自动化学科概论-第6章+总结

自动化学科概论第6章自动化学科（专业）发展自动化学科概论6.1自动化学科（专业）的特点6.2与其他学科（专业）的关系6.3自动化学科（专业）的发展前景第6章自动化学科（专业）发展结尾——课程简要总结第6章自动化学科（专业）发展6.1自动化学科（专业）的特点自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科，是当代高技术的集中体现与应用。自动化研究范围宽广，几乎无所不包。并且，随着其它技术的发展，将会越来越广。（1）学科特点（2）专业特点具有中国特色和创新。主要特点有：：*具有多学科交叉、内涵丰富、外延宽广的特点，因而利于培养宽口径、多面手、综合复合型人才；*得益于具有方法论性质的科学方法、科学思想的熏陶，思想更开阔、也更有深度，非常利于培养具有创新能力的人才；*突出系统与集成的思想、方法，有利于培养“将才”与“帅才”。在所有工科专业中，自动化专业学习的计算机知识仅次于计算机专业。在所有工科专业中，自动化专业需要的数学知识最多。常说：自动化专业基础面宽，需要学的知识多，并要求扎实。从而：学自动化专业的适应面宽、分配好，且工作容易取得成就。这符合大学改革的方向——宽基础、宽专业面第6章自动化学科（专业）发展6.2与其他学科（专业）的关系6.2.1与计算机学科（专业）的联系与区别6.2.2与信息类学科（专业）的联系与区别6.2.3与工程类学科（专业）的联系与区别交叉学科的集中体现自动化学科是一门多学科交叉、覆盖面非常宽的高技术学科，在自动化学科体系中包含了其他学科的交叉分支（如计算机学科、数学学科）。其它专业向自动化扩展以自动化或控制工程（技术）作为其专业名称一部分或后缀（如“电气工程及其自动化”专业、“机械设计制造及其自动化”专业、“过程装备与控制工程”专业、“农业机械化及其自动化”专业等）的专业数为8种，占全部专业数的3%强，占全部工学类专业数的11%多。自动化学科（专业）与其他相关学科（专业），尤其是与计算机类、信息类、工程类学科（专业）到底有哪些联系与区别？注：以“信息控制”类知识结构体系的自动化学科（专业）作为比较的基础。6.2.1与计算机学科专业的联系与区别控制器对象执行器传感器信号处理D/AA/D-+计算机（控制）广义的被控对象从计算机中心论的角度看自动化的负反馈闭环控制结构图（计算机）软件中心论者：计算机=自动化。认为各种自动化系统之间并无本质差别，相对于庞大的计算系统而言，控制算法只是一个很小的部分。控制中心论者：计算机=工具。认为自动化系统中的计算机仅是实现控制的工具。计算机不但是工具，本身也成为系统中的被控对象。以上两种观点虽各有偏颇，但说明了一个问题：计算机与自动化有不解之缘。权威的《中国计算机科学与技术学科教程2002》在论述计算机科学与技术学科的定义时这样说：“简单地讲，计算机科学与技术学科的根本问题是：什么能被（有效地）自动化。”计算机与自动化之间你中有我、我中有你，但两者的研究重点并不一样。从计算机研究的角度来看基本负反馈闭环控制，重点是在“控制与智能”与“计算与处理”两个知识域上。从自动化研究的角度来看基本负反馈闭环控制，重点是在反映自动化学科特点的“控制与智能”、“传感与检测”、“执行与驱动”、“对象与建模”、“系统与工程”等五个知识域。这就是计算机与自动化之间的同异（其中“控制与智能”知识域是交叉的）。6.2.2与信息类学科专业的联系与区别自动化科学技术与信息科学技术的关系：⑴自动化科学与信息科学同根、同源；⑵自动化技术涉及到信息技术中信息获取、信息传输、信息处理与信息应用四部分的全部，重点是在信息的控制应用和系统集成上；⑶自动化技术的作用是如何有效地利用信息来促进能量与物质的有效利用，自动化技术是信息与能量、物质之间的桥梁。+信息控制物质对象信息应用信息获取信息处理信息传输-充分表明，自动化科学技术与信息科学技术之间也是你中有我、我中有你。结合具体的各个信息类学科（专业），分析比较其与自动化学科（专业）的联系与区别。在“工学”学科门类下的“电气信息类”中，除了自动化专业、计算机科学与技术专业外，还包含了信息类专业中的电子信息工程专业、通信工程专业、电子科学与技术专业。从信息的角度，这三个信息类专业的重点（特点）是：⑴电子信息工程专业重点是应用微电子技术，研究各种信号的处理——信息处理；⑵通信工程专业重点是研究信息传输；⑶电子科学与技术专业重点是研究微电子科学与技术，而微电子技术是信息技术的主要基础，故常常被称为信息基础技术。自动化专业与电子信息工程、通信工程、电子科学与技术等其他信息类专业的区别十分明显。三个专业的重点分别是信息处理、信息传输和信息基础，属于自动化专业需要学习的内容，但均不属于自动化专业的重点内容。换言之，自动化专业人才与这三个专业人才的“通用性”远低于自动化专业人才与计算机专业人才之间的“通用性”。6.2.3与工程类学科专业的联系与区别自动化学科与其他学科、技术与应用领域之间联系紧密，是在与众多应用领域的相互推动下发展起来的。这众多应用领域包括机械制造系统、化工与冶金等过程系统、电厂与电力系统、交通运输系统、农业系统、生态系统等等。基础与交叉学科技术与工具自动化的理论、方法与技术众多应用领域支撑支持相互推动反映在高等教育中，国内的许多工程类专业近年纷纷以自动化作为专业名称的一部分。例如：⑴电气类：电气工程及其自动化专业、农业电气化与自动化专业；⑵机械类：机械设计制造及其自动化专业、农业机械化及其自动化专业。这两类四个专业有一个共同的特点，就是虽然以自动化作为其专业内容的一部分，但其重点并不在自动化上面，而是各有其自身专业的重点。如：⑴电气工程及其自动化专业是最典型的电气类专业，也称为强电类专业。其专业重点是电气工程，包括各种电机、发电设备、输配电系统等；⑵而机械设计制造及其自动化专业是最典型的机械类专业。其专业重点是机械设计与制造，涉及各种机械设备的设计与制造技术。以电气工程及其自动化专业为例，比较联系与区别：电气工程及其自动化专业的学习重点是电气工程（包括各种电机、发电设备、输配电系统等），学习自动化的目的是将“控制”和“自动化”作为手段与工具之一，学生往往把“控制”和“自动化”作为一种有用的技术去学（以便将来用），并不把它作为一门学问去深入研究。而对自动化专业学生来说，必须将自动化（科学与技术）作为一门学问，去深入地学，并在学习过程中去研究它。自动化专业也学习电气工程的有关强电知识（必修的有三相电路、电机等，选修的有发电设备、输配电系统等），但仅作为“控制”和“自动化”的手段与工具之一，或作为“控制”和“自动化”的对象之一。第6章自动化学科（专业）发展6.3自动化学科（专业）的发展前景6.3.1自动化学科（专业）发展面临的挑战6.3.2自动化科学技术的发展趋势6.3.3自动化高等教育的发展趋势6.3.1自动化学科专业发展面临的挑战在我国高等学校自动化学科（专业）的发展历史上，先后经历了四次（有的还在延续）大的挑战。第一次挑战：1952年刚设立自动化专业时，按苏联办学模式，各工科专业按行业划分——称为“行业性的专业”（如：对应着机械部、机械行业，有机械类专业；对应着电力部、电力行业，有电力类专业；对应着化工部、化工行业，有化工类专业等等）。而国内并没有形成“自动化”这个产业或行业，国家又从未设立过“自动化部”，挂靠、归属成了问题。没有主管部门，缺乏产业或行业支持，自动化专业只能“自谋生路”、“在夹缝中求生存”。第二次挑战：随后几十年的发展中，由于没有产业或行业背景，反而促使自动化专业逐步发展成为我国工科专业中专业面最宽的专业之一，培养的学生知识面宽、基础扎实、适应面宽，成为我国打破“行业性的专业”、第一个真正的“跨行业的专业”,走在了我国高等教育改革的最前列。但反过来，由于专业面宽，产业或行业针对性不强，又因此被人戏称为“万金油”专业，甚至被贬为“四不像”专业。第三次挑战：改革开放后，随着我国工业的迅猛发展和对宽口径人才需求的不断高涨，高等教育专业设置再次向美英体系靠拢，逐渐淡化专业，向“跨行业的专业”发展（专业总数从最多时的1343种逐步减少到目前的249种）。到2004年，全国已有239所学校设立了“自动化”专业，自动化专业已成为设置学校最多的专业之一。但由于美英等国从未设立过“自动化”专业（有关控制与自动化的科研与教学分散在相关的应用数学系及电气电子、机械、化工等系），我国的自动化专业能否与国际主流教育体制接轨受到了质疑。第四次挑战：尽管自动化专业被戏称为“万金油”专业，自动化专业能否与国际接轨受到质疑，但自动化专业作为具有中国特色的“跨行业的专业”受到了全国上上下下的认可和欢迎。在一片喜人的形势下，又带来了新问题、新挑战：各相关专业纷纷以自动化作为其专业名称的一部分（如“电气工程及其自动化”专业、“机械设计制造及其自动化”专业、“农业机械化及其自动化”专业等）。在这种新形势下，自动化专业如何保持自己的特色、保持自己的优势，不至于沦落为可有可无的陪衬，是当前自动化专业面临的真正的、也是最严峻的挑战。6.3.2自动化科学与技术的发展趋势“如果一门科学学科是真正有生命力的，它的引人兴趣的中心就必须而且应该随着岁月而转移，┅┅。因此，控制论科学家应该继续走向新的领域，应该把它的大部分注意力转移到近十年的发展新思想上去。”——维纳当前，自动化所处的环境与以往大为不同。大型系统和网络的规模和复杂程度已大大超出了控制的传统应用范围，发展为有着复杂的相互间联系和影响的物质和信息系统的庞大集合，研究的瓶颈已从处理系统的物理学特性转变为处理系统的复杂性。与此同时，自动化的各种新的应用机会也已明显出现。无所不在的分布式计算、通信和检测系统的出现使人们能方便地获得大量的信息和采用二十年前想象不到的方式和速度来处理这些信息。这对于实时控制来说是如此重要，这使得我们有可能研发出真正带有智能的机器，解决各类有着复杂联系和影响的物质和信息系统的控制与协调问题，从而将对物质世界的一切产生深远的影响。可以说，自动化科学与技术进入了又一个创新发展的黄金时期。6.3.3自动化高等教育的发展趋势自动化专业的发展理念与发展现状完全符合整个高等工程教育的改革方向与发展趋势。自动化专业：符合宽基础、宽口径专业设立的要求；符合淡化机、电等单机概念，突出含机、含电的系统概念；符合淡化“行业性的专业”，突出“跨行业的专业”的理念。为了进一步保持自动化学科（专业）的特色、优势，应该：进一步厚基础、宽口径，并向重（视）系统与管理的方向发展；进一步淡化机、电、计算机、通信等“单机”概念，突出含机、含电、含计算机、含通信网络的“复合”与复杂系统的概念；进一步淡化电气信息类的“自动化专业”的特征，向真正的“跨行业的专业”方向努力。培养出能处理各行各业复杂的系统问题的“系统集成者”，进一步满足经济、社会、科技发展的需求，为现代化建设做出新的贡献。自动化的明天一定更美好！自动化专业的明天一定更美好！自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科。研究内容宽、广，几乎无所不包。并且，伴随其它学科、技术的发展，研究内容越来越广。但：控制、信息、系统是其核心自动化学科知识体系中的核心知识是：控制与智能、对象与建模、系统与工程等三个知识领域，也是自动化学科与其它学科的最大区别。1、自动化研究的内容课程简要总结计算机能力：比不上计算机专业控制理论功底：比不上应用数学专业机械、电力知识：比不上机械专业、电力专业……自动化学科的能力在于系统从实际问题抽象出系统问题的分析能力自动化学科的能力在于集成对解决系统问题的综合能力2、自动化学科、专业的特点课程简要总结要有数学、信息科学技术的功底要有解决复杂问题的思路与能力要掌握科学的方法论最终目标：在大型（工程）项目中担当“系统集成者”的角色3、自动化专业学生的培养目标课程简要总结谢谢！请提宝贵意见！作者通信地址：东南大学自动控制系戴先中[e-mail]；浙江大学电气工程学院赵光宙[e-mail]。