1、自动化科学技术史自动化科学与技术的产生与发展* （*）自动化学院 *班摘要：自动化是人类自古以来永无止境的梦想和追求目标。自古以来，人类就有创造自动装置以减轻或代替人劳动的想法。人类总是设想或努力把工作轻松完成，于是利用自然界动力代替人力畜力以及用自动装置代替人的部分繁难的体力活动。出于人类追求“解放自我”的目的，经过漫长岁月的探索，诞生了自动化的理念以及科学技术，制造出许许多多的自动装置。关键词：发展历程，自动化成果，自动化科学技术,发展趋势1.引言自动化（Automation） ，是指机器或装置在无人干预的情况下通过自动检测、信息处理、分析判断自动地实现预期的操作或某种过程。广义上讲，自动
2、化还包括模拟或再现人的智能活动。自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗，服务以及家庭等各方面。自动化是一门涉及学科较多、应用广泛的综合性科学技术。自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制。除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域。不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相似的。自动化科学是以控制论为理论基础，并与系统论、信息论密切相关的的一门技术科学，属于应用基础科学。其基本任务是为控制工程（包括非工程）和自动化技术及
3、其它工程技术提供科学理论基础。而自动化技术则是实现自动化科学与自动化工程（包括非工程）之间的桥梁。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） ；另一方面将工程实践中遇到的问题提炼、抽象成为科学问题，为自动化科学研究提供新的研究对象。自动化技术包括了生产控制自动化和经营管理自动化两个方面。自动化科学与技术与许多自然科学、技术科学和管理科学领域相互渗透、交叉，其本身又具有独特的研究对象、理论及方法学体系和实现手段，并已形成从基础研究直到工程技术的完整的多层次结构。2.自动化科学技术的形成与发展2.1 自动化技术形成时期（18 世纪末至 20 世纪 30 年代）社会的需要是自动
4、化技术发展的动力。自动化技术是紧密围绕着生产军事设备的控制以及航空航天工业的需要而形成和发展起来的。工业上的应用，是以瓦特的蒸汽机调速器作为正式起点。1788 年瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题把离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来构成蒸汽机转速调节系统使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置。此时的自动化装置是机械式的，而且是自力型的。2.2 自动化技术及应用的发展经历自动化技术及应用的发展经历了三个重要的里程碑：第一个里程碑是 1788 年英国机械师 watt 在发明蒸汽机的同时发明的蒸汽离心式调节器。第一次出现被控量的自动调节。第二个里程碑是 20 世纪 20 年代电子管反馈放大
5、器的诞生，各种电子式控制器在各种机械与电子装置中的广泛应用，实现了机构和系统的自动化工作。第三个里程碑是从 20 世纪 70 年代开始，计算机控制技术诞生，并逐步形成基于数字计算机控制与管理的一系列先进自动化模式与理念。90 年代以来，随着智能技术和知识工程的普遍应用，现代的自动化装置及系统具有极强的环境适应能力和交互能力、复杂行为的控制能力、高智能的决策行为。1788 年，J.瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题，把离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速调节系统，使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置。瓦特的这项发明开创了自动调节装置的研究和应用。在解决随之出现的自动调节
6、装置的稳定性的过程中，数学家提出了判定系统稳定性的判据，积累了设计和使用自动调节器的经验。 20 世纪 40 年代是自动化技术和理论形成的关键时期，一批科学家为了解决军事上提出的火炮控制、鱼雷导航、飞机导航等技术问题，逐步形成了以分析和设计单变量控制系统为主要内容的经典控制理论与方法。1946 年，美国福特公司的机械工程师 D.S.哈德首先提出用自动化一词来描述生产过程的 自动操作。1947 年建立第一个生产自动化研究部门。1952 年 J.迪博尔德第一本以自动化命名的自动化一书出版,他认为“自动化是分析、组织和控制 生产过程的手段“。实际上,自动化是将自动控制用于生产过程的结果。50 年代以
7、后，自动控制作为提高生产率的一种重要手段开始推广应用。它在机械制造中的应用形成了机械制造自动化；在石油、化工、冶金等连续生产过程中应用，对大规模的生产设备进行控制和管理，形成了过程自动化。电子计算机的推广和应用，使自动控制与信息处理相结合，出现了业务管理自动化。 50 年代末到 60 年代初，大量的工程实践，尤其是航天技术的发展，涉及大量的多输入多输出系统的最优控制问题，用经典的控制理论已难于解决，于是产生了以极大值原理、动态规划和状态空间法等为核心的现代控制理论。现代控制理论提供了满足发射第一颗人造卫星的控制手段，保证了其后的若干空间计划（如导弹的制导、航天器的控制）的实施。控制工作者从过去
8、那种只依据传递函数来考虑控制系统的输入输出关系，过渡到用状态空间法来考虑系统内部结构，是控制工作者对控制系统规律认识的一个飞跃。 60 年代中期以后，现代控制理论在自动化中的应用，特别是在航空航天领域的应用。产生一些新的控制方法和结构,如自适应和随机控制、系统辨识、微分对策、分布参数系统等。与此同时，模式识别和人工智能也发展起来，出现了智能机器人和专家系统。现代控制理论和电子计算机在工业生产中的应用，使生产过程控制和管理向综合最优化发展。70 年代中期，自动化的应用开始面向大规模、复杂的系统，如大型电力系统、交通运输系统、钢铁联合企业、国民经济系统等，它不仅要求对现有系统进行最优控制和管理，而
9、且还要对未来系统进行最优筹划和设计，运用现代控制理论方法已不能取得应有的成效，于是出现了大系统理论与方法。80 年代初，随着计算机网络的迅速发展，管理自动化取得较大进步，出现了管理信息系统、办公自动化、决策支持系统。与此同时，人类开始综合利用传感技术、通信技术、计算机、系统控制和人工智能等新技术和新方法来解决所面临的工厂自动化、办公自动化、医疗自动化、农业自动化以及各种复杂的社会经济问题。研制出柔性制造系统、决策支持系统、智能机器人和专家系统等高级自动化系统。 自动化技术的发展历史是一部人类以自己的聪明才智延伸和扩展器官功能的历史，自动化是现代科学技术和现代工业的结晶，它的发展充分体现了科学技
10、术的综合作用。2.3 自动化科学技术的发展趋势自动化学科的显著特点是对多学科技术的包容性，学科的交叉研究始终是自动化科学技术发展的动力。信息科学和生命科学是 21 世纪前沿科学的主流，信息科学和生命科学的交叉研究仍然是未来几十年的大趋势。其方向包含计算机技术进展与自动化信息网络环境下的自动化理论智能自动化技术生物技术与控制论脑科学对控制理论的影响及反作用 绿色自动化技术由于这门学科高度的交叉性、广泛的应用性及所需教学工具的深刻性。因此，扩大控制理论的应用范围将是 21 世纪的社会需求和不可避免的发展趋势。通过工程、计算机及大量数学工具来研究具有综合复杂性的控制系统是 21 世纪对控制理论工作者
11、提出的巨大挑战。总之，具有综合化、网络化、人性化、绿色化（清洁生产+绿色制造）的智能体将是21 世纪自动化技术的发展趋势。3.总结自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科。研究内容宽、广，几乎无所不包。并且，伴随其它学科、技术的发展，研究内容越来越广。其中控制、信息、系统是其核心。而自动化学科知识体系中的核心知识是：控制与智能、对象与建模、系统与工程等三个知识领域，也是自动化学科与其它学科的最大区别。自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科，是当代高技术的集中体现与应用。自动化研究范围宽广，几乎无所不包。并且，随着其它技术的发展，将会越来越广。具有多学科交叉、内涵丰富、外延宽广的特点，因而利于培养宽口径、多面手、综合复合型人才；自动化研究得益于具有方法论性质的科学方法、科学思想的熏陶，思想更开阔、也更有深度，非常利于培养具有创新能力的人才。参考文献1 李正中.浅谈自动化科学与技术的发展历程 X西安航空技术高等专科学校学报，2006.72 戴先中.自动化科学与技术学科的内容、地位与体系M. 北京：高等教育出版社，2003.103王志良.综合化、网络化、绿色化对自动化科学技术发展的几点回顾与展望J.自动化信息，2001（2）4郑应平.信息与自动化科学技术发展和应用的若干问题J.自动化信息，2001（1）
