自動化概論(第一講)

自動化概論曲延濱2011.5E-mail:quyanbin@課程名稱001

高級科普？是：通俗易懂、深入淺出地了解基本原理，學新知識，激發(fā)興趣、愛好。不完全是：比高級科普深一層次，更強調科學性，要說清：

基本原理、核心概念002

課程的性質設置該課程的目的與意義使自動化及其他專業(yè)的學生全面了解自動化的基本概念、自動控制的基本原理和基本思想、自動化的應用狀況、應用熱點、前沿技術及發(fā)展趨勢。自動化系統(tǒng)隨處可見，自動化技術具有很強的滲透性和擴展性，自動化的思想和方法可應用于幾乎所有領域，包括工程、社會、經濟、管理等。003主要參考書:趙曜主編．自動化概論．機械工業(yè)出版社，2009萬百五主編．自動化（專業(yè)）概論．武漢理工大學出版社，2002．戴先中，趙光宙．自動化學科概論．高等教育出版社，2006．汪晉寬，于丁文，張建．自動化概論．北京郵電大學出版社，2006．戴先中．自動化科學與技術學科的內容、地位與體系．高等教育出版社，2003．004第1章自動化概述005本章內容1.1什么是自動化?1.2自動化能做什么?1.3我們身邊的自動化1.4自動化的過去、現在和將來1.5自動化與信息技術1.6自動化與信息化0061、什么是自動化?007008日常生活中，較少聽到”自動化”這個名詞更多聽到的是：這個設備(器具)是“自動的”、“自動控制的”或“全自動的”009

日常生活中常見的：*家庭：全自動照相機、洗衣機、電飯煲

*高檔樓宇：自動門、自動自來水開關*交通：自動控制的紅綠燈、火車上的自動燒開水機

*銀行：自動取款機ATM《現代漢語詞典》1979年，商務印書館出版

自動：①自己主動；②不憑借人為的力量的；③不用人力而用機械裝置直接操作的。

自動化：最高程度的機械化。機器、設備和儀器能全部自動地按規(guī)定的要求和既定的程序進行生產，人只需要確定控制的要求和程序，不用直接操作。

010011自動化：采用能自動啟閉、調節(jié)、檢查、加工和控制的機器、設備進行各種作業(yè)，以代替人工直接操作的措施。是機械化的更高階段。部分采用自動裝置，部分由人工操作的稱“半自動化”。

在一臺獨立設備上實現自動化的稱“單機自動化”。

012整個生產過程中從進料、加工、傳送、檢查以至完成產品，能自動按人們預定的程序和要求進行，而啟動、調整、停車以及排除故障等仍由人工操作的稱“綜合自動化”。如調整、停車與排除故障及其后的重新啟動等操作也能自動實現的，則稱“全盤自動化”。

《辭?！?999年珍藏本，上海辭書出版社

013自動化：機器或裝置在無人干預的情況下按預定的程序或指令自動進行操作或控制的過程。工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術現代化的重要條件和顯著標志。

《中國大百科全書》2002年精華本，中國大百科全書出版社

014

Automation,Automatization

①Theautomaticoperationorcontrolofequipment,a

process,orasystem;②Thetechniquesandequipmentusedtoachieveautomaticoperationorcontrol;③Theconditionofbeingautomaticallycontrolledoroperated.指設備、過程或系統(tǒng)的自動運行或自動控制；用于實現自動運行或自動控制的技術或設備；被自動控制或自動操作的狀態(tài)；015

自動化

①指設備、過程或系統(tǒng)的自動運行或自動控制；②用于實現自動運行或自動控制的技術或設備；③被自動控制或自動操作的狀態(tài)。

自動化包含了：

①設備、過程或系統(tǒng)的自動化；②用于實現自動運行或自動控制的技術或設備；③被自動控制或自動操作的狀態(tài)。016

自動化包含了兩層基本意思：

①所謂“自動”的，即沒有人或很少有人直接參與；②雖然沒有或不需要人，但肯定應按人的要求去做。

自動化：

自動化是指設備、過程、或系統(tǒng)，在沒有人或較少人的參與下，按照人的要求，通過自動運行或自動控制，完成其承擔的任務。017

自動化涉及的范圍：

①第一產業(yè)：農業(yè)自動化；②第二產業(yè)：工業(yè)自動化；③第三產業(yè)：服務自動化；④國防：軍事自動化。2、自動化能做什么？自動化使我們的生活與工作更加方便、高效、省心、省力；自動化使生產過程的效率更高、成本更低、產品質量更好、競爭力更強、對環(huán)境的影響和沖擊更小、并顯著地降低能源和原材料消耗；自動化使我們能夠做很多我們以前無法做的事情，如通過載人航天器翱翔太空、“九天攬月”，借助無人潛水器探測深海，利用機器人處理危險品、爆炸物、核廢料，利用人造衛(wèi)星實現全球通信等。018019自動化是利用機器、設備或裝置代替人或幫助人自動地完成某個任務或實現某個過程。自動化是在沒有人的直接參與下，利用各種技術手段，通過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，使機器、設備等按照預定的規(guī)律自動運行，實現預期的目標，或使生產過程、管理過程、設計過程等按照人的要求高效自動地完成。

空調——自動調節(jié)房間溫度：以取暖為例，空調通過溫度傳感器檢測房間的溫度高低，空調控制器將檢測的溫度與設定值進行比較，若溫度低于設定值的下限，則使壓縮機運行，溫度上升，溫度上升到設定值的上限時則停止運行?？照{運行基于反饋信息（溫度測量值），屬于“反饋控制”，最為常見。020全自動洗衣機：按照設定的程序自動完成洗衣任務。這是另一種典型的自動化工作方式——程序控制。高檔的還能檢測出洗衣量的多少、臟的程度、衣料的質地等，并根據這些信息自動進行分析計算，決定洗滌劑用量、水位高低、洗衣強度和洗衣時間等，從而實現“智能型”的全自動洗衣。021數控機床和數控加工中心：自動完成零部件的加工和處理

數控機床——計算機技術與機械技術相結合，相當于給機床添加了“大腦”和“感覺器官”，賦予了“智慧”，可以完成難度更大的任務。數控加工中心——帶有刀具庫和自動換刀裝置的多功能數控機床，能自動完成多種工序和復雜形狀的產品加工。一種數控加工中心022戰(zhàn)機對目標的自動化攻擊：現代戰(zhàn)機在攻擊目標時，可以在幾十、甚至幾百公里以外就將導彈發(fā)射出去，新型的導彈可以做到“發(fā)射后不管”，即在發(fā)射后能夠自動搜尋、跟蹤和擊毀目標，是一種高度自動化的攻擊方式。戰(zhàn)斗機發(fā)射導彈戰(zhàn)機的武器系統(tǒng)023計算機輔助設計（簡稱CAD，ComputerAidedDesign）：綜合運用計算機軟、硬件及網絡來實現產品設計過程的自動化。設計者只要輸入相關數據（如產品的規(guī)格、功能、要求等），計算機就能完全自動地進行分析、計算和設計，并自動輸出設計的結果。

CAD廣泛應用于服裝、紡織、建筑、汽車、機械、造船、電子、航空航天等。廣義的CAD還包括虛擬裝配、計算機輔助制造、產品數據管理等內容。024我國飛機設計過程中的CAD與虛擬裝配示意圖0250263、我們身邊的自動化

一提起“自動化”，人們就會聯想到飛船、衛(wèi)星、導彈和數控機床等高新技術領域。難道自動化就那么高深莫測、可望而不可及嗎？在我們的日常生活里就沒有自動化了嗎？027

假如

假如液化氣罐上沒有調壓器？假如用電飯堡煮飯沒有自動定時和自動保溫？假如壓力鍋上沒有安全閥和保險片？假如冰箱里沒有溫度控制器？假如用沒有水氣連動閥和自動點火器的燃氣熱水器洗澡？028

自動化早已在我們身邊

老式電扇改成遙控的時候，半自動洗衣機換成全自動的時候，電話改為程控的時候，公用電話開始用磁卡的時候，自動取款機和電子計價秤日漸普及的時候，自動化已向著我們一步步地接近，人們的生活也在一點點地向著現代化前進。029自動累計

自來水表030自來水表031自來水表032燃氣表033燃氣表034燃氣表035電度表036電度表037溫度控制038溫度控制039溫度控制040溫度控制041壓力控制042壓力控制043壓力控制044自動控制自動控制045自動控制046自動控制0474、自動化的過去、現在和將來04818世紀末發(fā)明蒸汽機及離心調速器

第一次工業(yè)革命大規(guī)模使用機器系統(tǒng)瓦特1788年發(fā)明蒸汽機及其反饋控制系統(tǒng)Watt的蒸汽機轉速控制系統(tǒng)原理圖蒸汽蒸汽機負載轉速杠桿套筒彈簧飛錘圓錐齒輪轉速檢測轉速閥門049蒸汽機時代的工廠

05019世紀下半葉發(fā)明電、發(fā)電機及電動機

第二次工業(yè)革命（電氣化）

大量采用電氣控制裝置05120世紀上半葉的“二戰(zhàn)”、工業(yè)化及經典控制理論的成熟推動了自動化系統(tǒng)的廣泛應用05220世紀中葉發(fā)明計算機在自動化系統(tǒng)中大量采用計算機——計算機化古董計算機現代工業(yè)控制計算機主板05320世紀80年代在自動化系統(tǒng)中大規(guī)模實現計算機聯網——網絡化05420世紀90年代通過計算機網絡將管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)一體化，實現全系統(tǒng)的綜合最優(yōu)控制層管理層中央控制器設計計劃管理調度控制單元控制器數控系統(tǒng)Monitor0555、自動化與信息技術

056什么是信息技術?信息技術（InformationTechnology，簡稱IT）是指對信息的獲取、傳輸、存儲、處理和應用的技術。信息技術的基礎是微電子技術，核心是檢測技術（信息的獲取）、通信技術（信息的傳輸）、計算機技術（信息的存儲和處理）、自動控制技術（信息的應用）等，此外還有圖形圖像的處理和識別技術、對各種信號進行分解、變換及濾波的技術等。057自動化技術與信息技術的關系自動化系統(tǒng)一般包含信號檢測、傳輸、處理和控制環(huán)節(jié)，現代自動化系統(tǒng)大多采用計算機，因此自動化技術涉及到了信息技術的全部，信息技術的發(fā)展會直接推動自動化技術。自動化技術在很大程度上屬于信息技術，但又擁有鮮明的個性和特色，其重點在于信息的應用，即如何利用信息去實現有目的的行為，其核心是分析、決策和控制，而信息的獲取、傳輸和處理則只是實現目標的手段。058就信息技術本身而言，其各個環(huán)節(jié)都涉及自動化技術，例如計算機的運算過程、其內部多種硬件的控制、計算機通信網絡的建模與調控、網絡流量的控制、網絡服務的質量控制、通信衛(wèi)星的控制、各種儀器儀表的控制等。信息技術離不開自動化技術的支持，自動化技術的發(fā)展同樣會推動信息技術；自動化技術與信息技術的關系是“你中有我”，“我中有你”，相輔相成，相互推動，同時又有各自的特色、要達成的目標以及要完成的任務。

0596、自動化與信息化

060什么是信息化?“信息化”是在社會各領域普遍采用現代信息技術，更有效地開發(fā)和利用信息資源，從而大幅度提高社會的工作效率、生產力和生活質量，推動經濟發(fā)展和社會進步。信息化的基礎是信息技術和信息資源，核心是信息資源的開發(fā)和利用；信息化的發(fā)展也經歷了計算機化或數字化、網絡化、智能化和集成化幾個階段。061自動化與信息化的關系“自動化”與“信息化”都緊密依托于計算機、通信、控制、檢測等信息技術，都廣泛應用于各行各業(yè)，但兩者的出發(fā)點和目的不同。自動化的基礎是信息，核心是控制，立足在系統(tǒng)。自動化主要針對機器設備的自動運行，重在如何運用“信息”來進行“控制”與“優(yōu)化”；信息化則主要針對信息本身的獲取、傳輸和處理，重點是信息資源的開發(fā)利用、信息科技的推廣普及和產業(yè)化等。06221世紀是數字化、信息化的時代，而自動化是信息化的重要組成部分，也是實現信息化必不可少的載體；信息化同時也是實現自動化的基礎，信息化同樣會促進自動化。兩者