自動化導論

自動化導論

自動化（Automation）是指機器設備、系統或過程（生產、管

理過程），在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經過

自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現預期的目標。對

自動化技術的研究有利于將人類從復雜、危險、繁瑣的勞動環境中

解放出來并大大提高工作效率。

自動化的概念起源于最早的自動控制，而最早的自動控制可以

追溯到公元前，如我國的指南車。對自動化的大量需求始于工業革

命時期：1978年瓦特改良蒸汽機，人類開始進入蒸汽機時代。它

借助于離心調速裝置而使其本身的轉速保持穩定。這種離心調速裝

置就是世界上最早的自動化機器。20世紀40年代，美國機械工程

師D.S哈德最早提出“自動化”一詞，并用來描述發動機氣缸的自

動傳送和加工的過程。在維納等人的努力下，通過對通信技術、計

算機、仿生學和自動調節各學科的整合，產生了控制論。20世紀

60年代，隨著工業生產過程日趨復雜，航空航天技術高速發展，

自動控制理論和自動化技術水平得到大大提高。而進入21世紀，

自動化技術進入了計算機自動設計的年代。

自動化作為一種行為，是通過自動控制系統實現的。系統是由

相互作用、相互聯系的若干個組成部分結合而成的具有特定功能的

整體。系統是一個廣義的概念，它無處不在，無時不有。大到宇宙，

小到一個原子都可以看成一個系統。系統可以是自然的，也可以是

人造的。自動控制系統是指能夠實現“自動化”任務的設備，它是

工程領域的人造系統。自動控制系統通常由控制部分和控制對象組

成。

一個典型的自動控制系統由以下不同功能的基本部分組成：

（1） 被控對象 指控制系統所要控制的設備或過程，它的

輸出就是被控量，而被控量總是與自動控制系統的

任務和目標緊密相連。

（2） 給定環節 產生給定輸入信號的環節。給定的輸入信

號通常與我們希望的被控量相關，它可以是一個定

制，對應的控制系統就是恒值控制系統，希望控制

系統的被控量穩定在一個固定值上；它也可以是一

個變量，對應的控制系統是隨動系統，希望被控量

跟隨給定輸入信號變化。

測量環節 隨時將被控制量檢測出來的裝置。 （3）

比較環節 其功能是將給定的輸入信號（被控制量的（4）

希望值）與測量環節得到的被控制箱實際值加以比

較。在這里涉及到自動控制的一個關鍵概念——反

饋。正是由于把被控制量反送至輸入端，在比較環

節中與被控制量的希望值進行比較，得到偏差信號，

自動控制系統才能得出如何去實現操作來消除或減

少這一偏差信號的決策。

（5） 控制環節 它的功能是根據偏差信號，決策如何去操

作被控對象，使被控量達到所希望的目標。這一環

節是自動控制系統實現有效控制的核心。

（6） 執行環節 安控制環節的控制決策，具體實施對控制

對象的操作。

自動控制技術的理論基礎是自動控制理論。它從三個方面對自動

控制系統進行研究和闡述：

（1） 系統的模型 系統物理形態的多樣性要求研究具體

系統時拋開它的物理屬性，即用系統的模型作為對

象來研究系統。把系統所處的狀態分為運動狀態和

靜止狀態。

（2） 系統的分析 給出了表示系統運動規律的數學模型，

就需要研究自動控制系統的特性，系統特性的分析

建立在系統數學模型的基礎上，自動控制理論有一

套定型或定量分析系統特性的方法。

（3） 控制系統的綜合 因為自動控制系統中的被控對象、

測量環節等都是確定的，可變的只有控制環節，所

以控制系統所應具有的結果組成只能落實到控制環

節中實現。這就是控制器的設計問題，是自動控制

系統設計的基礎。

自動化涉及的范圍及其廣闊，幾乎是無所不包。從深度來看，以

工業生產為例，小到一個普通的設備——如電機，大到企業的整個加

工、制造系統乃至整個生產過程，都可以是自動化的；從廣度來看，

涉及第二產業——工業自動化、第一產業——農業自動化、第三產業

——服務自動化，涉及的系統由人造系統和自然系統，涉及的過程有

生產過程、管理過程、決策過程等等。

我主要要談的是辦公自動化。隨著經濟基礎的自動化，依靠手工

辦公，已經遠遠不能滿足需要，辦公自動化應運而生。辦公自動化從

單機開始，應用復印機、傳真機等單項業務自動化設備代替手工抄文

件等繁雜的事務。20世紀80年代開始，計算機及計算機網絡的快速

發展，是辦公自動化真正得以實現。電子報表、電子郵件、計算機排

版系統、電子掃描儀等辦公自動化軟件和設備的開發使用，是文檔處

理、圖像處理高度自動化；計算機文字識別系統、計算機聲音處理系

統等更進一步地提高了文檔處理能力；計算機輔助設計是科技人員從

繁雜而簡單的勞動中解脫出來，去從事富有創新性的勞動；資料管理

系統，電子圖書等是獲取資料更加快捷、方便；計算機管理信息系統

匯集各方面的數據信息，為領導做出決策提供重要的依據；…….

當我們步入21世紀的時候，自動化技術又一次面臨著嚴峻的挑

戰。當前，自動化所處的環境和以前有很大的不同，大型系統和網絡

的復雜程度已經遠遠超過了控制的傳統范圍。當然，自動化科學技術

的各種新的應用機會也已明顯出現。無所不在的分布式計算、通信和

檢測系統的出現已創造了這樣的一種環境：一方面方便的獲得信息，

一方面快速處理這些信息。

展望未來，自動化領域的科學家們任務艱巨，因為需要更新的自

動化科學與技術的研究成果來使這些想法得以實現。

參考資料：

戴先中，趙光宙 《自動化學科概論》

周獻忠 《自動化導論（第二版）》