340 mmWeight inc.batteries58 kgD.O.F.Total 30 D.O.F.Head2 D.O.F.Arm2 Arms 6 D.O.F.Hand2 Hands 1 D.O.F.Waist2 D.O.F.Leg2 Legs 6 D.O.F.Walking Speedup to 2.0 km/hHumanoid Robot:HRP-2 AIST&Kawata 东南大学 自动控制系 戴先中第54页 自动化学科、专业发展人形机器人怎样建模?（103”）东南大学 自动控制系 戴先中第55页 自动化学科、专业发展基本挑战2 传统数学模型不再适用传统数学模型 连续工业过程微分（或差分）方程模型；离散工业过程DEDS模型；更完整数学模型 广义系统微分、代数方程模型 混杂系统现有连续变量又有离散变量 东南大学 自动控制系 戴先中第56页 自动化学科、专业发展传统数学模型-微分方程模型线性 非线性 东南大学 自动控制系 戴先中第57页 自动化学科、专业发展复杂电力大系统复杂电力大系统复杂结构、地域分布辽阔、网络结构/10/10第58页 自动化学科、专业发展整个电力系统整个电力系统可被描述为：元件微分方程元件接口方程网络方程/10/10第59页 自动化学科、专业发展复杂电力大系统完整、结构化非线性模型非线性模型/10/10第60页 自动化学科、专业发展元件与系统其余部分关系示意图/10/10第61页 自动化学科、专业发展元件微分方程元件接口方程输出方程含输出方程元件被控对象结构图 /10/10第62页 自动化学科、专业发展深入挑战 伴随（工业）计算机网、通讯网等快速发展，目标、结构、形态不一样复杂系统大量出现（由物质系统与信息系统共同组成）。这类复杂系统经过信息网将分散在不一样地点各个子系统（物质系统或信息系统）联络在一起。由此产生与传统意义复杂系统不一样新复杂控制与决议问题。其意义不但对控制，对计算机网、通讯网安全一样主要。东南大学 自动控制系 戴先中第63页 自动化学科、专业发展复杂系统分类：从物质、能量与信息角度和正开展研究角度：完全由物质系统组成，子系统之间主要是物质流、能量流 传统复杂工业过程属于这类；完全由信息系统组成，子系统之间仅有信息流，当前通讯网系统；由物质系统与信息系统共同组成，可深入分类。如：子系统均为物质系统，之间信息流、物质流、能量流并重，当代电力系统、制造系统属这类；子系统均为物质系统，子系统之间仅有信息流，网络化机器人系统属于这类。东南大学 自动控制系 戴先中第64页 自动化学科、专业发展电力系统三级递阶控制结构电力系统三级递阶控制结构/10/10第65页 自动化学科、专业发展计算机集成制造系统五级递阶控制结构 东南大学 自动控制系 戴先中第66页 自动化学科、专业发展经过Internet 主从式控制系统结构 东南大学 自动控制系 戴先中第67页 自动化学科、专业发展未来无人化工厂 东南大学 自动控制系 戴先中第68页 自动化学科、专业发展检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线 东南大学 自动控制系 戴先中第69页 自动化学科、专业发展总结：当前，自动化科学研究焦点和难点 系统复杂性，需要处理基本问题或基本科学问题需要处理基本问题或基本科学问题 复杂系统建模问题 综合集成问题（包含人）整体优化问题、失效容错问题 和系统智能问题自动化技术主要包含自动化技术主要包含 模型技术、仿真技术、集成技术、优化技术、可靠性技术和运行技术。东南大学 自动控制系 戴先中第70页 自动化学科、专业发展 与此同时，自动化科学与技术各种新应用机会也已明显出现。无所不在分布式计算、通信和检测系统出现已创造了这样一种环境，一方面使我们能方便地获得大量信息，其次使我们能采用二十年前想象不到方式和速度来处理这些信息。这对于实时控制来说是如此重要.使得有可能研发出真正带有智能机器，解决各类有着复杂相互间联系和影响物质和信息系统控制与协调问题，从而将对物质世界一切产生深远影响。自动化科学技术进入又一个创新发展黄金时期，并完全有可能使20世纪60年代空间计划刺激下所取得进步相形见绌。东南大学 自动控制系 戴先中第71页 自动化学科、专业发展手工时代手工时代 机器时代机器时代 自动化时代自动化时代 信息时代信息时代 （数字化时代）（数字化时代）下一个时代？下一个时代？机器人时代！机器人时代！时时 代代 变变 迁迁 东南大学 自动控制系 戴先中第72页 自动化学科、专业发展农业社会农业社会工业社会工业社会 工业机器人工业机器人服务型社会服务型社会服务机器人服务机器人社会变迁社会变迁机器人改变机器人改变 东南大学 自动控制系 戴先中第73页 自动化学科、专业发展技术发展技术发展从从 IT IT 到到 RTRT RTRobotics Technology 机器人技术机器人技术 感知Sensing 规划Processing,Thinking 动作Action 交互Inter-Communication IT-based RT下一代发展方向 东南大学 自动控制系 戴先中第74页 自动化学科、专业发展“个人装备个人装备”发展发展从从 PC PC 到到 PRPRPRPersonnel Robot 个人机器人个人机器人 Internet 从传递文字、画面、声音、图像 到传递动作Action 东南大学 自动控制系 戴先中第75页 自动化学科、专业发展个人机器人个人机器人PR PR 何时走入家庭？何时走入家庭？个人机器人个人机器人Personnel Robot 经过经过Internet传递行动传递行动Action 一个发展过程！一个发展过程！预计：当前：人手一台PC ：人手一台PR个人机器人PR将引领生活！东南大学 自动控制系 戴先中第76页 自动化学科、专业发展计算机（计算机（Computer）电脑电脑 希望计算机能像人脑一样聪明。希望计算机能像人脑一样聪明。发展到今天，与人脑相比还有极大差距发展到今天，与人脑相比还有极大差距但但计算机发展辉煌成就是有目共睹计算机发展辉煌成就是有目共睹 20多多年年前前，当当IBM推推出出个个人人计计算算机机PC时时，不不论论是是IBM企企业业本本身身还还是是IT行行业业大大胆胆预预言言家家，都都未未想想到到PC会会有有今今天天这这么么强强大大功功效效与与今今天天这这么么巨大市场。巨大市场。计算机、手机与机器人对比计算机、手机与机器人对比手机（Mobile-phone）东南大学 自动控制系 戴先中第77页 自动化学科、专业发展 人类对机器人寄予了无限希望人类对机器人寄予了无限希望 希望机器人能像人一样能干甚至无所不能希望机器人能像人一样能干甚至无所不能 今天最先进机器人，其智力相当于一个婴儿今天最先进机器人，其智力相当于一个婴儿 但机器人40年辉煌成展示了一个美好前景 何时？机器人足球队参加世界杯足球比赛 与人同场竞技！2050年，机器人或许还真能赢Robot 机器人机器人 东南大学 自动控制系 戴先中第78页 自动化学科、专业发展 新观点-控制界摩尔定律新IT技术成熟应用于自动化 需要多少年?结论是:!东南大学 自动控制系 戴先中第79页 自动化学科、专业发展 控制界摩尔定律-间隔Relay Logic;Electronic Logic PC 以太网无线通讯-蓝牙,Zigbee 东南大学 自动控制系 戴先中第80页 自动化学科、专业发展 三 对自动化学科认识（续）自动化学科与信息学科关系 东南大学 自动控制系 戴先中第81页 自动化学科、专业发展自动化科学与信息科学同根、同源信息科学基础 信息论与控制论、系统论自动化科学基础 控制论、系统论与信息论实际上，三论与相关决议与博弈论以及计算机算法和体系结构等作为一个学科群基础理论均是在20世纪40年代由同一批科学家提出和形成。东南大学 自动控制系 戴先中第82页 自动化学科、专业发展自动化技术包括到