工业自动化方向介绍

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1、 1 工业自动化专业的培养方案和办学特色 1.引言 哈尔滨工业大学 “工业自动化专业”的发展经历了半个多世纪的光辉历程。 本 专业的前身 “ 工业企业 电气化 ” 专业创建于 1952 年， 是 国内创建最早 的自动化专业 。 当时，苏联援助我国兴建 156 个大型工业企业，急需电气自动化方面的工程技术人才，而培养这类专业技术人才，很符合当时以及随后我国工业建设的需要。到了 60 年代，专业名称改为“工业电气化及自动化”， 70 年代末恢复招生时又改为“工业电气自动化”专业。这不只是专业名称上的变化，而是有其深刻内涵的，它反映了我国工业从“电气化”一步一 步向“自动化”迈进的那段真实历史与发展

2、趋势 。 在这段历史时期里，本专业为推动我国“自动化”专业的发展做出了巨大贡献，并为国家输送了大量优秀人才，其中 原一汽集团总裁耿昭杰、中国工程院院士封锡盛、中共中央政治局常委李长春、神州六号飞船系统总指挥尚志 等 都相继毕业于本专业。 1993 年，全国第三次本科专业目录修订工作后，国家教委颁布了称之为“体系完整、比较科学合理、统一规范”的“普通高等学校本科专业目录”。将“工业电气自动化”和“生产过程自动化”两个专业合并成立属于电工类的“工业自动化”专业 。 经这次专业调整，进一步明 确了“工业自动化”专业与“自动控制”专业的“强弱电并重、软硬件兼顾、控制理论和实际系统相结合，面向运动控制、

3、过程控制和其他对象控制”的共同特点与培养目标，也基本确定了“工业自动化”专业偏重强电、偏重应用，“自动控制”专业偏重弱电、偏重理论的专业特点与分工格局。 1998 年，为适应国家经济建设对宽口径人才培养的需要，进一步合并专业，与国际“通才”教育接轨，国家教育部公布了经第四次修订的最新“普通高等学校本科专业目录”。 根据该 专业目录的要求，我校电气工程系的原 “ 电机 ” 、 “ 电器 ” 、 “ 电力系统及其自动化 ” 、 “ 工业自 动化 ” 、 “ 楼宇自动化 ” 等专业合并为 “ 电气工程及其自动化 ” 专业。合并后，电气工程系按照一个专业 统一 招生并根据宽口径专业的特点修订了培养计划

4、。现 行的 我校 “ 电气工程及其自动化 ” 专业本科生的教学计划，可用图 1 所示的课程结构图来简明地表示。 数学 、 物理 、 化学 、 外语 、 人文等理论基础课电路 、 电子技术 、 计算机组成技术 、 机械学基础技术基础课电机学 、 自动控制原理 、 电力电子技术 、 嵌入式系统 、 工业控制网络 、 检测与信息处理技术 、 计算机仿真技术 、 软件工程基础专业基础课工业自动化专业课电力传动自动控制系统 、 计算机控制 、 过程控制 、 现代控制理论 、 逻辑与可编程控制 、 数字系统仿真与 CAD 、 智能控制 、 计算机自动检测技术 、 F re esc al 单片机原理及应用

5、、 毕业设计1 4学期3 5学期5 6学期6 8学期图 1 电气工程及其自动化专业课程结构图 2 全部课程可划分为四大模块，前两个模块是几乎所有工科专业都要学习的公共基础课程，包括 在 大学 1 4 学期内安排的理论基础课和 3 5 学期内安排的技术基础课。第三个模块，是电气工程及其自动 化专业的专业基础课，一般在 5 6 学期 内安排 。 最后一个模块是电气工程系内各专业方向的专业课，一般在 6 8 学期内安排。不同的专业方向所开设的专业课程是不同的，上图给出了“工业自动化”专业方向的课程。因此该课程结构图严格地讲，是“工业自动化”专业方向的课程结构图。 为了让同学们更全面 了解本专业的情况

6、，本文第 2 部分将介绍本专业的培养方案，第 3部分将概括本专业的办学特色，第 4 部分将介绍本专业的师资情况和本科毕业设计的内容。 2.工业自动化专业的培养方案 工业自动化专业 主要研究的是自动控制的原理和方法，自动化单元技术 和集成技术及其在各类控制系统中的应用。它以自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业 ，就业领域非常宽广，学生在毕业后能从事自动控制、自动

7、化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作。 工业自动化专业 的培养目标是：本专业培养的学生应具备电工技术、电子技术、控制理论、自动 检测与仪表、信息处理、过程控制系统、计算机技术与应用以及网络技术等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识， 成为 能在运动控制、工业过程控制、检测与自动化仪表、电子与计算机技术、信息处理、管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人才，可在大、中型企事业单位以及科研院所等企事业单位从事相关的专业工作。 结合该目标，在“ 电气工程及其自动化”专业前三个课程模块的基础上，本专业方向开设了 9 门专业课，并负责完成本

8、专业学生的生产实习和毕业设计两大教学环节 ， 下面对 这些 教学环节给 予简要的介绍。 2.1 专业限选课 专业限选课为一个专业方向的核心专业课，本专业的 限选课是 电气传动自动控制系统。课程覆盖了电机拖动基础、直流电机拖动控制系统和交流电机拖动控制系统的内容，并综合运用电力电子技术、自动控制理论和计算机控制技术等学科知识。通过本课程 的目的是 使学生了解自动控制系统的基本概念， 培养学生系统分析与设计能力， 掌握常规自动控制系统的工程设计方法。该课程强调理论和实际相结合， 除课堂讲授外，该课程还包括 16 学时实验和 1 个综合性课程设计。 该课程的实验装置采用了国内最先进的电气传动教学实验

9、台（如 图2 所示） ； 课程设计 将变频调速技术与可编程控制技术相结合，结合 本专业自行研制的 变频调速系统教学实验台 （如图 3 所示），通过实际调试提高学生的综合设计和工程实践能力。该课程已于 2006 年被评为校优秀课程。 3 图 2 电气传动教学实验台 图 3 变频调速系统教学实验台 2.2 专业 荐选 课 下列 3 门 本专业的主要专业课，一般 推荐 本专业的学生选修。 现代控制理论 课程是专业基础课自动控制理论内容的延伸，通过该课程的学习可使学生掌握利用现代控制论中的状态空间法，描述和分析多输 入、多输出的复杂动态系统的方法和技能，从而建立起关于自动控制理论的完整的知识结构。 计

10、算机控制 课程主要讲述计算机控制系统的分析方法与设计方法。通过本课程的学习，使学生掌握计算机控制（即离散控制）的基本理论以及离散控制系统的分析和设计方法。离散系统 的控制 理论是自动控制理论的重要组成部分。该课程为今后在学习和工作中应用计算机控制技术打下了坚实的理论基础。该课程 除课堂讲授外，该课程还包括 12 学时实验 ，利用 功能强大的 计算机控制综合实验装置（如图 4 所示）及 自行研制的 单片机温度控制系统等装置（如图 5 所示）可开展丰富 多彩的计算机控制实验。 该课程 也 于 2007 年被评为校优秀课程。 图 4 计算机控制综合实验装置 图 5 单片机温度控制系统 逻辑与可编程控

11、制 课程主要讲授常用工业电器及其典型的控制电路、逻辑与可编程控制的基本理论，并结合 西门子 可编程控制器 学习系统设计和编程技术。可编程控制技术（也称 PLC），是工业自动化系统中应用最广泛的 、最实用的控制 技术 之一 。 以本专业下设的 “ 西门子自动化 与驱动实验室” 为依托，利用西门子提供的先进的可编程控制器，该课程开发了丰富的实验和课程设计装置（如图 6，图 7 所示），为培养学生的工程实践能力创造了良好的条件。 该课程于 2006 年被评为校优秀课程。 4 图 6 西门子 实验室 的 PLC 和传送带模型 图 7 气动机械手和交通灯控制模型 2.3 专业 任选 课 其余 5 门专业

12、课是任选课，可根据所需学分任意选修。 过程控制课程的任务是在了解、熟悉、掌握生产工艺流程与生产过程的静态和动态特性的基础上，根据工艺要求，应用控制理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系统。通过学习，不仅能达到解决过程控制工程中的一般问题，并具有分析和设计较复杂的过程控 制系统的能力 ， 为今后从事工厂自动化的设计奠定扎实的基础。 过程控制是自动化技术的典型应用领域之一。 控制系统数字仿真与 CAD 课程的目的在于使学生了解仿真技术的发展与应用现状；掌握仿真技术的基本原理与方法；掌握常用仿真工具（ MATLAB/SIMULINK）的基本原理与使用方法；通过对运动控制系统实际问题的分析与仿

13、真实验，了解与体会仿真技术在工程中的作用及意义；掌握基于 MATLAB/SIMULINK 仿真工具的控制系统工程设计与分析方法。 系统仿真技术是自动化技术的重要研究工具和设计手段。 智能控制 课程的主要 任务是培养学生掌握智能控制的基本概念，明确智能控制与经典控制之间的关系；熟练掌握模糊逻辑的有关概念和运算规则，模糊推理的方法；熟练掌握模糊逻辑器的基本结构及其设计过程；通过应用实例掌握模糊逻辑器的应用。 智能控制是现代控制技术的重要发展趋势之一。 计算机自动检测技术 课程的 基本内容是研究在计算机参与的条件下自动测试所遇到的一些新问题。期望通过本课的学习，能使学生较为全面的了解计算机自动测试技

14、术的基本概念、典型方法和应用形式，并为从事自动测试系统和设备的设计工作打下必要的基础。 Freescal 单片机原理及 应用 是本专业与“ Freescal 联合实验室”合作开设的以项目设计为主的课程。主要内容是利用 Freescal 单片机及该公司提供的 电动车模，构建能自主运动的智能控制系统，以实现轨迹跟踪等任务。 2.4 生产实习和毕业设计 生产实习是学生理论联系实际，教学与生产实际相结合的重要实践性教学环节。本专业生产实习的的目的是使学生了解若干典型生产机械的结构、运动规律及其对电气控制系统的要求，了解、学习工业控制中各种常用电器元件及设备，了解、学习电气控制系统的设计、安装和调试过程

15、，了解工厂供电系统。在实习中通过参观一 些与专业相关的有代表性的工厂、研究所中自动化程度较高的生产设备，使学生开阔眼界，拓宽知识面，同时了解工厂组织系统及生产管理方面的情况，为学好专业课积累必要的感性知识，为今后从事工业自动化工作打下良好的基础。我专业的实习时间为 3 周，其中 1 周在长春第一汽车制造厂实习（图 5 8）。我专业实习内容丰富，实习组织周密，每组均配置喊话器，以保证参观效果（图 9）。 图 8 实习同学在一汽厂门前合影 图 9 实习同学在听技术人员现场讲解 毕业设计 是 本科阶段最重要的教学环节之一。毕业设计的目的是培养学生 综合运用所学知识分析、解决本专业领域工程技术问题的能

16、力；培养学生独立自学能力，进一步深化、扩展所学知识；使学生受到工程师的基本训练，即工程设计、科学研究的初步能力。本专业教师的科研领域广泛，使他们指导毕业设计的题目丰富多彩， 涉及 到自动化技术的 许多 领域 ，对于开阔学生视野、提高综合设计能力非常有利 。 本专业非常重视本科生的毕业设计，并尽可能为同学们提供先进、实用的设计题目和良好的工作条件， 关于 毕业设计题目的介绍详见本文第 4 部分。 3.工业自动化专业的 办学特色 在半个多世纪的发展历程中， 工业自动化专业的 几代教职员 工 紧密结合国家发展的需要，不断探索新的办学思路，继承和发扬本专业的学以致用的优良传统，已形成了以下四个鲜明的 办学特色 。 第一， 优良的教学传统 。 重视教学、研究教学、发展教学是本专业的办学传统，从而形成了一