简述自动化的发展。

自动化技术的发展历史大致可以分为三个时期:自动化技术的形成、局部自动化和综合自动化。

社会的需求是自动化技术发展的动力。自动化技术是围绕着生产、军事装备的控制和航天工业的需要而形成和发展的。1788年,为了解决工业生产中提出的蒸汽机调速问题,J. Watt将离心调速器与蒸汽机的阀门连接起来,组成蒸汽机调速系统,使蒸汽机成为一种安全实用的动力装置。瓦特的发明开创了自动调节装置的研究和应用。在解决自动调节器稳定性的过程中,数学家们提出了判断系统稳定性的准则,积累了设计和使用自动调节器的经验。

20世纪40年代是自动化技术和理论形成的关键时期。为了解决火炮控制、鱼雷导航、飞机导航等技术难题,一批科学家逐渐形成了以单变量控制系统的分析和设计为主要内容的经典控制理论和方法。机械、电气和电子技术的发展为生产自动化提供了技术手段。1946年,美国福特公司的机械工程师D.S .哈德(D.S. Harder)首次提出用自动化一词来描述生产过程的自动化操作。第一个生产自动化研究部成立于1947。1952年,J. Diebold出版了第一本以自动化命名的《自动化》一书。他认为“自动化是分析、组织和控制生产过程的一种手段”。实际上,自动化是将自动控制应用于生产过程的结果。自20世纪50年代以来,自动控制作为提高生产率的重要手段得到了广泛应用。它在机械制造中的应用形成了机械制造的自动化;用于石油、化工、冶金等连续生产过程中,控制和管理大型生产设备,形成过程自动化。随着电子计算机的普及和应用,自动控制和信息处理相结合,出现了企业管理自动化。

从20世纪50年代末到60年代初,大量的工程实践,特别是航空航天技术的发展,涉及到大量的多输入多输出系统的最优控制问题,这些问题很难用经典控制理论来解决,于是产生了以极大值原理、动态规划和状态空间法为核心的现代控制理论。现代控制理论提供了发射第一颗人造卫星的控制手段,并保证了后续几个航天计划的实施(如导弹制导和航天器控制)。控制工作者考虑控制系统的内部结构是从过去只考虑控制系统的输入输出关系基于传递函数到状态空间方法的一个飞跃。

20世纪60年代中期以后,现代控制理论在自动化中的应用,特别是在航空航天领域。产生了一些新的控制方法和结构,如自适应随机控制、系统辨识、微分对策、分布参数系统等。与此同时,模式识别和人工智能也有所发展,智能机器人和专家系统应运而生。现代控制理论和计算机在工业生产中的应用,使生产过程的控制和管理向综合优化方向发展。

70年代中期,自动化的应用开始面向大型复杂系统,如大型电力系统、运输系统、钢铁合资企业、国民经济系统等。它不仅要求对现有系统进行优化控制和管理,还要求对未来系统进行优化规划和设计。现代控制理论和方法的应用已经无法取得应有的效果,因此大系统的理论和方法应运而生。20世纪80年代初,随着计算机网络的飞速发展,管理自动化取得了长足的进步,出现了管理信息系统、办公自动化和决策支持系统。与此同时,人类开始综合运用传感技术、通信技术、计算机、系统控制和人工智能等新技术和新方法来解决工厂自动化、办公自动化、医疗自动化、农业自动化以及各种复杂的社会和经济问题。先进的自动化系统如柔性制造系统、决策支持系统、智能机器人和专家系统得到了发展。

自动化技术的发展史,就是人类用自己的智能延伸和扩展器官功能的历史。自动化是现代科学技术和现代工业的结晶,它的发展充分体现了科学技术的综合作用。