没有自动化,就没有现代化

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我们的祖先早就发明和使用过一些简单的自动装置,如我国古代用于自动计时的“铜壶滴漏”装置、用来记录车辆行驶距离的“记里鼓车”等。在人类几千年的生产过程中,人们希望用机器代替自己工作、使自己从繁重的体力劳动中解放出来的愿望从来没有停止过。而这一愿望的实现,依赖的正是自动化技术。

应用:自动化就在你身边

如果你仔细观察,就会发现自动化就在身边。家里用的洗衣机、电冰箱、空调,银行的自动取款机,商店里的自动售货机,交通调度用的红绿灯,农业上的农用温室、现代化粮库……无不涉及自动化。而当你走进一个现代化企业,无论是钢花四溅的钢铁厂,还是机器轰鸣的发电厂;不管是管道纵横的炼油厂、化工厂,还是高技术密集的电子加工厂,你会看到一个几千人甚至几万人的大企业中,真正从事第一线生产的人寥寥无几,从进料到生产、加工、包装全都自动进行。不知不觉间,你早已享受到了自动化带来的便捷。

简单地说,自动化研究的是如何让机器来替代人工作的一项技术。高水平自动化的标志是不仅可以部分或全部代替人的体力劳动,而且可以部分代替人的脑力劳动,也即“人工智能”。除此之外,自动化装置和系统还可以完成人类无法直接完成的任务,如核辐射、爆炸等危险场合的作业,海底作业,卫星运行中的控制等。从这个意义上来说,自动化技术不仅替代了人手的功能,还延伸了人脑的功能。

自动化究竟是如何实现的?我们来看日常生活中的一个例子。当你打算去拿桌上的杯子时,首先肯定要用“眼睛”判断一下杯子的位置与自己的距离,然后“大脑”命令“手”做出动作,向减少这个距离的方向移动。在此过程中,“眼睛”不断“检测”手和杯子的距离,并把这个距离偏差传递给“大脑”。“大脑”就依据接收到的信息作出判断,及时调整“手”的动作,直到拿到杯子。上述过程可用图1表示。

这实际上是一个经典的反馈控制过程。如果你被蒙住了眼睛,那么图中的反馈就无法形成,你拿杯子这个过程就“运行”不顺畅了。而类似的让机器来完成拿杯子的反馈控制过程,就是自动化。对应图1,一个自动化系统的组成可以大致用图2来表示。

控制器就好比“大脑”,它能根据接收到的信息来决定发出什么样的“命令”,它是整个系统的核心;执行器就是接受“命令”采取行动的装置,好比“人手”;传感器就是“人眼”,用来检测被控对象、执行器的状况,并发出信号给控制器。自动化专业的学生,要对控制器、传感器、执行器、被控对象等有全面而深入的认识,并且能够建立起反馈控制回路,达到自动控制被控对象的目的。

学习:课程多,不可偏科

既然自动化研究的是反馈控制,那么专业课程的学习自然也是围绕这一过程展开的。

举个例子,当我们需要对温度进行控制时,就可能要用到热电偶。热电偶是一种传感器,它能够把不同的温度转换成不同的电压。为什么要转换成电压信号呢?因为和电脑一样,一般的控制器都是利用电信号工作的。由于实际生产生活中要控制的对象有很多种,比如温度、压力、距离等,所以传感器也分很多种。《传感器检测技术》这门课中就介绍了利用传感器检测各种物理量、化学量的方法。

执行器是自动化系统的“手”和“脚”。既然要接受“命令”采取行动,就要会“动”,所以它常常是电动机、阀门等组成的复杂的电子―机械装置。与此相关的课程包括《电机学》《电力电子》等。

专业课中最为重要的当属《自动控制原理》《运动控制原理》《过程控制原理》《现代控制理论》《计算控制原理》等课程。这些是自动化专业学习的核心,主要介绍了自动控制系统的组成和基本概念、控制理论以及控制方法。只有掌握这些理论和方法,才能够做好自动化工程师最重要的工作――建立反馈控制的回路。

以上提到的只是部分课程,自动化专业的必修课程还有《数学建模》《运筹学》《信号与系统分析》《计算机软件技术应用》《模拟电子技术基础》《电路原理》等,甚至连《流体力学》《工程图学》都要学。因此,如果要选择这个专业,你要做好攀登“书山”的准备。

就业:“万金油”,转行容易

浙江工业大学信息学院院长俞立教授曾说,自动化可以应用到各行各业中去,在各个领域中它都能够发挥巨大作用。可以说无论身在何处,只要想“偷懒”“省力”“高效”,都可以找到自动化的应用。

由于应用范围广,自动化可以说是一个真正的“万金油”专业,所以自动化专业的毕业生一般都不愁找不到工作。据浙江工业大学信息学院负责应届生就业工作的何文秀老师介绍,自动化专业最对口的就业去向是进入工业控制行业,比如北京和利时系统工程有限公司、浙江中控集团等。但是由于几乎所有的行业都可同自动化挂钩,自动化专业的课程又与通信工程、计算机、电子信息工程甚至化学工程都有交叉,因此这个专业的转行率也很高。每年都会有很多毕业生进入银行、中国移动、中国联通以及众多IT企业,从事软、硬件开发、测试等工作,这也是一个比较重要的就业去向。

另外,由于自动化专业涉猎面广、理论性强,如果要深入到其核心领域,五六年的潜心研究才可能小有建树,因此这个专业的考研率也比较高。如果选择继续深造,运动控制、过程控制、嵌入式技术、图像处理、网络应用等都是当前很有前途的研究方向。