自动化发展史

1939～1944年间美国哈佛大学的物理学家H.艾肯在美国商业机器公司 (IBM)的支持下用普通的电话继电器研制成功世界上第一台程序控制的通用数字计算机﹐称为自动顺序控制计算器“马克Ⅰ”。这台机电式的通用数字计算机于1944年在哈佛投入运行﹐可以自动按照程序员编制的一系列指令进行运算。指令由穿孔纸带送入计算机﹐在执行指令时参加运算的数放在寄存器内。“马克Ⅰ”开创了程序控制的新纪元。

1943～1946年美国宾夕法尼亚大学莫尔电工学院的电气工程师J.P.埃克脱和物理学家J.W.莫奇利为美国陆军军械部研制世界上第一台电子数字计算机──电子数字积分和自动计算器(ENIAC)。

1950年宾夕法尼亚大学莫尔小组研制成功第二台存储程序式电子数字计算机──离散变量电子自动计算机 (EDVAC)。这台计算机也装备在亚伯丁武器试验场的弹道实验室。ENIAC和EDVAC的制造成功﹐开创了电子数字程序控制的新纪元。电子数字计算机的发明为60～70年代在控制系统中广泛应用程序控制和逻辑控制以及广泛应用电子数字计算机直接控制生产过程奠定了基础。

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。

1969年英国曼彻斯特大学教授罗森布罗克﹐H.H.发表著名论文《用逆奈奎斯特阵列法设计多变量控制系统》﹐开创了现代频域法的新纪元。在控制系统计算机辅助设计程序包中现代频域法也占有重要地位。

从60年代末到70年代初开始出现控制系统计算机辅助设计(CADCS)。控制工程师可以利用CADCS软件包藉助于电子计算机在短时间内设计出优良的控制系统。

1962年美国数学家扎德﹐L.A.首先提出系统辨识的概念﹐把系统辨识定义为在输入输出的基础上从一类系统中确定一个与所测系统等价的系统。

1967年瑞典自动控制专家K.J.阿斯特勒姆提出最小二乘辨识﹐解决了线性定常系统参数估计问题和定阶方法﹐证明了白噪声下线性二乘估计的一致性。

1971年阿斯特勒姆和P.艾克霍夫发表系统辨识综

述的文章﹐提出著名的论断:“多变量系统的本质困难是找出系统的一个适当表示形式﹐一旦确定了这种表示形式﹐辨识方法方面与单变量系统相比并没有多大困难。”

1976年正式成立国际仿真数学与仿真计算机学会(IMCAS﹔其前身是1955年成立的国际模拟计算机学会)。每三年举行一次国际学术会议﹐推动着仿真技术的迅速发展。现在系统辨识﹑建模和仿真已成为系统和控制领域中十分活跃的重要学科。

1978年瑞典自动控制专家L.杨把系统辨识重新定义为按照一个准则在模型类中选择一个与数据拟合得最好的模型。1967年在捷克斯洛伐克首都布拉格召开第一届IFAC系统辨识学术讨论会﹐此后每三年召开一次﹐促进了系统辨识的迅速发展。系统辨识的应用也日益广泛。

自校正调节器的思想是1970年V.彼得卡首先提出来的。1973年阿斯特勒姆证明了在一定条件下自校正调节器收敛于最小方差控制器﹐从而建立了自校正调节器的理论基础。自校正调节器结构简单﹐适应性强﹐易用微处理机实现﹐已成功地用于飞机及导弹的自动导航装置﹐超级油轮的自动导航﹐以及造纸厂﹑水泥厂﹑化工厂和钛氧化炉等自适应控制。

1930年发送了世界上第一个无线电高空探测仪﹐用以测量大气层的气象数据。这是第一台比较完善的无线电遥测设备。60年代出现的遥操器是一种由人手操纵的机械﹑机电或机械液压设备﹐可使人在现场以外的地方进行操纵。70年代又出现可编程序遥测遥控系统﹐自适应遥测遥控系统和分集式遥测遥控系统。

70年代开发出来的一批工业机器人﹑感应式无人搬运台车﹑自动化仓库和无人叉车成为综合自动化的强有力的工具。柔性制造系统是从60年代开始研制的﹐1972年美国第一套柔性制造系统正式投入生产。70年代末到80年代初柔性制造系统得到迅速的发展﹐普遍采用搬运机器人和装配机器人。1982年10月在英国的普赖顿召开第一届柔性制造系统国际会议。据与会代表统计当时已有20个柔性制造系统投入生产。

70年代出现用专用机床组成的无人工厂﹐80年代初才出现用柔性制造系统组成的无人工厂。

1969年美国国防部高级研究局的阿帕网(ARPA)的第一期工程投入使用取得成功﹐开创了计算机网络的新纪元。数据库技术和计算机网络为80年代实现管理自动化创造了良好的条件。管理自动化的一个核心问题是办公室自动化﹐这是从70年代开始发展起来

的一门综合性技术﹐到80年代已初步成熟。办公室自动化为管理自动化奠定了良好的基础。

60年代末生产过程自动化开始由局部自动化向综合自动化方向发展。出现许多诸如化工联合企业﹑钢铁联合企业﹑大电力系统﹑交通管制系统﹑环境保护系统﹑社会经济系统等大系统。对于这类大系统的建模与仿真﹐优化和控制﹐分析和综合﹐以及稳定性﹑能控性﹑能观测性和鲁棒性等的研究﹐统称为大系统理论。

国际自动控制联合会(IFAC)于1976年在义大利的乌第纳召开了第一届大系统学术会议﹐于1980年在法国的图鲁兹召开第二届大系统学术会议。美国电气与电子工程师学会(IEEE)于1982年10月在美国弗吉尼亚州弗吉尼亚海滩举行了一次国际大系统专题讨论会。1980年在荷兰正式出版国际性期刊《大系统──理论与应用》。这些活动标志着大系统理论的诞生。大系统理论的一个重要应用是管理自动化。生产综合自动化与组织管理自动化相结合﹐将使人类的经济活动产生一个新的飞跃﹐人类社会的生活方式也将发生新的变化。

1956年M.L.明斯基﹐J.麦卡锡﹐纽厄尔和西蒙﹐H.A.等10位科学家发起在达特茅斯大学召开人工智

能学术讨论会﹐标志人工智能这一学科正式诞生。1960年人工智能的 4位奠基人﹐即美国斯坦福大学的麦卡锡﹐麻省理工学院的明斯基﹐卡内基-梅隆大学的纽厄尔和西蒙组成了第一个人工智能研究小组﹐有力地推动了人工智能的发展。从1967年开始出版不定期刊物《机器智能》﹐共出版了9集。从1970年开始出版期刊《人工智能》。从1969年开始每二年举行一次人工智能国际会议 (IJCAI)。这些活动进一步促进了人工智能的发展。70年代以来微电子技术和微处理机的迅速发展﹐使人工智能和计算机技术结合起来。

1977年E.A.费根鲍姆在第五届国际人工智能会议上提出了知识工程问题。知识工程是人工智能的一个分支﹐它的中心课题就是构造专家系统。1973～1975年费根鲍姆领导斯坦福大学的一个研究小组研制成功一个用于诊治血液传染病和脑膜炎的医疗专家系统MYCIN﹐能学习专家医生的知识﹐模仿医生的思维和诊断推理﹐给出可靠的诊治建议。1978年费根鲍姆等人研制成功水平很高的化学专家系统

DENDRAL。1982年美国学者W.R.纳尔逊研制成功诊断和处理核反应堆事故的专家系统 REACTOR。中国也已经研制成功中医专家系统和蚕育种专家系统。现在专家系统已应用在医学﹑机器故障诊断﹑飞行器设

计﹑地质勘探﹑分子结构和信号处理等方面。

1956年﹐O.塞尔弗里奇等人研制出第一个字符识别程序﹐随后出现了字符识别系统和图像识别系统﹐并形成了以统计法和结构法为核心的模式识别理论﹐语音识别和自然语言理解的研究也取得了较大进展﹐为人和计算机的直接通信提供了新的接口。

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﹑制造和应用的技术形成了机器人学。智能计算机﹑新型传感器﹑大规模集成电路的发展为高级自动化提供了新的控制方法和工具。同一时期发展起来的一般系统论﹑耗散结构理论﹑协同学和超循环理论等对自动化技术的发展提供了新理论和新方法。