自動化的過去現(xiàn)在和未來

引言：自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。過去，人們對自動化的理解或者說自動化的功能目標(biāo)是以機(jī)械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實(shí)質(zhì)上是自動化代替人的體力勞動的觀點(diǎn)。后來隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動化的概念已擴(kuò)展為用機(jī)器（包括計(jì)算機(jī)）不僅代替人的體力勞動而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業(yè)。

       自動化的廣義內(nèi)涵至少包括以下幾點(diǎn)：在形式方面，制造自動化有三個方面的含義：代替人的體力勞動，代替或輔助人的腦力勞動，制造系統(tǒng)中人機(jī)及整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。在功能方面，自動化代替人的體力勞動或腦力勞動僅僅是自動化功能目標(biāo)體系的一部分。自動化的功能目標(biāo)是多方面的，已形成一個有機(jī)體系。在范圍方面，制造自動化不僅涉及到具體生產(chǎn)制造過程，而是涉及產(chǎn)品生命周期所有過程。

       自動化的發(fā)展歷史

       1946年，美國福特公司的機(jī)械工程師D.S.哈德**提出“自動化”一詞，并用來描述發(fā)動機(jī)汽缸的自動傳送和加工的過程。50年代，自動調(diào)節(jié)器和經(jīng)典控制理論的發(fā)展，使自動化進(jìn)入以單變量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)為主的局部自動化階段。60年代，隨現(xiàn)代控制理論的出現(xiàn)和電子計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用，自動控制與信息處理結(jié)合起來，使自動化進(jìn)入到生產(chǎn)過程的**控制與管理的綜合自動化階段。70年代，自動化的對象變?yōu)榇笠?guī)模、復(fù)雜的工程和非工程系統(tǒng)，涉及許多用現(xiàn)代控制理論難以解決的問題。

       自動裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用是在18世紀(jì)。自動化技術(shù)形成時(shí)期是在18世紀(jì)末～20世紀(jì)30年代。1788年英國機(jī)械師J.瓦特發(fā)明離心式調(diào)速器（又稱飛球調(diào)速器），并把它與蒸汽機(jī)的閥門連接起來，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。瓦特的這項(xiàng)發(fā)明開創(chuàng)了近代自動調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用的新紀(jì)元，對**次工業(yè)革命及后來控制理論的發(fā)展有重要影響。

       1833年英國數(shù)學(xué)家C.巴貝奇在設(shè)計(jì)分析機(jī)時(shí)首先提出程序控制的原理。1939年世界上**批系統(tǒng)與控制的專業(yè)研究機(jī)構(gòu)成立，為20世紀(jì)40年代形成經(jīng)典控制理論和發(fā)展局部自動化作了理論上和組織上的準(zhǔn)備。

       經(jīng)典控制理論這個名稱是1960年在**屆全美聯(lián)合自動控制會議上提出來的。1945年后由于戰(zhàn)時(shí)出版禁令的解除﹐出現(xiàn)了系統(tǒng)闡述經(jīng)典控制理論的著作。1945年美國數(shù)學(xué)家維納﹐N.把反饋的概念推廣到一切控制系統(tǒng)。50年代以后﹐經(jīng)典控制理論有了許多新的發(fā)展。經(jīng)典控制理論的方法基本上能滿足第二次世界大戰(zhàn)中軍事技術(shù)上的需要和戰(zhàn)后工業(yè)發(fā)展上的需要。但是到了50年代末就發(fā)現(xiàn)把經(jīng)典控制理論的方法推廣到多變量系統(tǒng)時(shí)會得出錯誤的結(jié)論。經(jīng)典控制理論的方法有其局限性。

       20世紀(jì)50年代末起至今是綜合自動化時(shí)期，這一時(shí)期空間技術(shù)迅速發(fā)展，迫切需要解決多變量系統(tǒng)的**控制問題。于是誕生了現(xiàn)代控制理論?，F(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展為綜合自動化奠定了理論基礎(chǔ)。同時(shí)微電子技術(shù)有了新的突破。1958年出現(xiàn)晶體管計(jì)算機(jī)，1965年出現(xiàn)集成電路計(jì)算機(jī)，1971年出現(xiàn)單片微處理機(jī)。微處理機(jī)的出現(xiàn)對控制技術(shù)產(chǎn)生了重大影響﹐控制工程師可以很方便地利用微處理機(jī)來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，使綜合自動化成為現(xiàn)實(shí)。“自動化（Automation）”是美國人D.S.Harder于1936年提出的他認(rèn)為在一個生產(chǎn)過程中，機(jī)器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運(yùn)就是“自動化”。

       自動化的行業(yè)現(xiàn)狀

       國外自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢是系統(tǒng)化、柔性化、集成化和智能化。自動化技術(shù)不斷提高光電子、自動化控制系統(tǒng)、傳統(tǒng)制造等行業(yè)的技術(shù)水平和市場競爭力，它與光電子、計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的融合和創(chuàng)新，不斷創(chuàng)造和形成新的行業(yè)經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，同時(shí)不斷提供新的行業(yè)發(fā)展的管理戰(zhàn)略哲理。

       如并行工程（CE）、敏捷制造（AM）等。數(shù)控技術(shù)于模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體和智能化；CAD/CAM系統(tǒng)面向產(chǎn)品的整個生命周期；自動控制內(nèi)容發(fā)展到對產(chǎn)品質(zhì)量的在線監(jiān)測與控制，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測、診斷和事故處理、生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控和設(shè)備之間的協(xié)調(diào)控制與連鎖保護(hù)，以及廠級管理決策與控制等；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)普遍以通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)；自動化控制產(chǎn)品正向著成套化、系列化、多品種方向發(fā)展；以自動控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、圖象顯示技術(shù)為一體的綜合性系統(tǒng)裝置成為國外工業(yè)過程控制的主導(dǎo)產(chǎn)品，現(xiàn)場總線成為自動化控制技術(shù)發(fā)展的**熱點(diǎn)；可編程控制器（PLC）與工業(yè)控制系統(tǒng)（DCS）的實(shí)現(xiàn)功能越來越接近，價(jià)格也逐步接近，國外自動控制與儀器儀表領(lǐng)域的前沿廠商已推出了類似PCS（Process Control System）的產(chǎn)品。

       世界自動化產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭迅猛。傳感器技術(shù)、開放式工業(yè)過程自動化系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術(shù)等自動化技術(shù)已形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，其中90年代傳感器在美國、日本的市場總銷售額已超過100億美元。

       自動化的未來展望

       現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對自動化技術(shù)提出越來越高的要求，同時(shí)也為自動化技術(shù)的革新提供了必要條件。70年代以后，自動化開始向復(fù)雜的系統(tǒng)控制和高級的智能控制發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用到國防、科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)等各個領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的自動化，例如大型企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)、全國鐵路自動調(diào)度系統(tǒng)、國家電力網(wǎng)自動調(diào)度系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、城市交通控制系統(tǒng)、自動化指揮系統(tǒng)、國民經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)等。自動化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域擴(kuò)展，如醫(yī)療自動化、人口控制、經(jīng)濟(jì)管理自動化等。自動化將在更大程度上模仿人的智能，機(jī)器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測等領(lǐng)域得到應(yīng)用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著效果。工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化和農(nóng)業(yè)自動化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。