信息时代的自动化技术

自动化技术的基本内容，包括自动控制、应用电子计算机的信息处理这两个技术分支。

当我们走进商场，会发现自动售货机在那里工作，以及自动电梯把顾客由一层送到另一层。在当今社会里，自动化技术几乎应用于每个领域，它使生产、管理效率大幅度提高，正在以惊人的速度改变着我们的社会。自动控制包括顺序控制和反馈控制。顺序控制的动作是一步一步地进

行的；反馈控制的特点是将操作结果连续地返回到控制回路输入端，并对所产生的结果不断进行修正，如各种飞行器、船舶等的舵机自动操纵装置。

实现自动化所用的自动机或自动控制系统，由感觉装置（或传感器、检测装置）、控制装置、调节机构以及能源等几个基本部分组成，这和人体本身的控制系统颇为相似。感觉装置相当于人的感觉器官，用它来检测或感受系统的内部及外部信息。控制装置相当于人脑，它的作用是：将由感觉装置所获得的信息进行加工处理，并作出决策和发出控制指令；调节装置相当于人的手和脚，用它来执行控制装置给出的控制指令，以实现对受控对象的控制、调节、操纵、管理和指挥。

自动化技术的由来：

自从 1768 年瓦特发明了蒸汽机以后，人类开始进入了使用机器的时代。蒸汽机借助于离心调速装置而使其本身的转速保持稳定。这种离心调速装置就是世界上最早的自动机。

劳斯和霍维茨分别于 1872 年和 1890 年找出了用系统特征方程的特征根所具有的负实部来判定系统稳定性的方法。

1932 年美国贝尔实验室工程师乃奎斯特发表文章阐明了系统稳定性的频率判断法则。

在第二次世界大战前后，自动控制理论有了很大的发展。如当时在高射火炮上装有能自动跟踪目标的伺服系统；在坦克火炮上装有能自动对准目标的稳定装置，等等。

从本世纪 40 年代开始，由于美国数学家维纳等人的努力，在自动调节、计算机、通信技术、仿生学以及其他科学互相渗透的基础上，出现了控制论。这是一门对自动化技术有着极大影响的边缘性学科，它阐明了自动机和生物机体中控制规律与通信的共同规律。即生物体的结构及其控制规律已或多或少地反映到自动化技术中来。维纳提出的反馈控制原理，至今仍然是控制理论中的一条重要规律。

1960 年前后，使得复杂的工业生产过程、航空及航天技术、社会经济系统等领域的自动控制面貌大为改观。第一个进展是数字计算机无论在多用途的科学计算机还是线计算上，都得到了广泛的应用。第二个进展是现代控制理论的诞生。1958 年，前苏联的庞德里亚金提出的极大值原理、美国的贝尔曼提出的动态规划方法，都可用来解决最优控制问题。为了用统计的方法更好地解决随机噪声和干扰问题，美国的卡尔曼在 1960 年提出了“卡尔曼滤波”理论。

现代控制理论内容广泛，它包含三个基本内容：线性系统分析、极大值原理与最优控制、卡尔曼滤波。

自动化技术的现状：

自动化技术现在已经广泛地应用于生产过程、科学研究、军事技术、社会经济管理和日常生活中。单机自动化已达到了很高的水平。如已经有

能够加工出工件比头发丝还要细得很多很多的微加工设备；有能够在每小时内印刷上万张印刷品的高速印刷自动校准装置。

世界上目前有成千上万的机器人在工作。先进的机器人有感觉装置，由计算机进行控制，能够根据内部和外部信息产生适应外界条件变化的控制作用，在完成复杂操作中具有适应外界条件变化的能力。例如能自动寻找复杂工件的焊缝以进行正确焊接，能根据需要自动装配产品的零部件。工业过程控制和文化过程控制等自动化生产现在也已从单机自动化发

展到全盘综合自动化，出现了柔性生产线、自动化车间和工厂。例如，日本的日野工厂是专门生产机器人和数控设备的工厂，其中有一个车间有 92

名工人和 101 台机械手，工人们在白天把程序编好，晚上完全由机械手来进行生产。

自动化技术在国防现代化建设中起着极其重要的作用。例如：高射火炮系统装有自动搜索、自动指挥和自动跟踪的系统；坦克车内装有自动测量目标、自动瞄准目标和自动发射炮弹的系统；战斗机和轰炸机上不仅装有自动驾驶仪，而且还装有发射导弹和控制导弹飞行的自动装置；在精确的制导武器上，装有能自动寻找目标并实行攻击的“自动寻的”设备，可使导弹的单发命中率提高 10～100 倍。

正是在制成了具有高度自动化技术水平的宇宙飞船之后，人类遨游月宫的幻梦才得以实现。

自动化系统可以根据搜集到的信息来产生管理的决策，并作出计划和进行指挥。现在办公自动化已经实现。至于把家庭生活中所用的气、水、电以及各种电气设备统统用计算机控制起来，实现家庭自动化，目前正在发展中。

自动化对人类社会的巨大影响：自动化对社会发展的影响是多方面的。

采用自动化技术可以大大提高劳动生产率，缩短生产周期，提高产品的质量和精度，节省原材料和能源，以及提高设备的利用率。实践证明，在连续生产中实现自动化以后，大致在减少一半生产人员之后还可以使劳动生产率提高一倍至二倍。除此之外，采用自动化还可以把某些原来无法实现的工艺过程付诸实施，变不可能为可能。

自动化技术的高度发展，促使社会的劳动力结构和经济结构发生了根本性的变化。在第一次工业革命中，在人们发明了动力机、传动机和加工机械等之后，人类开始进入工业社会。自动化技术的高度发展，使直接从事物质产品生产的传统工人的数量将大为减少；而与此同时，从事创造性劳动的第三产业人员，包括科学家、技术专家、教育家、艺术家、医生等的数量则将大大增多。自动化高度发展的结果，将使产业经济转向服务经济，而服务的主要内容是知识性服务。

自动化技术的发展将促进科学技术更快地发展。随着自动化技术的发展，扩大了科学技术研究的范围，提高了进行研究的效率和研究结果的准确度。另一方面，由于发展了自动化，使得从事创造性劳动和智力开发的第三产业人员增多，从而促进科学技术的更快发展。

自动化技术的发展趋势：

自动化技术的发展总趋是：更广泛地与各地现代化技术相结合、特别是与计算机技术及控制论结合，从物理活动的自动化向着信息活动的自动

化发展。

自动化技术是一门综合性技术，它和控制论、信息论、系统工程、计算机技术、电子学、液压气压技术等都有着十分密切的关系，而其中又以控制论和计算机技术对自动化技术的影响最大。

控制论是“关于在动物和机器中控制与通信的科学”。控制论发展的一个重要方面是对大系统控制的研究。大系统理论是 70 年代以来控制论发展的新分支，它继承和发展了自动控制理论、控制论和运筹学等学科，其主要内容包括大系统的分解和子系统的协调。前者研究如何将大系统分解为各自较为独立而又相互制约的子系统，并使各子系统实现最优化；后者则研究如何协调子系统，以便达到全系统的整体最优化。大系统是由众多相互作用的子系统、包括各种大规模生产和管理系统，各种部门以至整个国家的经济管理系统。例如大型钢铁厂、化工厂的多级计算机管理与控制系统；区域或全国性电力网、铁路、航空、城市交通的管理与控制系统；大型数据处理中心的情报、资料、档案的自动检索管理系统。

人类已经研制出能够模仿人的智力的智能自动机器。对于人工智能的研究，特别是对于用来代替人去完成各种劳动的智能机器人的研究，以及对于具有自学习、自组织、自适应、自修复的自动机的研究，已经引起了巨大的社会反响。第五代计算机是智能计算机，这类计算机能够代替人脑进行某些思维活动，能够根据人的命令自动编制某些程序以求出所需结果。

在军事方面，在一些发达国家的国防信息系统中，C3I 系统已经渗透到陆、海、空各军的各级智能机构中。C3I 系统是通信（Commum cation）、指挥（Command）、控制（Comtrol）和情报（inteligerce）系统的简称。这种系统是由自动控制系统、电子设备、其它设备以及人员共同组成的大规模人——机自动化指挥系统，它能够把国家最高统帅部和各级指挥机构乃至武器系统直接联系起来。有人认为，C3I 系统的出现，是继原子弹和氢弹之后的第三次军事革命。

工业自动化是自动化技术应用的一个最为重要的方向。其发展趋势如下：

①广泛地应用电子计算机。使用电子计算机进行全面生产管理和实行对生产过程的控制。电子计算机在工业自动化中不仅可以作为硬件而且也具有作为软件的功能；它不仅适用于局部系统，而巨也适用于整个系统。采用计算机辅助设计（CAD）和辅助制造（CAM）；用计算机进行原料产品的供、购、销规划以及管理信息加工处理；用计算机实现单机自动化、自动化生产线以及全盘自动化的控制。

②劳动密集的产业实现自动化。不仅在有害人体健康的恶劣劳动条件下的生产要实行自动化，而且对于那些费力、费人、费时的生产都要实行自动化。所谓无人化的工厂，并非真的连一个人也没有，只不过是所需人员已经大大减少罢了。

③向着柔性生产线的方向发展。由于计算机大量增多，其价格大幅度下降，其功能不断完善，于是在自动控制中计算机的使用越来越普遍；自动装置突飞猛进地发展，加之社会对产品的需求在不断变化，这样就促使工业自动化向着柔性生产线的方向发展。柔性生产线可使产品的生产周期缩短、生产效率提高、改型灵活、产品质量好且性能稳定，这样就使得经

济效益大幅度增长；对市场的应变能力增强，更适应于国际市场的竞争。