1,自动化概论 An Introduction to Automation,四川大学电气信息学院自动化系制作 2014年6月完成,使用说明：本课件的制作目标主要是提供一个基本的讲授框架，使用者可在此基础上通过修改来体现自己的个性化内容和讲授方式2,设置该课程的目的与意义,使自动化及其他相关专业的学生全面了解自动化的基本概念、自动控制的基本原理和基本思想、自动化的应用状况、应用热点、前沿技术及发展趋势 自动化系统随处可见，自动化具有很强的渗透性和扩展性，自动化所蕴含的控制论思想和方法可应用于几乎所有领域，包括工程、社会、经济、管理等3,教材: 赵耀主编．自动化概论． 机械工业出版社，2014,主要参考书: 万百五主编．自动化（专业）概论．武汉理工大学出版社，2002． 戴先中，赵光宙．自动化学科概论．高等教育出版社，2006． 戴先中．自动化科学与技术学科的内容、地位与体系．高等教育出版社，2003．,4,主要参考书（续）: 周献中，盛安冬，姜斌．自动化导论．北京：科学出版社，2009． 汪晋宽，于丁文，张建．自动化概论．北京邮电大学出版社，2006． 陈虹．电气学科导论．机械工业出版社，2006． 肖登明. 电气工程概论（第二版）. 北京：中国电力出版社，2013.,5,第1章 自动化概述,6,本章内容,1.1 自动化的基本概念 1.2 自动化的作用与应用概况 1.3 自动化的历史、现状和发展趋势 1.4 自动化与信息技术 1.5 自动化与信息化,7,笼统地讲，自动化是利用机器、设备或装置代替人或帮助人自动地完成某个任务或实现某个过程。
1.1 自动化的基本概念,具体一点讲，自动化是在没有人的直接参与下，利用各种技术手段，通过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，使机器、设备等按照预定的规律自动运行，实现预期的目标，或使生产过程、管理过程、设计过程等按照人的要求高效自动地完成8,自动化系统举例,空调——自动调节房间温度（见下页图）： 以取暖为例，空调通过温度传感器检测房间的温度高低，空调控制器将检测的温度与设定值进行比较，若温度低于设定值的下限，则使压缩机运行，温度上升，温度上升到设定值的上限时则停止运行空调运行基于反馈信息（温度测量值），属于 “反馈控制”，最为常见9,空调系统的 构成图,10,全自动洗衣机：,按照设定的程序自动完成洗衣任务这是另一种典型的自动化工作方式——程序控制 高档的还能检测出洗衣量的多少、脏的程度、衣料的质地等，并根据这些信息自动进行分析计算，决定洗涤剂用量、水位高低、洗衣强度和洗衣时间等，从而实现“智能型”的全自动洗衣11,数控机床和数控加工中心：自动完成零部件的加工和处理,数控机床——计算机及控制技术与机械技术相结合，相当于给机床添加了“大脑”和“感觉器官”，赋予了“智慧”，可以完成难度更大的任务。
数控加工中心——带有刀具库和自动换刀装置的多功能数控机床，能自动完成多种工序和复杂形状的产品加工一种数控加工中心,12,战机对目标的自动化攻击：,现代战机在攻击目标时，可以在几十、甚至几百公里以外就将导弹发射出去，新型的导弹可以做到“发射后不管”，即在发射后能够自动搜寻、跟踪和击毁目标，是一种高度自动化的攻击方式战斗机发射导弹,战机的武器系统,13,计算机辅助设计（简称CAD， Computer Aided Design）：,综合运用计算机软、硬件及网络来实现产品设计过程的自动化 设计者只要输入相关数据（如产品的规格、功能、要求等），计算机就能完全自动地进行分析、计算和设计，并自动输出设计的结果 CAD广泛应用于服装、纺织、建筑、汽车、机械、造船、电子、航空航天等 广义的CAD还包括虚拟装配、计算机辅助制造、产品数据管理等内容14,波音787飞机的虚拟装配示意图,15,1.2 自动化的作用与应用概况,自动化使生产过程的效率更高、成本更低、产品质量更好、竞争力更强、对环境的影响和冲击更小、并能显著地降低能源和原材料消耗； 自动化使我们的生活与工作更加方便、高效、省心、省力； 自动化使我们能够做很多我们以前无法做的事情，如通过载人航天器翱翔太空、 “九天揽月”，借助无人潜水器探测深海，利用机器人处理危险品、爆炸物、核废料，利用人造卫星实现全球通信等；,16,机器延伸了人的四肢、计算机延伸了人的大脑，传感器及检测技术延伸了人的感官，通信技术延伸了人的神经传导和信息传递功能，而自动化则全面提升、取代和扩展了人的功能； 早期的自动化主要使人类从体力上获得了解放，现代的自动化则已发展为综合自动化，可以自动完成分析、设计、计算、优化、协调、决策等，从而使人不仅从体力上，也从脑力上获得了很大程度的解放； 自动化广泛应用于工业﹑农业﹑交通、国防﹑商业﹑医疗﹑航空航天、服务和家庭等各个领域。
17,自动化的常见应用类型,工厂自动化（Factory Automation） 包括生产设备、生产线、涉及过程、生产过程、管理过程等的自动化 通常由数控机床、数控加工中心、工业机器人、自动传送线、无人运输车、自动化仓库及 计算机监控中心等构成自动化生产线或自动化 工厂 管理过程自动化一般包含一个网络化的计算机信息管理系统，可实现全厂生产、财务、人事、技术与设备、售后服务等的自动化管理18,发展趋势：“管控一体化”或“综合自动化”,生产自动化与管理自动化的有机结合称为“管控一体化”或“综合自动化” ，可以实现从需求分析、产品预订、产品设计、产品生产到产品销售、用户信息反馈及售后服务等全方位的高水平自动化，从而最快速地对市场作出反应，最大限度地满足客户需求、提高生产效率、确保产品质量、减少原材料、能源等各种消耗19,“管控一体化”系统示意图,20,办公自动化（Office Automation，简称OA ）,利用计算机、扫描仪、复印机、机、机、网络设备、配套软件等各种现代化办公设备和先进的通信技术，高效率地从事办公业务，广泛、全面、迅速地收集、整理、加工、存储和使用各种信息，为科学管理和决策服务。
21,办公自动化通常有三个层次：,事务级OA，包括文字处理、电子排版、电子表格处理、文件收发登录、电子文档管理、办公日程管理、人事管理、财务统计、报表处理等； 信息管理级OA，在事务级OA的基础上，利用数据库技术进行信息管理，如各种政务信息的管理，企业对经营计划、市场动态、供销业务、库存统计等信息的管理等； 决策支持型OA，在信息管理级OA基础上，利用数据库提供的信息，由计算机执行决策程序，进行综合分析、作出相应的决策22,家庭自动化（Home Automation）,指家庭生活服务或家庭信息服务的自动化，如空调、洗衣机、照明控制系统、自动烹调装置、防盗系统、自动抄表系统、计算机网络等 高层次的家庭自动化利用中央微处理机及网络统一管理和控制所有的家电设备，既可以在家里通过键盘、触摸式屏幕、按钮等设备将指令发送至中央微处理机，也可以在外面通过、或互联网发出指令，获取工作状态的信息，接受提示或报警等23,家庭自动化系统示意图,24,楼宇自动化（Building Automation）,对建筑物中所有能源、机电、消防、安全保护设施等实行高度自动化和智能化的统一管理，以创造出了一个有适宜温度、湿度、亮度、空气清新、节能高效、舒适安全和方便快捷的工作或生活环境。
包含的子系统：空调与通风监控系统、给排水监控系统、照明监控系统、电力供应监控系统、电梯运行监控系统、综合防盗保安系统、消防监控系统、停车场监控系统等25,楼宇自动化系统示意图,26,交通自动化（Traffic Automation）,综合运用计算机、通信、检测、自动控制等先进技术，以实现对交通运输系统的自动化管理和控制 目标是安全、快捷、舒适、准点和经济 主要内容有交通状况的监控与管理、交通信息的提供与服务、运输系统的最优化运行与控制等 交通自动化正在走向智能化、信息化和综合自动化，如红绿灯自动优化配时、全球卫星定位系统、地理信息系统及综合监控系统等正迅速推广普及27,城市智能交通综合管理系统示意图,28,军事自动化（Military Automation）,核心是武器装备的自动化和军事指挥的自动化 传统的机械化战争正发展为信息化和自动化战争，谁胜谁负主要取决于信息化和自动化水平的高低，谁能够更快、更准确的获取信息，并在最短的时间里完成分析和决策，以最快的方式实施尽可能精确的打击，谁就掌握了战争的主动权 作战机器人、无人飞机、无人潜艇等各种智能型武器系统不断涌现，未来的战争将是智能机器与智能机器的较量，比的是自动化水平的高低和计算机、通讯、检测、控制等信息技术的优劣。
29,海陆空天一体的指挥体系,C4ISR系统:C4代表指挥，控制，通讯，计算机， “I”代表情报；“S”代表电子监听；“R”代表侦察C4ISR意为自动化军事指挥系统指挥Command、控制Control、通信 Communication、计算机computer、情报Intelligence、监视Surveillance、侦察Reconnaissance ⊙,30,31,我军新型隐形导弹艇,作战机器人,我军无人攻击机,美军F117隐形战斗轰炸机,32,我国“东风” 弹道导弹,美军“三叉戟” 弹道导弹,国产“雷霆”激光制导炸弹,,33,无人立体作战系统构想图,34,农业自动化（Agriculture Automation）,农业现代化的重要标志：大量应用自动化技术和现代信息技术 “精准农业”的概念：根据土壤肥力、墒情、苗情、杂草、病虫害等信息，自动地进行精确或精准的耕作、播种、施肥、灌溉、除草、喷洒农药、收割等作业，从而达到省力、高效、安全、节省资源和保护生态的目的35,日本基于GPS的无人驾驶自动插秧机,36,各种自动化农业机械,Autonomous rice transplanter,37,,奶牛养殖场在进行自动化挤奶,38,自动化的现代农业——温室大棚栽培系统,39,1.3 自动化的历史、现状和发展趋势,40,车箱内部设置有一套可自动离合的齿轮传动机构。
当车子行进中偏离正南方向，向东(左)转弯时，车辕前端向左移动，而后端向右(向西)移动，即将右侧传动齿轮放落，使车轮的转动能带动木人下方的大齿轮向右转动，恰好抵消车辆向左转弯的影响，使木人手臂仍指南方41,18世纪末发明蒸汽机及离心调速器 第一次工业革命 大规模使用机器系统,瓦特1788年发明蒸汽机及其反馈控制系统,42,蒸汽机时代的工厂,43,19世纪下半叶发明电、发电机及电动机 第二次工业革命（电气化） 大量采用电气控制装置,44,20世纪上半叶的“二战”、工业化及经典控制理论的成熟推动了自动化系统的广泛应用,诺伯特·维纳（Norbert Wiener）（1894.11.26—1964.3.18），美国应用数学家，控制论的创始人，1947年10月，维纳写出划时代的著作《控制论》，1948年出版后，立即风行世界维纳的深刻思想引起了人们的极大重视它揭示了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律；为现代科学技术研究提供了崭新的科学方法；它从多方面突破了传统思想的束缚，有力地促进了现代科学思维方式和当代哲学观念的一系列变革45,钱学森（1911.12.11－2009.10.31），世界著名科学家，空气动力学家，中国载人航天奠基人，中国科学院及中国工程院院士，中国两弹一星功勋奖章获得者，被誉为“中国航天之父”“中国导弹之父”“中国自动化控制之父”和“火箭之王”，由于钱学森回国效力，中国导弹、原子弹的发射向前推进了至少20年。
《工程控制论》,46,47,20世纪中叶发明计算机 在自动化系统中大量采用计算机——计算机化,古董计算机,现代工业控制计算机主板,48,世界上第一台计算机“ENIAC”于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生发明人是美国人约翰·阿塔那索夫（。