自动化技术的起源、发展、应用和未来展望

摘要

简单介绍自动化技术的起源、发展、应用和未来展望。自动化技术从产生到发展，已经应用到了社会的各个领域，将来必定会成为社会发展的新力量，为社会创造更大的财富。

关键词：自动化技术起源发展趋势预测

引言

自动化是指机器或装置在无人干预的情况下通过自动检测、信息处理、分析判断自动地实现预期的操作或某种过程。广义上讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。

自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗，服务以及家庭等各方面，是一门涉及学科较多、应用广泛的综合性科学技术。它主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制，与其他高科技领域亲密无间、协同进步。

一、自动化技术的起源

古代人类在长期生产和生活中﹐为了减轻自己的劳动﹐逐渐产生利用自然界动力代替人力畜力﹐以及用自动装置代替人的部分繁难的脑力活动的愿望﹐经过漫长岁月的探索﹐他们互不相关地造出一些原始的自动装置。古代自动装置公元前14～前11世纪﹐中国﹑埃及和巴比伦出现了自动计时装置──漏壶﹐为人类研制和使用自动装置的开始。

中国的漏壶最初使用泄水型漏壶﹐后来采用受水型漏壶﹐经过不断改进﹐又发展成三级漏壶。1135年，中国的燕肃在一种名叫莲化漏的三级漏壶中采用了自动装置调节液位。

公元 1世纪古埃及和希腊的发明家也创造了一些机器人或机器动物来适应当时宗教活动的需要。如教堂庙门自动开启﹑铜祭司自动洒圣水﹑投币式圣水箱和教堂门口自动鸣叫的青铜小鸟等自动装置。

近代自动装置 17世纪以来，在欧洲的一些国家相继出现了多种自动装置﹐

其中比较典型的有﹕法国物理学家B.帕斯卡在1642年发明能自动进位的加法器﹔荷兰机械师C.惠更斯于1657年发明钟表﹐提出钟摆理论﹐利用锥形摆作调速器﹔英国机械师E.李1745年发明带有风向控制的风磨﹐利用尾翼来使主翼对准风向；俄国机械师И.И.波尔祖诺夫1765年发明浮子阀门式水位调节器﹐用于蒸汽锅炉水位的自动控制。

二、自动化技术的萌芽和发展

1788年，英国机械师J.瓦特发明离心式调速器(又称飞球调速器)﹐并把它与蒸汽机的阀门连接起来﹐构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统。瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元﹐标志了人类社会工业革命开始，它同样也标志着自动化领域技术化和理论化阶段的开始，对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重要影响。蒸汽机有很大的历史作用，它曾推动了机械工业甚至社会的发展。随着它的发展而建立的热力学和机构学为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础；汽轮机继承了蒸汽机以蒸汽为工质的特点，和采用凝汽器以降低排汽压力的优点，摒弃了往复运动和间断进汽的缺点；内燃机继承了蒸汽机的基本结构和传动形式，采用了将燃油直接输入汽缸内燃烧的方式，形成了热效率高得多的热力循环；同时，蒸汽机所采用的汽缸、活塞、飞轮、飞锤调速器，阀门和密封件等，均是构成多种现代机械的基本元件，促使工厂工作由手工化向自动化过渡，为日后的资本主义发展奠定了基础。

自动调节器的广泛应用在这一时期中﹐由于第一次工业革命的需要﹐人们开始采用自动调节装置﹐来对付工业生产中提出的控制问题。自动调节器应用标志着自动化技术进入新的历史时期。

人们在使用蒸汽机的时候，就发现保持其转速的稳定是一个大问题，为此，就发明了飞球转速控制器（也叫离心调速器）。当蒸汽机的转速过快时，因为离心力，两个粉色的飞球就会往外胀；飞球胀开以后，这个下面的套筒就往上升，这个套筒的移动，就带动执行机构（蒸汽阀门）动作，使得进入引擎的蒸汽量减少，从而降低了蒸汽机的转速。蒸汽机的转速过慢会产生什么现象，相信读者都会自己分析的。

可是，光有飞球控制器有时还是不能解决问题。人们很快发现，有的蒸汽机的飞球调速器投入运行后，蒸汽机的转速就产生周期性的大幅度波动，无法正常

工作。用现在的话来说，就是系统不稳定。那个时候，人们还没有系统的概念，也没有反馈的概念，无法从理论上解释这种不稳定现象；人们就反复地在蒸汽机的制造工艺上盲目地摸索，努力减小摩擦，调整弹簧等等。这种情况持续了大约一个世纪之久，直到19世纪末，自动控制理论诞生以后，自动控制技术才得以在科学理论的指导下发展和提高。

1854年俄国机械学家和电工学家К﹒И﹒康斯坦丁诺夫发明电磁调速器。1868年法国工程师J.法尔科发明反馈调节器﹐并把它与蒸汽阀连接起来﹐操纵蒸汽船的舵。他把这种自动控制的气动船舵称为伺服机构。到了20世纪20～30年代﹐美国开始采用PID调节器。PID调节器是一种模拟式调节器﹐现在还有许多工厂采用这种调节器。

战后在工业控制上已广泛应用PID调节器﹐并用模拟电子计算机来研究和实现这种调节器的功能。与此同时﹐工业控制中开始应用由继电器构成的逻辑控制器﹐出现了程序控制。局部自动化(即单个过程或单个机器的自动化)得到了迅速的发展。生产自动化的发展促进了自动化仪表的进步﹐出现了测量生产过程的温度﹑压力﹑流量﹑物位﹑机械量等参数的测量仪表。与此同时，40年代中发明的电子数字计算机开创了数字程序控制的新纪元﹐为60～70年代自动化技术的飞速发展奠定了基础。

三、自动化技术的成熟

1957年 9月12日国际自动控制联合会(IFAC)在巴黎召开成立大会。有18个国家的代表团出席了这次大会，中国是发起国之一。会上通过了大会的章程和细则﹐选举美国自动控制专家H.切斯特纳为IFAC第一届主席。从1960年起每三年召开一次国际自动控制学术大会﹐并出版《自动学》﹑《IFAC通讯》等期刊﹐IFAC的成立标志着自动控制这一学科已经成熟﹐确认了现代控制理论这一学科，通过国际合作来推动系统和控制领域的新发展。

60年代末到70年代初美国麻省理工学院﹑斯坦福大学和英国爱丁堡大学对机器人学进行了许多理论研究﹐注意到把人工智能的所有技术综合在一起﹐研制出智能机器人﹐并得到越来越广泛的应用﹐并在工业生产﹑核电站设备检查﹑维修﹑海洋调查﹑水下石油开采﹑宇宙探测等方面大显身手﹐正在研究中的军用机器人也具有较大的潜在应用价值﹐关于机器人的设计﹑制造和应用的技