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控制和自動化的展望河南科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院引言我國發(fā)展戰(zhàn)略：信息化與工業(yè)化同步發(fā)展，以信息化帶動工業(yè)化。自動化技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個國家在高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。自動化是一門跨學(xué)科的綜合性技術(shù)：控制論信息論系統(tǒng)工程計算機技術(shù)電子技術(shù)通信技術(shù)內(nèi)容提要計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)機器人應(yīng)用于生產(chǎn)和社會生活的各方面高速列車和太空飛行器的智能控制虛擬現(xiàn)實技術(shù)巡航導(dǎo)彈和預(yù)警飛機數(shù)字地球與機敏傳感網(wǎng)絡(luò)……6.1計算機集成制造系統(tǒng)ComputerIntegratedManufacturingSystem企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營全過程計算機化的綜合自動化系統(tǒng)CIMS涉及的自動化技術(shù)數(shù)控技術(shù)計算機輔助設(shè)計(CAD)與計算機輔助制造(CAM)立體倉庫與自動化物料運輸系統(tǒng)自動化裝配與工業(yè)機器人計算機輔助生產(chǎn)計劃制定計算機輔助生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度質(zhì)量監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)辦公自動化與經(jīng)營輔助決策計算機集成制造系統(tǒng)的初始概念CIMS效益：（1）降低生產(chǎn)成本；（2）提高生產(chǎn)效率；（3）提高生產(chǎn)的柔性；（4）增強產(chǎn)品對市場的適應(yīng)性；（5）提高產(chǎn)品質(zhì)量；（6）減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和庫存；（7）增加企業(yè)員工對企業(yè)的滿足感；（8）增加用戶滿意度。6.1計算機集成制造系統(tǒng)6.1計算機集成制造系統(tǒng)CIMS發(fā)展趨勢以“數(shù)字化”為發(fā)展核心。設(shè)計、控制、管理?！熬芑睂⒊蔀榘l(fā)展關(guān)鍵。“極端條件”下的產(chǎn)品設(shè)計、制造能力。以“自動化”技術(shù)為發(fā)展前提。以“集成化”為發(fā)展的方法。技術(shù)集成、企業(yè)集成。以“網(wǎng)絡(luò)化”為發(fā)展道路?！爸悄芑笔前l(fā)展方向。“綠色制造”是發(fā)展的必然趨勢。6.2機器人應(yīng)用于生產(chǎn)和社會生活的各方面工業(yè)機器人農(nóng)業(yè)機器人服務(wù)機器人軍事機器人救災(zāi)機器人醫(yī)療機器人……機器人涉及的自動化技術(shù)（1）變結(jié)構(gòu)控制與學(xué)習(xí)控制變結(jié)構(gòu)滑動?？刂埔恢笔菣C器人控制研究的重點，因其直觀上的合理性而得到特別的重視。自適應(yīng)滑動?？刂频刃碌姆椒▽鹘y(tǒng)的方法做了重要的改進。（2）機器視覺與機器智能如何獲取場景和目標(biāo)的圖像信息，并把其處理成機器能夠理解的特征或模式，是機器智能中非常困難的研究課題。（3）智能控制與信息融合室外智能移動機器人所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括移動機器人的控制體系結(jié)構(gòu)、機器人視覺信息的實時處理、車體的定位系統(tǒng)、多傳感器信息融合技術(shù)，以及路徑規(guī)劃技術(shù)與車體控制技術(shù)等。機器人涉及的自動化技術(shù)變結(jié)構(gòu)控制與學(xué)習(xí)控制。變結(jié)構(gòu)滑動?？刂埔恢笔菣C器人控制研究的重點，因其直觀上的合理性而得到特別的重視。自適應(yīng)滑動?？刂频刃碌姆椒▽鹘y(tǒng)的方法做了重要的改進。機器視覺與機器智能。如何獲取場景和目標(biāo)的圖像信息，并把其處理成機器能夠理解的特征或模式，是機器智能中非常困難的研究課題。智能控制與信息融合。室外智能移動機器人所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括移動機器人的控制體系結(jié)構(gòu)、機器人視覺信息的實時處理、車體的定位系統(tǒng)、多傳感器信息融合技術(shù)，以及路徑規(guī)劃技術(shù)與車體控制技術(shù)等。6.2機器人應(yīng)用于生產(chǎn)和社會生活的各方面高速列車簡介

采用交流傳動技術(shù)，流線型頭形、輕量化鼓形車體、動力學(xué)性能較好的小輪徑動力車轉(zhuǎn)向架等，架裝了導(dǎo)流板，而控制系統(tǒng)采用MITRAC分布式微機控制裝置等，使該車組技術(shù)性能進一步完善和提高。我國高速“和諧號”列車，時速達400多km/h。磁懸浮高速列車已在上海運行，最高速每小時430km。6.3高速列車的智能控制6.3高速列車的智能控制CRH380A型高速動車組高速度：持續(xù)運行速度350km/h，最高運營速度380km/h，最高試驗速度486.1km/h。

高安全：臨界速度550km/h，脫軌系數(shù)、輪軸橫向力、構(gòu)架橫向加速度和車體振動加速度等指標(biāo)遠低于限度標(biāo)準(zhǔn)。

高舒適：在時速350公里時，車內(nèi)噪聲小于68dbA，車內(nèi)壓力變化200Pa/s，運行平穩(wěn)性和舒適度均在優(yōu)級范圍內(nèi)。

高節(jié)能：輕量化和低運行阻力，高再生制動功率利用率，人均百公里能耗僅4.6kWh。6.3高速列車的智能控制列車運行控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢隨著計算機技術(shù)（Computer）、通信技術(shù)（Communication）和控制技術(shù)（Control）的飛躍發(fā)展，綜合利用3C技術(shù)給列車控制系統(tǒng)帶來很好的發(fā)展機遇。未來的列車運行控制系統(tǒng)將是以3C為基礎(chǔ)的綜合信息技術(shù)的集成系統(tǒng)。軌道交通列車運行控制系統(tǒng)組成列車自動防護系統(tǒng):ATP（AutomaticTrainProtection，ATP）子系統(tǒng)的主要功能是通過車載ATP系統(tǒng)和地面設(shè)備間的信息傳輸，來實現(xiàn)列車的安全間隔控制、超速防護及車門控制,保證行車安全。列車自動運行系統(tǒng):ATO(AutomaticTrainOperation，ATO)子系統(tǒng)主要完成站間自動運行、列車速度調(diào)節(jié)和進站定點停車,并能接受控制中心的運行調(diào)度命令,實現(xiàn)列車的運行自動調(diào)整。列車自動監(jiān)控系統(tǒng):ATS(AutomaticTrainSupervision，ATS)子系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)控列車運行狀態(tài),采用軟件方法實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)、通信及列車運行管理自動化。6.3高速列車的智能控制軌道交通列車運行控制系統(tǒng)組成示意圖6.3高速列車的智能控制點式自動列車運行控制系統(tǒng)示意圖6.3高速列車的智能控制連續(xù)式自動列車運行控制系統(tǒng)工作原理圖6.3高速列車的智能控制CTCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖6.3高速列車的智能控制建立全路客運專線統(tǒng)一的綜合調(diào)度中心，中心按客運通道設(shè)置調(diào)度區(qū)，調(diào)度區(qū)直接指揮各條專線日常運輸生產(chǎn)，并遠程控制基層設(shè)備，各專業(yè)調(diào)度臺向基層站段發(fā)布調(diào)度命令，基層站段受令后組織實施。6.3高速列車的智能控制調(diào)度中心按通道進行建設(shè)，各條線上的綜合調(diào)度中心，指揮日常運輸生產(chǎn)，它以行車為核心，圍繞安全、正點，通過各專業(yè)調(diào)度臺，向基層站段發(fā)布調(diào)度命令。而基層站段受令后按調(diào)度中心的命令，組織實施。

6.3高速列車的智能控制6.3高速列車的智能控制6.3高速列車的智能控制運輸計劃子系統(tǒng)。編制列車運行計劃、動車底運用計劃和乘務(wù)員運用計劃，統(tǒng)計分析列車運行情況。列車運行調(diào)度子系統(tǒng)。完成列車運行的實時調(diào)度指揮，包括按計劃組織行車和編制調(diào)整計劃并組織行車、列車運行監(jiān)視追蹤及臨時限速的設(shè)置等功能。動車組調(diào)度子系統(tǒng)。掌握動車組及乘務(wù)員的基本情況，執(zhí)行動車組運用和乘務(wù)計劃，指揮動車組運用、檢修及備用。電力調(diào)度子系統(tǒng)。與列車運行調(diào)度、運輸計劃調(diào)度、綜合維修與救援系統(tǒng)相配合，保證正常供電及維修斷電。綜合維修調(diào)度子系統(tǒng)。統(tǒng)一安排線路、供電系統(tǒng)和通信信號系統(tǒng)等固定設(shè)施維修計劃并管理日常維修工作。旅客服務(wù)調(diào)度子系統(tǒng)。為旅客提供更高品質(zhì)、更具人性化的服務(wù)。包括列車上的旅客特殊服務(wù)、突發(fā)事件情況下的旅客疏運和安置等。安全監(jiān)控調(diào)度子系統(tǒng)。監(jiān)測、分析列車運行環(huán)境主要災(zāi)害和關(guān)鍵行車設(shè)施狀況，對災(zāi)害或安全隱患進行預(yù)警和處理。應(yīng)急救援子系統(tǒng)。應(yīng)急方案的制定、發(fā)布及組織實施。6.3高速列車的智能控制關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)集成技術(shù)運行圖編制運營計劃制定運行管理動車組運用管理規(guī)章配套技術(shù)設(shè)備維護管理車站作業(yè)管理安全防災(zāi)系統(tǒng)系統(tǒng)測試技術(shù)系統(tǒng)維護技術(shù)6.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)6.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，VR)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。使用者進行位置移動時，電腦可以立即進行復(fù)雜的運算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。該技術(shù)集成了計算機圖形(CG)技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計算機技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。常用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)：（1）飛行仿真系統(tǒng)（2）作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)（3）與虛擬生物對話（4）用于遙控機器人的遙現(xiàn)技術(shù)動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具、系統(tǒng)集成技術(shù)

虛擬現(xiàn)實涉及的自動化關(guān)鍵技術(shù):

6.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)6.5巡航導(dǎo)彈和預(yù)警飛機巡航導(dǎo)彈是導(dǎo)彈的一種,即主要以巡航狀態(tài)在稠密大氣層內(nèi)飛行的導(dǎo)彈。巡航狀態(tài)指導(dǎo)彈在火箭助推器加速后，主發(fā)動機的推力與阻力平衡，彈翼的升力與重力平衡，以近于恒速、等高度飛行的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，單位航程的耗油量最少。其飛行彈道通常由起飛爬升段、巡航（水平飛行）段和俯沖段組成。它依靠噴氣發(fā)動機的推力和彈翼的氣動升力。6.5巡航導(dǎo)彈和預(yù)警飛機巡航導(dǎo)彈及其測控系統(tǒng)在翼式導(dǎo)彈和無人駕駛遙控飛機的基礎(chǔ)上，利用紅外成像技術(shù)、精密制導(dǎo)技術(shù)、隱形技術(shù)，配之以先進的集成電路、微型計算機等，研制出小巧、機動靈活、精度高、成本低的低空突防武器——巡航導(dǎo)彈。巡航導(dǎo)彈在現(xiàn)代戰(zhàn)爭特別是局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要作用。

6.5巡航導(dǎo)彈和預(yù)警飛機6.5巡航導(dǎo)彈和預(yù)警飛機預(yù)警飛機又稱空中指揮預(yù)警飛機(AirEarlyWarning，AEW）是為了克服雷達受到地球曲度限制的低高度目標(biāo)搜索距離，同時減輕地形的干擾，將整套遠程警戒雷達系統(tǒng)放置在飛機上，用于搜索、監(jiān)視空中或海上目標(biāo)，指揮并可引導(dǎo)己方飛機執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的飛機。機載預(yù)警系統(tǒng)中的自動化技術(shù)：有源相控陣?yán)走_技術(shù)陣列信號、空時二維信號處理技術(shù)機載環(huán)境下光學(xué)探測及圖像處理技術(shù)多目標(biāo)跟蹤與多傳感信息融合技術(shù)敵我識別技術(shù)機載并行計算機技術(shù)態(tài)勢評估、威脅評估和戰(zhàn)斗輔助決策指揮技術(shù)導(dǎo)航技術(shù)6.5巡航導(dǎo)彈和預(yù)警飛機6.6數(shù)字地球與機敏傳感網(wǎng)絡(luò)6.6數(shù)字地球與機敏傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)字地球（digitalearth），是美國副總統(tǒng)戈爾于1998年1月在加利福尼亞科學(xué)中心開幕典禮上發(fā)表的題為“數(shù)字地球：認識二十一世紀(jì)我們所居住的星球”演說時，提出的一個與GIS、網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實等高新技術(shù)密切相關(guān)的概念。對地球的三維多分辨率表示、它能夠放入大量的地理數(shù)據(jù)。關(guān)于整個地球、全方位的GIS與虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)字地球要解決的技術(shù)問題，包括計算機科學(xué)、海量數(shù)據(jù)存貯、衛(wèi)星遙感技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)、互操作性、元數(shù)據(jù)等。6.6數(shù)字地球與機敏傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ)信息高速公路和計算機寬帶高速網(wǎng)高分辨率衛(wèi)星影像空間信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施大容量數(shù)據(jù)存貯及元數(shù)據(jù)科學(xué)計算可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)數(shù)字地球中的"3S"技術(shù)空間定位技術(shù)(GPS)遙感技術(shù)(RS)地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)集成技術(shù)自動化專業(yè)特點與知識體系自動化學(xué)科特點自動化學(xué)科是一門多學(xué)科交叉的高技術(shù)學(xué)科，是當(dāng)代高技術(shù)的集中體現(xiàn)與應(yīng)用。自動化研究范圍寬廣，幾乎無所不包。并且，隨著其它技術(shù)的發(fā)展，將會越來越廣。自動化專業(yè)特點具有中國特色和創(chuàng)新。具有多學(xué)科交叉、內(nèi)涵豐富、外延寬廣的特點，因而利于培養(yǎng)寬口徑、多面手、綜合復(fù)合型人才；得益于具有方法論性質(zhì)的科學(xué)方法、科學(xué)思想的熏陶，思想更開闊、也更有深度，非常利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才；突出系統(tǒng)與集成的思想、方法，有利于培養(yǎng)“將才”與“帥才”。自動化專業(yè)特點與知識體系自動化專業(yè)基礎(chǔ)面寬，需要學(xué)的知識多，并要求扎實。在所有工科專業(yè)中，自動化專業(yè)需要的數(shù)學(xué)知識最多。在所有工科專業(yè)中，自動化專業(yè)學(xué)習(xí)的計算機知識僅次于計算機專業(yè)。學(xué)自動化專業(yè)的適應(yīng)面寬，且工作容易取得成就。這符合大學(xué)教育改革方向——寬基礎(chǔ)、寬專業(yè)面

自動化學(xué)科（專業(yè)）與其他相關(guān)學(xué)科（專業(yè)），尤其是與計算機類、信息類、工程類學(xué)科（專業(yè)）到底有哪些聯(lián)系與區(qū)別？自動化專業(yè)特點與知識體系交叉學(xué)科的集中體現(xiàn)自動化學(xué)科是一門多學(xué)科交叉、覆蓋面非常寬的高技術(shù)學(xué)科，在自動化學(xué)科體系中包含了其他學(xué)科的交叉分支（如計算機學(xué)科、數(shù)學(xué)學(xué)科）。其它專業(yè)向自動化擴展以自動化或控制工程（技術(shù)）作為其專業(yè)名稱一部分或后綴（如“電氣工程及其自動化”專業(yè)、“機械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)、“過程裝備與控制工程”專業(yè)、“農(nóng)業(yè)機械化及其自動化”專業(yè)等）的專業(yè)數(shù)為8種，占全部專業(yè)數(shù)的3%強，占全部工學(xué)類專業(yè)數(shù)的11%多。與計算機學(xué)科專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別與計算機學(xué)科專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別

從計算機中心論的角度看自動化的負反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖

（計算機）軟件中心論者：計算機=自動化。認為各種自動化系統(tǒng)之間并無本質(zhì)差別，相對于龐大的計算系統(tǒng)而言，控制算法只是一個很小的部分?？刂浦行恼撜撸河嬎銠C=工具。認為自動化系統(tǒng)中的計算機僅是實現(xiàn)控制的工具。計算機不但是工具，本身也成為系統(tǒng)中的被控對象。與計算機學(xué)科專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別

以上兩種觀點說明了一個問題：計算機與自動化有不解之緣。

《中國計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程》在論述計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的定義時提到，“簡單地講，計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問題是：什么能被（有效地）自動化?！?/p>

計算機與自動化的研究重點不同。從計算機研究的角度來看基本負反饋閉環(huán)控制，重點是在“控制與智能”與“計算與處理”兩個知識域上。從自動化研究的角度來看基本負反饋閉環(huán)控制，重點是在反映自動化學(xué)科特點的“控制與智能”、“傳感與檢測”、“執(zhí)行與驅(qū)動”、“對象與建?！?、“系統(tǒng)與工程”等五個知識域。自動化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)類專業(yè)的關(guān)系自動化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的關(guān)系自動化科學(xué)與信息科學(xué)同根、同源；自動化技術(shù)涉及到信息技術(shù)中信息獲取、信息傳輸、信息處理與信息應(yīng)用四部分的全部，重點是在信息的控制應(yīng)用和系統(tǒng)集成上；自動化技術(shù)的作用是如何有效地利用信息來促進能量與物質(zhì)的有效利用，自動化技術(shù)是信息與能量、物質(zhì)之間的橋梁。自動化科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)類專業(yè)的關(guān)系

在“工學(xué)”學(xué)科門類下的“電氣信息類”中，除了自動化專業(yè)、計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)外，還包含了信息類專業(yè)中的電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。從信息的角度，這三個信息類專業(yè)的重點（特點）是：電子信息工程專業(yè)重點是應(yīng)用微電子技術(shù)，研究各種信號的處理——信息處理；通信工程專業(yè)重點是研究信息傳輸；電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重點是研究微電子科學(xué)與技術(shù)，而微電子技術(shù)是信息技術(shù)的主要基礎(chǔ)，故常常被稱為信息基礎(chǔ)技術(shù)。自動化專業(yè)與電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)等其他信息類專業(yè)的區(qū)別十分明顯：三個專業(yè)的重點分別是信息處理、信息傳輸和信息基礎(chǔ)，屬于自動化專業(yè)需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，但均不屬于自動化專業(yè)的重點內(nèi)容。與工程類學(xué)科專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別

自動化學(xué)科與其他學(xué)科、技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域之間聯(lián)系緊密，是在與眾多應(yīng)用領(lǐng)域的相互推動下發(fā)展起來的。這眾多應(yīng)用領(lǐng)域包括機械制造系統(tǒng)、化工與冶金等過程系統(tǒng)、電廠與電力系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等等。

與工程類學(xué)科專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別國內(nèi)的許多工程類專業(yè)近年紛紛以自動化作為專業(yè)名稱的一部分。例如：電氣類：電氣工程及其自動化專業(yè)、農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)；機械類：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)、農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)。上述四個專業(yè)雖然以自動化作為其專業(yè)內(nèi)容的一部分，但其重點并不在自動化上面，而各有其自身專業(yè)的重點：電氣工程及其自動化專業(yè)是最典型的電氣類專業(yè)，也稱為強電類專業(yè)。其專業(yè)重點是電氣工程，包括各種電機、發(fā)電設(shè)備、輸配電系統(tǒng)等；而機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是最典型的機械類專業(yè)。其專業(yè)重點是機械設(shè)計與制造，涉及各種機械設(shè)備的設(shè)計與制造技術(shù)。與工程類學(xué)科專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別與電氣工程及其自動化專業(yè)的聯(lián)系與區(qū)別：電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)習(xí)重點是電氣工程（包括各種電機、發(fā)電設(shè)備、輸配電系統(tǒng)等）；學(xué)習(xí)自動化的目的是將“控制”和“自動化”作為手段與工具之一，學(xué)生往往把“控制”和“自動化”作為一種有用的技術(shù)去學(xué)（以便將來用），并不把它作為一門學(xué)問去深入研究。而對自動化專業(yè)學(xué)生來說，必須將自動化（科學(xué)與技術(shù)）作為一門學(xué)問，去深入地學(xué)，并在學(xué)習(xí)過程中去研究它。自動化專業(yè)也學(xué)習(xí)電氣工程的有關(guān)強電知識（必修的有三相電路、電機等，選修的有發(fā)電設(shè)備、輸配電系統(tǒng)等），但僅作為“控制”和“自動化”的手段與工具之一，或作為“控制”和“自動化”的對象之一。自動化學(xué)科專業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)第一次挑戰(zhàn)：1952年剛設(shè)立自動化專業(yè)時，按蘇聯(lián)辦學(xué)模式，各工科專業(yè)按行業(yè)劃分——稱為“行業(yè)性的專業(yè)”（如：對應(yīng)著機械部、機械行業(yè)，有機械類專業(yè)；對應(yīng)著電力部、電力行業(yè)，有電力類專業(yè)；對應(yīng)著化工部、化工行業(yè)，有化工類專業(yè)等等）。而國內(nèi)并沒有形成“自動化”這個產(chǎn)業(yè)或行業(yè)，國家又從未設(shè)立過“自動化部”，掛靠、歸屬成了問題。沒有主管部門，缺乏產(chǎn)業(yè)或行業(yè)支持，自動化專業(yè)只能“自謀生路”、“在夾縫中求生存”。自動化學(xué)科專業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

第二次挑戰(zhàn)隨后幾十年的發(fā)展中，由于沒有產(chǎn)業(yè)或行業(yè)背景，反而促使自動化專業(yè)逐步發(fā)展成為我國工科專業(yè)中專業(yè)面最寬的專業(yè)之一，培養(yǎng)的學(xué)生知識面寬、基礎(chǔ)扎實、適應(yīng)面寬，成為我國打破“行業(yè)性的專業(yè)”、第一個真正的“跨行業(yè)的專業(yè)”,走在了我國高等教育改革的最前列。但反過來，由于專業(yè)面寬，產(chǎn)業(yè)或行業(yè)針對性不強，又因此被人戲稱為“萬金油”專業(yè)，甚至被貶為“四不像”專業(yè)。第三次挑戰(zhàn)改革開放后，隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展和對寬口徑人才需求的不斷高漲，高等教育專業(yè)設(shè)置再次向美英體系靠攏，逐漸淡化專業(yè)，向“跨行業(yè)的專業(yè)”發(fā)展（專業(yè)總數(shù)從最多時的1343種逐步減少到目前的249種）。全國多數(shù)學(xué)校均設(shè)立了“自動化”專業(yè)，自動化專業(yè)已成為設(shè)置學(xué)校最多的專業(yè)之一。但由于美英等國從未設(shè)立過“自動化”專業(yè)（有關(guān)控制與自動化的科研與教學(xué)分散在相關(guān)的應(yīng)用數(shù)學(xué)系及電氣電子、機械、化工等系），我國的自動化專業(yè)能否與國際主流教育體制接軌受到了質(zhì)疑。自動化學(xué)科專業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)第四次挑戰(zhàn)：盡管自動化專業(yè)被戲稱為“萬金油”專業(yè)，自動化專業(yè)能否與國際接軌受到質(zhì)疑，但自動化專業(yè)作為具有中國特色的“跨行業(yè)的專業(yè)”受到了全國上上下下的認可和歡迎。新問題、新挑戰(zhàn)：各相關(guān)專業(yè)紛紛以自動化作為其專業(yè)名稱的一部分（如“電氣工程及其自動化”專業(yè)、“機械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)、“農(nóng)業(yè)機械化及其自動化”專業(yè)等）。在新形勢下，自動化專業(yè)如何保持自己的特色、保持自己的優(yōu)勢，不至于淪落為可有可無的陪襯，是當(dāng)前自動化專業(yè)面臨的真正的、也是最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。自動化學(xué)科專業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)當(dāng)前，自動化所處的環(huán)境與以往大為不同。大型系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜程度已大大超出了控制的傳統(tǒng)應(yīng)用范圍，發(fā)展為有著復(fù)雜的相互間聯(lián)系和影響的物質(zhì)和信息系統(tǒng)的龐大集合，研究的瓶頸已從處理系統(tǒng)的物理學(xué)特性轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚硐到y(tǒng)的復(fù)雜性。與此同時，自動化的各種新的應(yīng)用機會也已明顯出現(xiàn)。無所不在的分布式計算、通信和檢測系統(tǒng)的出現(xiàn)使人們能方便地獲得大量的信息和采用二十年前想象不到的方式和速度來處理這些信息。這對于實時控制來說是如此重要，這使得我們有可能研發(fā)出真正帶有智能的機器，解決各類有著復(fù)雜聯(lián)系和影響的物質(zhì)和信息系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)問題，從而將對物質(zhì)世界的一切產(chǎn)生深遠的影響?？梢哉f，自動化科學(xué)與技術(shù)進入了又一個創(chuàng)新發(fā)展的時期。自動化教育的發(fā)展趨勢

自動化專業(yè)的發(fā)展理念與發(fā)展現(xiàn)狀完全符合整個高等工程教育的改革方向與發(fā)展趨勢。自動化專業(yè)：符合寬基礎(chǔ)、寬口徑專業(yè)設(shè)立的要求；符合淡化機、電等單機概念，突出含機、含電的系統(tǒng)概念；符合淡化“行業(yè)性的專業(yè)”，突出“跨行業(yè)的專業(yè)”的理念。為了進一步保持自動化學(xué)科（專業(yè)）的特色、優(yōu)勢，應(yīng)該：進一步厚基礎(chǔ)、寬口徑，向系統(tǒng)與管理的方向發(fā)展；進一步淡化機、電、計算機、通信等“單機”概念，突出含機、含電、含計算機、含通信網(wǎng)絡(luò)的“復(fù)合”與復(fù)雜系統(tǒng)的概念；進一步淡化電氣信息類的“自動化專業(yè)”的特征，向真正的“跨行業(yè)的專業(yè)”方向努力。培養(yǎng)出能處理各行各業(yè)復(fù)雜的系統(tǒng)問題的“系統(tǒng)集成者”，進一步滿足經(jīng)濟、社會、科技發(fā)展的需求，為現(xiàn)代化建設(shè)做出新的貢獻。自動化專業(yè)特點與知識體系自動化學(xué)科是一門多學(xué)科交叉的高技術(shù)學(xué)科。研究內(nèi)容寬、廣，幾乎無所不包。并且，伴隨其它學(xué)科、技術(shù)的發(fā)展，研究內(nèi)容越來越廣?？刂啤⑿畔?、系統(tǒng)是其核心。自動化學(xué)科知識體系中的核心知識是：控制與智能、對象與建模、系統(tǒng)與工程等三個知識領(lǐng)域，也是自動化學(xué)科與其它學(xué)科的最大區(qū)別。自動化專業(yè)特點計算機能力：比不上計算機專業(yè)控制理論功底：比不上應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)機械、電力知識：比不上機械專業(yè)、電力專業(yè)自動化學(xué)科的能力在于系統(tǒng)，從實際問題抽象出系統(tǒng)問題的分析能力。自動化學(xué)科的能力在于集成，對解決系統(tǒng)問題的綜合能力。自動化專業(yè)特點與知識體系

自動化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要有數(shù)學(xué)、信息科學(xué)技術(shù)的功底要有解決復(fù)雜問題的思路與能力要掌握科學(xué)的方法論最終目標(biāo)：在大型（工程）項目中擔(dān)當(dāng)“系統(tǒng)集成者”的角色。自動化專業(yè)知識體系與教學(xué)計劃自動化工程師基礎(chǔ)課程：數(shù)學(xué)、英語、物理等專業(yè)基礎(chǔ)：電路、電子技術(shù)等計算機類：微機原理與接口技術(shù)、單片機原理、嵌入式系統(tǒng)、DSP技術(shù)及應(yīng)用、高級語言程序設(shè)計、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、軟件技術(shù)基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等控制類：自動控制理論、現(xiàn)代控制理論、過程控制系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、電器控制與PLC等機電類：工程圖學(xué)、電機與拖動、數(shù)控技術(shù)等德育體育類：思想道德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)、毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論、馬克思主義基本原理、中國近現(xiàn)代史綱要、體育等實踐與創(chuàng)新類：課程實驗、課程設(shè)計、企業(yè)認知、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、科研訓(xùn)練等傳感控制執(zhí)行自動化學(xué)科、專業(yè)的知識體系與課程體系金字塔型知識結(jié)構(gòu)自動化學(xué)科的研究內(nèi)容自動化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的結(jié)構(gòu)框架圖自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)維納給出的負反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖采用計算機控制的典型自動化系統(tǒng)自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)從“反饋”與“控制”的角度看負反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)從信息與物質(zhì)、能量的角度來看基本的負反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)

用信息與物質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系來表示的負反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)從數(shù)字量與模擬量的角度看負反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)從子系統(tǒng)的角度看基本負反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)及其等效圖自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)典型的負反饋閉環(huán)控制中，包含了“反饋”與“控制”的概念；“信息”與“物質(zhì)、能量”的概念及其關(guān)系；數(shù)字量與模擬量的概念及其關(guān)系；系統(tǒng)、子系統(tǒng)的概念及其關(guān)系。即包含了自動化學(xué)科中的各個重要概念同時不難發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的與自動化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科有關(guān)的知識都能從上圖所示的典型負反饋閉環(huán)控制中反映出來，換句話說，完成一個基本系統(tǒng)的反饋控制需要用到幾乎全部自動化學(xué)科知識域中的知識（雖然只是每個知識域中的部分知識）。負反饋閉環(huán)控制中的各部分與相應(yīng)的知識領(lǐng)域的對應(yīng)關(guān)系

自動化學(xué)科的整個知識結(jié)構(gòu)框架自動化學(xué)科的整個知識結(jié)構(gòu)框架自動化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的三層知識結(jié)構(gòu)簡圖

知識體系由三層知識構(gòu)成，包括十個知識領(lǐng)域：基礎(chǔ)知識層：三個知識領(lǐng)域，

數(shù)理基礎(chǔ)、機電基礎(chǔ)、計算機基礎(chǔ)控制知識層：含六個知識領(lǐng)域，分別為傳感與檢測（或信息獲取）、網(wǎng)絡(luò)與通信（或信息傳輸）、計算與處理（或信息處理）、控制與智能（或信息控制）、執(zhí)行與驅(qū)動（或信息應(yīng)用）、對象與建模；系統(tǒng)知識層：含一個知識領(lǐng)域，系統(tǒng)與工程自動化學(xué)科的知識體系

十個知識領(lǐng)域中，

反映自動化學(xué)科特點的五個知識領(lǐng)域是：控制與智能、傳感與檢測、執(zhí)行與驅(qū)動、對象與建模、系統(tǒng)與工程等；

而控制與智能、對象與建模、系統(tǒng)與工程等三個知識領(lǐng)域則可視為自動化學(xué)科知識體系的核心知識，也是自動化學(xué)科與其它學(xué)科的最大區(qū)別。知識體系中各個知識領(lǐng)域包含的知識單元列舉如下：1）

“傳感與檢測”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：理化生等傳感器、檢測與診斷、遙測、遙感、抗干擾技術(shù)、測量信號處理、機器人感知等等；

2）“網(wǎng)絡(luò)與通信”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：通信原理、計算機網(wǎng)絡(luò)、多媒體、遙技術(shù)等等；3）“計算與處理”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：數(shù)字信號處理、圖像處理、模式識別、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計算算法基礎(chǔ)、并行處理、分布處理、軟件工程、搜索與推理等等；4）

“控制與智能”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：控制理論、穩(wěn)定性與魯棒性、可靠性與容錯、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制、人工智能、智能控制、人機控制等等；5）“執(zhí)行與驅(qū)動”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：機電汽液驅(qū)動與控制、自動化儀表、光機電一體化、各種遙控器、電力電子等等；

6）“對象與建?！敝R領(lǐng)域，包含的知識單元有：系統(tǒng)辨識與參數(shù)估計、各類系統(tǒng)建模技術(shù)、CAD仿真技術(shù)、電機原理與傳動、機械原理與結(jié)構(gòu)、機器人原理等等；7）“系統(tǒng)與工程”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)、離散事件系統(tǒng)、大系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、集成自動化系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、運籌學(xué)、最優(yōu)化、智能系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、多智能體等等。

三類不同的知識結(jié)構(gòu)與知識體系指導(dǎo)思想：針從不同的人才需求、不同的培養(yǎng)目標(biāo)，對同一專業(yè)劃分三類各有不同（各有側(cè)重、各有特色）的知識結(jié)構(gòu)與知識體系。不同類型的知識結(jié)構(gòu)與體系的劃分

自動化學(xué)科研究的不同層次，分別為：

“模型控制”，突出學(xué)科的數(shù)學(xué)特征；

“信息控制”，突出學(xué)科的信息特征；

“實體控制”，突出學(xué)科的工程特征。學(xué)科研究的不同層次反映了研究工作者不同的研究角度，將學(xué)科劃分為不同的研究層次可吸引更多的工作者從不同的研究角度來進行研究。

對于本科自動化專業(yè)教育，把不同的培養(yǎng)目標(biāo)與不同的研究層次聯(lián)系起來，從而得到適應(yīng)不同院校、不同專業(yè)設(shè)置需要的不同類型的知識結(jié)構(gòu)與體系，分別為：

“模型控制”類知識結(jié)構(gòu)與知識體系

“信息控制”類知識結(jié)構(gòu)與知識體系

“實體控制”類知識結(jié)構(gòu)與知識體系不同類的知識結(jié)構(gòu)體系與不同型的自動化專業(yè)之間的關(guān)系

模型控制類知識結(jié)構(gòu)體系信息控制類知識結(jié)構(gòu)體系實體控制類知識結(jié)構(gòu)體系研究主導(dǎo)型自動化專業(yè)研究應(yīng)用型自動化專業(yè)應(yīng)用主導(dǎo)型自動化專業(yè)“實體控制”類知識結(jié)構(gòu)與體系特點：工程的特點專門自動化的特點：如商業(yè)自動化、化工自動化、交通自動化，建筑自動化、電力自動化。

實體控制類知識結(jié)構(gòu)與體系“信息控制”類知識結(jié)構(gòu)與體系特點：信息的特點。學(xué)習(xí)信息科學(xué)技術(shù)的許多內(nèi)容，重點在信息的控制應(yīng)用上；

通識自動化的特點。帶有一定普遍性或共性的對象（機器、系統(tǒng)）的信息控制問題；系統(tǒng)的特點。通過“綜合”與“集成”的方法，學(xué)習(xí)從系統(tǒng)的觀點研究信息的控制；學(xué)科分類的特點。很大部分學(xué)生將讀研究生，因而在本科階段的后半期按研究生教育的學(xué)科分開設(shè)一些（二級）學(xué)科課程（稱之為專業(yè)方向課程）是通常的做法。

信息控制類知識結(jié)構(gòu)與體系

“模型控制”類知識結(jié)構(gòu)與體系特點：突出堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、堅實的控制理論基礎(chǔ)；突出對典型的控制系統(tǒng)進行抽象、加工、改造（使具有普適性）和分析的能力。

模型控制類知識結(jié)構(gòu)與體系

自動化專業(yè)對本科生的培養(yǎng)目標(biāo)是：自動化工程師或科學(xué)家的“雛形”或“毛坯”。

包含了兩重意思，或者說可分解成近期目標(biāo)與長遠目標(biāo)兩部分：①長遠目標(biāo)：使每一位學(xué)生將來都能成為自動化工程師或科學(xué)家；②近期目標(biāo)：通過四年自動化專業(yè)教育的培養(yǎng)，使每一位學(xué)生都具備自動化工程師或科學(xué)家的基本素質(zhì)、基本能力和基本完整的知識結(jié)構(gòu)。自動化專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)對自動化專業(yè)人才的

知識、素質(zhì)與能力要求綜合表總要求具體要求知識要求工具性知識、人文社會科學(xué)基礎(chǔ)知識、自然科學(xué)基礎(chǔ)知識、工程技術(shù)基礎(chǔ)知識、自動化專業(yè)知識。素質(zhì)要求思想道德素質(zhì)、科學(xué)素質(zhì)、文化素質(zhì)、身心素質(zhì)。能力要求獲取知識能力、應(yīng)用知識能力、創(chuàng)造知識（科研創(chuàng)新）能力。自動化專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)

“實體控制”類課程體系

針對生產(chǎn)過程自動化的參考課程結(jié)構(gòu)與體系注：考慮到生源與培養(yǎng)目標(biāo)的差異和制訂教學(xué)計劃的見仁見智，課程結(jié)構(gòu)與體系間的差別可能較大。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)時發(fā)現(xiàn)，自己所在的學(xué)校、專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)、體系與后面給出的參考體系有較大差別，一點也不奇怪。課程結(jié)構(gòu)一年級二年級三年級四年級秋季學(xué)期春季學(xué)期秋季學(xué)期春季學(xué)期秋季學(xué)期春季學(xué)期秋季學(xué)期春季學(xué)期通識教育課自然科學(xué)高等數(shù)學(xué)大學(xué)物理高等數(shù)學(xué)線性代數(shù)大學(xué)物理復(fù)變函數(shù)概率統(tǒng)計大學(xué)化學(xué)*數(shù)值分析*隨機過程*運籌學(xué)*信息基礎(chǔ)計算機文化程序設(shè)計語言多媒體技術(shù)*其他組（略）專業(yè)基礎(chǔ)課電工與電子電路模擬電子技術(shù)電磁場*數(shù)字電子技術(shù)信號與系統(tǒng)電力電子*機械與工程工程制圖機械原理計算機原理軟件技術(shù)微機原理工業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)PLC技術(shù)*單片機原理*嵌入式系統(tǒng)*控制基礎(chǔ)自動化概論自動控制原理現(xiàn)代控制理論檢測與傳感專業(yè)基礎(chǔ)實踐機械實習(xí)電路實驗電子實驗電子實驗自動控制實驗電力電子實驗微機原理實驗現(xiàn)代控制實驗檢測實驗專業(yè)課業(yè)基本控制自動化儀表過程系統(tǒng)辨識控制電機過程控制系統(tǒng)計算機控制運動控制系統(tǒng)*專業(yè)