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自动化基本问题及应用

自动化是一门交叉学科，而随着信息技术的发展，不管是自动化技术还是自动化理念都已渗入了社会的各个领域，如国防，工业，办公，甚至是家用。而这种渗透还将继续，自动化应用的广度已无需再多加说明，正如大家所看到的，目前自动化已能应用到几乎所有领域而毫无违和感。

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、自动控制等都有着十分密切的关系，而其中又以控制理论和计算机技术对自动化技术的影响最大。而这种控制，对精确性及稳定性的要求非常高。稳定性是为了提高安全性。而为了提高控制的精准性，就必须发展出自动控制领域一套完整的理论，精确的数学运算必不可少，比如基于运动微分约束的无人车辆纵横向协同规划算法的研究，基于高斯回归的连续空间多智能体跟踪学习等等。

自动控制理论产生于人们对自动控制技术的长期探索和大量实践，它的发展得到了数学、力学和物理学的推动，近期更受到电子计算机科学和技术的促进，另外，随着研究的深入，自动化对生物学的需求也上升了。自动控制理论从产生至今，经历了开环控制，确定性反馈控制，最优控制，随机控制，自适应、鲁棒控制，自学习控制及智能控制的发展过程，其控制复杂性逐级增加。[]而这一系列发展中，我们可以看出，自动化越来越趋近于拟人化。

自动化所依赖的反馈控制实际上就是模拟人或是自然界的反馈调节机制，如果要让自动化更深入地发展，必要清楚其本源，并加以利用，而不是只把研究对象当作冷冰冰的机器，函数代码只是让他们更高度拟人化，而不是由函数代码控制着他们的一切。所以，自动化的深入发展，对人类心理，感情以及生理反应的研究深度也提出了更高的要求。在信息学领域，科学研究者已经提出了情感计算

（AffectiveComputing）、感性工学（KanseiEngineering）、人工心理的概念，来研究模仿人类的情感，但大部分研究者目光还仅仅局限在信息领域，对心理学研究领域的重视度还不够，这在某种程度上阻碍了我们研究工作的进展，我们应该重视情感理论的本源——心理学的研究，必须深入研究情绪的基本理论，这样才能从根本上搞清楚情感问题，不至于本末倒置。[]

上图为王永辉所设计的自动控制系统的中央控制器，【】其模型与人类神经系统模型很相似，也正是自动化与拟人化关系密切的表现。

说到自动化，很多人第一反应便是机器人抑或是人工智能，事实上，人工智能不过是自动化的一个应用方面，自动化各个领域的应用具有一定的相似性，下面以工业自动化为例，我们来看看自动化的应用原理，也就是其控制方法的基本应用。

工业与自动化结合，无非是为了提高效率，减小人的风险操作。据国际权威咨询机构统计，对自动化系统投入和企业效益方面提升产出比约1：4至1：6之间。特别在资金密集型企业中，自动化系统占设备总投资10%以下，起到“四两拨千金”的作用。[]而这些利益，并不是由自动化系统自身创造的，而是由自动化系统作用于工业生产过程而产生的利益，其中，主要提升的是生产过程的安全性，生产效率，产品质量，同时也减少了生产过程中的原材料与能源的损耗。具体来说，与自动化相结合的有：

一、电力系统运行管理和调度。电力系统运行管理和调度的任务很复杂，自动化系统在这之中的主要用到的是监视控制和数据收集系统，又称SCADA系统，主要包括的功能有⑴数据采集；⑵信息显示；⑶监视控制；⑷报警处理；⑸信息存储及报告；⑹事件顺序记录；⑺数据计算；⑻具有RTU（远端终端单元）处理功能；⑼事件追忆功能。除了SCADA系统，自动发电控制功能和经济调度控制功能也发挥着重要作用。

二、制造业。柔性制造和智能制造都是制造业对自动化系统应用的典型。其中，智能制造是将机器与人类专家结合起来的一种人机结合系统，它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化，这也表明，自动化并不意味着将作业交给机器后便任其操作，要有一定的人机交互，即人对自动化的过程也可操控。

三、仓库自动化。仓库管理更本质一点的东西就是对货物的分类及存取，而自动化系统则是大大提高的这一流程的效率。

自动化目前主要是应用在工业上，但是正如军事、航天科技最后都会变为民用一样，自动化也逐渐融入千家万户，如Beckhoff在2013SPS/IPC/DRIVES纽伦堡工业自动化展览会上向人们展示如何用谷歌眼镜来实现机器操作，便是一个很好的例子。总之，自动化广阔的应用前景是不容置疑的。

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