自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡(jiǎn)史

1、.2 自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡(jiǎn)史2.1 控制和自動(dòng)化的概念 現(xiàn)代社會(huì)和現(xiàn)代生活離不開(kāi)對(duì)一些物理量的控制，包括實(shí)現(xiàn)對(duì)這種控制的自動(dòng)化。例如公共電網(wǎng)上的電壓是50Hz、220V的交流電。電壓較大偏離這些給定值，會(huì)引起電器工作的不正常甚至焚毀。為此，在發(fā)電廠就要設(shè)法控制電壓、頻率這兩個(gè)物理量為恒值，這要采用自動(dòng)調(diào)壓和自動(dòng)調(diào)頻裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中，如在化肥廠控制反應(yīng)釜(塔)內(nèi)溫度和壓力為恒值，使化學(xué)反應(yīng)速度加快。在機(jī)械加工廠金屬切削機(jī)床上，經(jīng)常是控制工件或刀具的轉(zhuǎn)速為恒值，使產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量提高。而各種現(xiàn)代火炮的俯仰角和方位角都是自動(dòng)控制的，特別用雙雷達(dá)控制的防空導(dǎo)彈可以自動(dòng)跟蹤高空的飛行目標(biāo)進(jìn)行命中爆炸(

2、圖21)。 圖21 防空導(dǎo)彈的制導(dǎo) 1目標(biāo)跟蹤雷達(dá)；2導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達(dá)；3計(jì)算機(jī)；4導(dǎo)彈發(fā)射架 現(xiàn)代生活中，空調(diào)器保持室內(nèi)溫度為恒值、衛(wèi)生潔具水箱的水位也保持為恒值。其他如冰箱、洗衣機(jī)無(wú)不將些物理量控制為恒值，而全自動(dòng)洗衣機(jī)更把洗衣、漂洗和脫水等操作自動(dòng)按程序進(jìn)行。圖22 水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖 (a)手動(dòng)控制漫畫(huà)；(b)自動(dòng)控制自動(dòng)化是一個(gè)涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)，歸屬于部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。 自動(dòng)化是新的技術(shù)革命的一個(gè)重要方面。自動(dòng)化技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，對(duì)人類(lèi)的

3、生產(chǎn)、生活的方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。目前正在推行的利用信息技術(shù)(包括計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等)來(lái)改造舊生產(chǎn)工藝和提高產(chǎn)量和質(zhì)量、提高管理及經(jīng)營(yíng)水平的政策以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的政策，就是例證。 生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和辦公室自動(dòng)化可極大地提高社會(huì)生產(chǎn)率和工作效率，節(jié)約能源和原材料消耗，保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件，改進(jìn)生產(chǎn)工藝和管理體制，加速社會(huì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革和社會(huì)信息化的進(jìn)程。22 我國(guó)古代自動(dòng)裝置 中國(guó)古代能工巧匠發(fā)明許多原始的自動(dòng)裝置，以滿足生產(chǎn)、生活和作戰(zhàn)的需要。指南車(chē)、銅壺滴漏、浮子式閥門(mén)、記里鼓車(chē)、漏水轉(zhuǎn)渾天儀、候風(fēng)地動(dòng)儀、水運(yùn)儀象臺(tái)等就是其中比較著名的幾種。 (1)指南車(chē) 指南車(chē)是中國(guó)古代用來(lái)指示方向

4、的一種具有能自動(dòng)離合齒輪系裝置的車(chē)輛。關(guān)于指南車(chē)的發(fā)明有許多傳說(shuō)和記載。據(jù)史書(shū)記載，東漢張衡(公元78139)、三國(guó)時(shí)代魏國(guó)的馬鈞、南齊的祖沖之都曾制造過(guò)指南車(chē)。宋史·輿服志中對(duì)指南車(chē)的構(gòu)造和各齒輪大小和齒數(shù)都有詳細(xì)記載。 指南車(chē)是一種馬拉的雙輪獨(dú)轅車(chē)，車(chē)箱上立一個(gè)伸臂的木人。車(chē)箱內(nèi)裝有能自動(dòng)離合的齒輪系。當(dāng)車(chē)子轉(zhuǎn)彎偏離正南方向時(shí)車(chē)轅前端就順此方向移動(dòng)，而后端則向反方向移動(dòng)，并將傳動(dòng)齒輪放落，使車(chē)輪的傳動(dòng)帶動(dòng)木人下的大齒輪向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，恰好抵消車(chē)子轉(zhuǎn)彎產(chǎn)的影響(圖23)。車(chē)向正南方向行駛時(shí)，車(chē)輪和木人下的大齒輪是分離的，木人指向不變。因此，無(wú)論車(chē)轉(zhuǎn)向何方，都能使人的手臂始終指向南方

5、。指南車(chē)是一個(gè)保持方向恒定的自動(dòng)裝置(圖24和圖25)。圖2.3指南車(chē)方向自動(dòng)裝置框圖圖2.4指南車(chē)復(fù)原模型圖2.5 指南車(chē)自動(dòng)指向示意（復(fù)原模型） (2)銅壺滴漏 即漏壺，中國(guó)古代的自動(dòng)計(jì)時(shí)(測(cè)量時(shí)間)裝置，又稱(chēng)刻漏或漏刻。漏壺的最早記載見(jiàn)于周禮。這種計(jì)時(shí)裝置最初只有兩個(gè)壺，由上壺滴水到下面的受水壺，液面使浮箭升起以示刻度(即時(shí)間)(圖26之右)。保持上壺的水位恒定是滴漏計(jì)時(shí)準(zhǔn)確的關(guān)鍵。這個(gè)問(wèn)題后來(lái)是互相銜接的多級(jí)(35級(jí))水壺來(lái)解決的。宋朝王普所著官術(shù)刻漏圖(公元1135)曾描述一種蓮華漏，后該書(shū)失傳。根據(jù)宋朝楊軍的六經(jīng)圖(公元天池壺、平水壺逐級(jí)向平水小壺供水。 平水小壺上有溢水口，可使多

6、余的水泄入減水桶以保持水面恒定。在蓮華漏中還采用一個(gè)浮子式閥門(mén)作為自動(dòng)切斷閥。當(dāng)受水壺水位升至滿刻度時(shí)，浮子式閥門(mén)就會(huì)自動(dòng)阻塞上級(jí)平水壺的出水小孔，切斷水滴(見(jiàn)圖26上平水壺前的一個(gè)小鳥(niǎo)式裝置)。圖27為宋代燕肅所制刻漏。 圖26 蓮華漏計(jì)時(shí)裝置圖27 宋代燕肅刻漏（3）飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)宋朝仇士良著的嶺外代答(公元i178)曾記載中國(guó)南方和西南方部落村民的一種習(xí)俗，就是常用長(zhǎng)0.6米以上的飲酒管飲酒。在這種竹制飲酒管中有一條銀制小魚(yú)，作為可動(dòng)的“關(guān)捩”(即浮子式閥門(mén))。飲酒時(shí)吸得太快或太慢，小孔就會(huì)被小魚(yú)自動(dòng)堵塞(古今圖書(shū)集成，圖28)。這種浮子式閥門(mén)可用來(lái)保持均勻的飲酒速度。 (4)計(jì)里鼓車(chē) 中國(guó)古代有能自報(bào)行車(chē)?yán)锍痰能?chē)制，是東漢以后出現(xiàn)