(精品)自动化学科概论-第2章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,自动化学科概论,第,2,章 自动化与自动化学科、专业,自动化学科概论,2.1,自动化,2.2,自动化科学与技术,2.3,自动化学科、专业,第,2,章 自动化与自动化学科、专业,2.1.1,自动化的内容与应用范围,2.1.2,自动化的发展历史,2.1.3,自动化在工业化建设中的作用与地位,2.1.4,自动化在信息化建设中的作用与地位,2.1.5,自动化在现代化建设中的作用与地位,第,2,章 自动化与自动化学科、专业,2.1,自动化,(1),自动化的内涵与外延,日常生活中，较少听到,”,自动化,”,这个名词,更多听到的是：,这个设备,(,器具,),是,“,自动的,”,、,“,自动控制的,”,或,“,全自动的,”,2.1.1,自动化的内容与应用范围,日常生活中常见的：,*家庭：,全自动,照相机、洗衣机、电饭煲,*高档楼宇：,自动,门、,自动,自来水开关,*,交通：,自动控制,的红绿灯、,火车上的,自动,烧开水机,*银行：,自动,取款机,ATM,自动化设备的特点：,工作时不需要（或很少需要）人参与，,却能按照人的要求“自动”完成其承担的任务。,充分理解：,各种自动的（或自动控制的）设备,仅是一项大的自动化工程中的,一个细胞,而以上例举的自动的设备,仅为整个自动化大家庭中的,一个个小细胞,“自动化,”的,定义：,自动化是指机器设备（扩展到生产、管理过程）,在没有人,直接参与,的情况下，,经过自动,检测,、信息,处理,、分析,判断,、操纵,控制,实现,预期的,目标,自动化的核心是“控制”,进一步扩展到,经济系统、生态系统,等,自动化技术的两方面：,动力方面的自动化技术,工业化,人的手、脚、各种感觉的延长,信息处理方面的自动化技术,信息化,延伸人的信息获取、,处理和决策控制等功能,（,2,）自动化的应用举例,工业自动化,：,机器人等自动化机械（机器、设备）,自动化生产线,自动化车间,自动化工厂,并联机器人,直角坐标,机器人,48,秒,23,秒,搬运机器人,29,秒,19,秒,装配机器人,注塑机,弯管机,绕线机,高速五轴龙门铣床,龙门式五轴联动混联机床,汽车自动焊接生产线,全弹自动装配生产线,自动搬运车,自动立体仓库,自动化工厂,比人干得更快、更好,，极大地提高生产力,从自动化生产线上生产的产品，,质量越来越好，价格越来越低。,把人从繁重、危险的工作中解放出来,矿井掘井、核电站检查、消防救火、,无人侦察机、导弹（无人）,基本作用,（传统观念）,(3),自动化的作用与重要性,完成人无法完成的工作,管道机器人（各种油管、水管）、,水下,6000,米机器人,以倒立摆为例,：人只能“顶起”一级倒立摆,机器能“顶起”一级、二级、三级、甚至四级倒立摆,一级,倒立摆,二级,倒立摆,倒立摆,录像,（,32,秒）,扩展作用,管理、经济、金融过程,智能化,自动化在国民经济、国家综合实力中,起着举足轻重的作用，并且其作用越来越重要。,自动化在人民日常生活中,亦将起着举足轻重的作用。,(3),自动化的作用与重要性,(,续,),2.1.2,自动化的发展历史,公元前我国的自动计时漏壶,公元,132,年张衡研制出自动测量地震的候风地动仪,公元,235,年马钧研制出能自动指示方向的指南车,1788,年英国,Watt,发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器,1913,年美国建成最早的汽车装配流水线,1926,年美国建成第一条汽车自动生产线,现代自动化工厂生产线（国产）,奇瑞、长安汽车冲压生产线,长春汽车焊接生产线,1952,年美国,MIT,研制出第一台数控机床,现代,高速大型数控中心（,沈阳第一机床厂,）,1954,年第一台工业机器人,国产,100,公斤点焊机器人,2005,年我国成功发射载人飞船（神舟,6,号）,1981,年美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功,自动化与工业化的关系,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,（加入自动控制器）,实现了自动化，就完成了工业化,目前来说：自动化是工业化的最重要标志,（国内从总体来说，已机械化、电气化）,2.1.3,自动化在工业化建设中的作用与地位,自动化与信息化的关系,信息化特点：不单指工业，包含第一、三产业,仅,从工业的角度，信息化发展也可分三阶段,：,一定要在工业化的基础上,数字化（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,（综合集成了系统、管理）,2.1.4,自动化在信息化建设中的作用与地位,实现先进自动化，就完成了（工业）信息化,先进自动化是信息化的最重要标志,（国内从总体来说，数字化、网络化已有一定规模）,机械化（应用机器系统,）,电气化（加入电机、网络）,自动化,（加入自动控制器）,数字化（应用数字计算机）,网络化（实现计算机网络）,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,信息化,知识化,社 会 总 发 展,自动化与工业化、信息化、知识化的关系,工业化与信息化的关系图,（基础）,自动化,（核心是,控制,）,是,工业化完成与否的标志,自动化技术是工业化的核心技术,先进自动化,（核心是,信息、控制、系统,）,是,信息化完成与否的标志,先进自动化技术是信息化的核心技术,自动化的重要性,“自动化”快成为“现代化”的代名词了。,设想：,军事,更不用说了！,每家每户,全部安装自动化设备（包括烧菜，喂饭）,难道不算现代化？,工厂,里除办公室有人外（无人看门、无人车间）,难道不算现代化？,农业,自动化了（种、管、收全部由机器人完成）,难道不算现代化？,2.1.5,自动化在现代化建设中的作用与地位,农 业 自 动 化,采松果机器人,挖树根机器人,嫁接机器人,采摘机器人,服 务 自 动 化,壁面清洗机器人,擦玻璃机器人,飞机清洗机器人,汽车加油机器人,家用清洁机器人,高压输电线维修（遥操作）机器人,医用机器人,中国骨科机器人系统,法国远程医疗机器人,医疗机器人,录像,第三代医疗仪器,医疗机器人,（,455”,）,医疗机器人,脑外科手术,（,733”,）,军 事 自 动 化,各种军用机器人,（,157”,）,国产反恐机器人,空间舱外舱内机器人,其他自动化,未来发展,微型（几毫米）机器人,（仿生）机器鱼,仿生（微型）机器人,表演,壁虎,（,053”,）,蛇,岸上,（,027”,）,蛇,水中,（,034”,）,鱼,抢球,（,034”,）,鱼,过孔,（,025”,）,大鱼,（,026”,）,真假鱼,（,020”,）,足球机器人,中型组,足球机器人,小型组,1,足球机器人,小型组,2,拾球机器人,机器人能否干活？,机器人干活！,机器人战胜国际象棋冠军,2010,年,双足人形机器人,表演,人形机器人,握手,（,103”,）,人形机器人,完成各种动作,（,135”,）,人形机器人,操作机器,（,145”,）,人形机器人,表演太极拳（,140”,）,人形机器人,真正像“人”,（,103”,）,自动化是当代高科技的集中体现与应用。,智能机器人是当代高科技的结晶。,宋键,第,2,章 自动化与自动化学科、专业,2.2.1,自动化科学与技术的定位,2.2.2,自动化科学与技术的基本内容与核心概念,2.2.3,自动化科学技术与信息科学技术的关系,2.2.4,自动化科学与技术的特点,2.2,自动化科学与技术,广义科学技术体系结构,2.2.1,自动化科学与技术的定位,一门,技术科学,、,一门,应用基础科学,研究的,基本任务,是为,自动化技术,（包括设计、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,（包括控制航天器这样的设备）,提供科学理论基础。,致力于带有一定,普遍性或共性的新的控制原理和新的系统方法的研究,，使其在实际控制工程和自动化技术中发挥创新的作用。,自动化科学的定位与任务,一门,工程应用技术,研发的,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,（包括工具和手段），使之能应用于工程实际，将自动化科学的研究成果迅速转换为生产力；另一方面,将工程实际中遇到的技术问题提炼、抽象成为科学问题，,为自动化科学研究提供新的研究对象。,自动化技术的定位与任务,相互依存关系,自动化科学与技术,是,自动化的,源泉与基础；,其,物化,是自动化设备与系统；,其,应用,包括自动化设计、自动化制造、,自动化工程、自动化管理、,自动化决策、自动化运行等。,自动化（应用）,是自动化科学与技术的,用武之地；,是自动化专业毕业生的主要,用武之地。,自动化与自动化科学技术的关系,指南车原理（开环控制）,齿轮系,车身,木人,方向,车辆,转弯,2.2.2,自动化科学技术的基本内容与核心概念,控制蒸汽机速度的调速器（给定值控制）,维纳给出的负反馈闭环控制结构图,防空导弹制导（跟踪控制）,1-,目标跟踪雷达,2-,导弹导引雷达,3-,计算机雷达,4-,导弹发射架,自动化早已超越古老的研制自动机器替代人类劳动的概念，自动化科学与技术研究的是,如何运用各种技术工具延伸人的信息获取、处理和决策控制的功能，来促进能源、材料和环境资源、人力资源等的有效利用,，提高生产水平和人类生活质量。,当前自动化科学与技术急需研究解决的是,如何应用,信息,去处理高度复杂,系统,的,控制,问题,，从而具有更大的挑战性和潜在的经济效益。,自动化科学与技术的核心是信息、控制与系统，其中,控制是核心的核心,。,自动化科学与技术的核心概念,2.2.3,自动化科学技术与信息科学技术的关系,信息技术的四个组成部分及其信息链,从信息角度看基本自动化设备的组成,自动化科学技术与信息科学技术的联系与区别：,自动化科学与信息科学的,同根、同源,；,自动化技术,涉及到信息技术的全部，重点是在信息的控制应用和系统集成上,。自动化技术需要以系统的观点综合运用信息技术的各部分，并充分考虑人、环境、对象与工具的相互作用产生的复杂性；,自动化技术的作用是,如何有效地利用信息来促进能量与物质的有效利用,；自动化技术是信息与能量、物质之间的桥梁。,2.2.4,自动化科学与技术的特点,自动化科学的特点：,数学属性，严密的理论特征,；,对象特性，鲜明的改造世界的特征,；,系统与社会属性，系统的复杂性特征,；,渗透与扩散特性，普遍适用特征,。,前三个特点表明，从事自动化科学研究，,既要有理论，又要懂对象，更要有系统的观念，三者缺一不可,。而第四个特点指出，把自动化科学中的基本原理与方法应用到其他科学、技术与工程中去，是从事自动化科学研究的人员义不容辞的职责。,自动化技术三大特点（,作用,）：,桥梁作用,自动化技术是信息与能量、物质之间的桥梁。,使能作用,一旦应用于具体对象（一台设备、一个系统或一项工程），将使对象发生质的变化（稳定可靠运行、大大提高效率、大大降低能耗成本等）的重要工程应用技术,系统集成作用,通过“综合”与“集成”，大型复杂系统、过程或工程逐步能被人类有效地控制与管理。随着系统、过程或工程的规模越来越大、越来越复杂，自动化技术的系统集成作用将越来越凸现。,第,2,章 自动化与自动化学科、专业,2.3.1,学科与专业的含义与区分,2.3.2,自动化学科,2.3.3,自动化专业,2.3,自动化学科、专业,学科,(,Discipline,),是现代科学技术的一种分类法，具有明确的定义（含义）。,汉语解释,:“,学科”是“知识或学习的一门分科”；,英语解释,:“,Discipline,”,是“,A branch of knowledge or teaching,”,由此可知，,学科应具有两方面的含义，分别对应着科学技术研究（知识）与科学工程教育（学习与教学）,。,2.3.1,学科与专业的含义与区分,与“学科”不同，“,专业（,Specialty,）”的意思却很单一,，仅用于科学与工程教育分类。,汉语,解释：“专业”是“高等学校的一个