陈子昂
摘 要：自动化控制是一门体系完备、逻辑严谨、以数学计算为基础的综合性学科，在其发展过程中，数学始终起着重要作用。本文将简述自动化的发展历程和专业特色，并着重阐述数学在自动化领域的应用现状和应用前景，强调数学对于推动自动化进步所具有的举足轻重的地位。随着经济和社会的腾飞，自动化技术终将获得巨大发展，并成为文明进步的推动力。
关键词：自动化；数学；应用现状；应用前景
中图分类号：F470. 6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0246-01
自动化的含义随着社会发展进步而逐渐革新。以前人们认为能够替代体力劳动，自动完成指定作业的机械动作都是自动化技术；随着计算机技术和信息技术的出现和运用，辅助甚至替代脑力劳动也包含在自动化一类中；而如今在大型生产制造系统中，自动化则更多意味着人机交互以及对整个系统的协调管理，以达到提高效率的目的。自动化的发展进步离不开数学理论、数学模型和数学算法的支撑，笔者对自动化的发展、特色和数学在自动化的应用现状进行了初步的介绍，并探索了数学在自动化发展方向上的应用前景。
1 自动化概述
1.1 发展历程
1952年全国院系大调整时，第一批设立的专业包括“工业企业电气化”，也就是最早的自动化专业的前身；1995年国家教委将电工类的“工业自动化”和电子信息类的“自动控制”正式合并称为“自动化”专业；1998年，国家教育部公布了“普通高等学校本科专业目录”，形成了新的自动化专业，沿用至今；目前整个中国设立了该专业的有200多所高校[1]。
1.2 专业特色
自动化专业历史悠久（成立至今已有60多年），从一开始就是社会大需求量的专业之一。伴随着我国经济的发展和腾飞，国内的自动化专业产生了一些独有的特色。首先，它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科；其次，它包含了一些有益的如反馈法、黑箱法等方法，以及要求解决系统问题、组织管理、系统协调等能力，可以促使学生开拓视野、活跃思维、提高创新能力，有利于培养将才、帅才[1]；最后，自动化紧紧结合信息时代涌现出的如计算机、网络等新技术，发展迅猛，社会需求量大。
2 数学在自动化专业领域的应用现状
自动化学科课程内涵丰富，交叉面广，必然要求基础扎实。文献1指出：在所有工科学生中，自动化学生对数学知识的要求量最大[1]。这也就决定了数学在自动化专业中的地位和作用。
2.1 数学推动自动化技术的进步
自动控制系统是以物理模型和数学计算为基础的学科。文献3将常见的控制环节模化为一些易于理解的数学算法，穿插使用数学进行讲解，既使得教学显得生动，也增强了学生对自动控制过程的形象认识和理解[3]。一旦脱离了数学理论、模型和算法，自动化可以说将一事无成；而自动控制反过来也促使着数学理论向着未知领域探索发展。
2.2 具体实例
自动控制系统是由各个环节构成，如微分环节、积分环节、放大环节、振荡环节等，而环节的特性是指输出变量与输入变量之间的关系。下面我们将采用高中物理课本中一个简单的例子来阐述振荡环节的控制过程[2]。
如图1所示，挂着重物的弹簧，若不考虑弹簧自身的重量，并忽略与空气的摩擦作用，则重物静止时有F3=F2=F1=G。将重物往下拉至一定位置处放开使其自由运动，在上升过程中，F1>G，弹簧的弹性势能转化为重物的重力势能和动能；到F1=G时，重物速度最大；继续上升则弹簧的弹性势能和重物的动能转化为重物的重力势能，直至重物速度为零，下落过程同理分析。在此过程中，弹性势能、重力势能和动能互为输入和输出变量，这三种能量的相互转换也就形成了震荡过程。
3 数学在自动化专业领域的应用前景[4]
机械制造为各行各业提供技术装备，自动化为这些装备提供大脑与语言，是工业生产的灵魂所在，对于提高生产效率、完善工业体系、推动制造业创新具有重要作用。随着信息时代的到来以及计算机和网络技术的发展，自动化的发展方向也在不断更新，这些都离不开数学的支持。具体说来，有以下几点：
3.1 模块化
由于产品种类多样化，并且不同厂家对同类产品的要求类似，研发模块单元具有重要的实际作用，如集加减速和电动机于一体的动力单元，集图像识别和测距于一体的控制单元等，有利于提高生产效率，降低资源浪费，对于新產品开发和生产规模的扩大也非常有益。
3.2 智能化
开发人工智能，增强产品的逻辑思维、推理判断和自主决策等能力，以达到更高级的自动化水平。而智能化的背后就是那几行代码，是数学算法的体现；算法的改进可以促进代码的优化。智能化的发展能够解放生产力，推动社会进步。
3.3 人格化
所有产品的最终操作者都是人，因此注重产品与人的关系，赋予某些产品以情感和人性，模仿生物机制等会有力推动机械制造与自动化的前进发展。
不论是模块化中的图像处理和测距等功能，还是智能化中机器具有逻辑思维和自主判断等能力，以及人格化中赋予产品情感和人性，都少不了数学理论的支撑、数学模型的建立和数学算法的嵌入优化。没有数学，这些自动化产品的未来趋势都无从谈起。
4 结语
本文回顾了自动化领域的发展历程、专业特色和发展方向，并强调了数学对于自动化进步的举足轻重的地位。充分发挥数学作为基础理论和算法支撑的作用，能够迅速促进自动化朝着智能化和人格化方向发展。随着我国经济的稳步增长和社会的逐渐发达，数学将为自动化技术的发展提供源源不断的动力，使之成为文明进步的推动力。
参考文献：
[1]戴先中.我国自动化专业的特色、特点分析与发展前景初探.电气电子教学学报，2004（03）：1-5.
[2]姚融融，陈玮，贺向阳.数学模型与自动控制系统.物理测试，2005（02）：29-31.
[3]姚海军.数学在自动控制中的应用.电子设计工程，2009（09）：114-115+118.
[4]刘超.我国机械设计制造及其自动化发展方向研究.河南科技，2013（6）：105.
