大话自动化:从蒸汽机到人工智能

本书内容源自久负盛名的网络人气热帖《自动控制原理》。这是一本人人都能读懂的自动化入门书 也是一本拒绝复杂数学公式的理论书本书通过有趣的案例、生动的漫画、诙谐的语言和深刻的洞察力颠覆以往自动化技术的刻板印象 破解学习和工作中的常见迷思

 

自动化是很有意思的事情。从电饭煲到机器人，从汽车到航天飞机，从蒸汽机到人工智能，自动化在人们生活和工作中无所不在。人工智能和机器人是自动化的延伸，正在根本性地改变经济、社会和就业。自动化理论中大量的数学公式，让人觉得高深莫测、很难亲近，本书作者用生活中有趣的案例、生动的漫画、诙谐的语言和深刻的洞察力，颠覆以往自动化技术的刻板印象，帮你破解学习和工作中的常见迷思。这是一本人人都能读懂的自动化入门书，也是一本拒绝复杂数学公式的理论书。

晨枫 ，出生于上海，现居加拿大。工学博士，从业化工自动化超过30年。在网上发表过《自动控制的故事》和大量有关工业自动化的文章。

前言1 引子4 上篇 自动控制的故事5 走路要看路6 反馈与动态12 稳定性17 开关控制19 可爱的微积分20 热水淋浴的学问23 PID整定30 关于稳定性33 非常规PID38 复杂结构PID53 理论是彩色的54 线性控制59 最优控制65 离散控制68 模型与辨识75 自适应控制80 模型预估控制89 中篇 计算机与控制90 0和1的故事93 从石器时代到机器时代98 冯•诺依曼来了113 DCS还是PLC118 现场总线还是无线122 控制软件126 人机界面149 控制室设计167 走出自动化168 仿真175 RTO177 人工智能198 复杂规程的自动化204 警报与异常管理209 故障诊断和容错系统215 数据融合217 工业4.0224 自动化与IT232 下篇 自动化与我们233 拥抱自动化234 为什么要自动化238 人的素质问题247 要弄潮，不要被淹没254 学好自动化255 巨人的肩膀257 理与工，分与合259 皮之不存，毛将焉附263 钢铁是怎样炼成的269 干好自动化270 自控的组织与管理274 自控工程师的英雄本色279 查故障，纠差错282 自己动手还是外包288 常用缩写

前言自动化是很有意思的事情，而且正在成为越来越有意思的事情。自动化也不再是高高在上的东西，而是深入寻常百姓家的东西。上下楼坐个电梯，上下班坐个地铁，甚至电热壶烧水泡茶、电冰箱冰镇西瓜，都离不开自动化。但自动化不是自己就能动，其实也是人在指挥着动，只是人“关照”好了，就不用再手把手地指挥了，接下去就“自己会动”了。不过人怎么“关照”，这有点讲究，否则“自己会动”有可能变成“自己乱动”。一些年前，写了一段《自动控制的故事》，据说很有一些好评。本来也就到此为止了，但受到友人鼓励，希望把《自动控制的故事》扩充、完整，包含进更广义的自动化，并增加如何学好自动化和如何干好自动化的内容，于是扩充成此书，希望对有志于自动化行业的莘莘学子或者有兴趣的自动化从业工作者有点用处。在写作中，特意避开数学理论，力图做到只要具有高中文化水平就能读下去，但对于从事专业的人士也不乏味。差一点做到一个数学公式也没有，但功亏一篑，还是有两三个示意性的公式，只好请读者原谅了。本书分成三篇。上篇“自动控制的故事”从反馈、动态和稳定性开始，介绍传统自动控制，包括简单与复杂控制回路，并延伸到现代控制理论（线性控制、最优控制、模型与辨识、自适应控制、模型预估控制等）。中篇“计算机与控制”着重介绍计算机时代自动控制的特点，以及计算机为自动化世界带来的新的可能性和新的挑战。小到自控网络特点和人机界面设计，大到互联化、信息化和实时最优化，这是当前和可预见的将来非常活跃的领域。下篇“自动化与我们”走出传统的自动化范畴，探讨自动化、人工智能、机器人的时代里人与社会的问题，尤其是为什么自动化程度越高，对人的要求越高；以及如何在自动化、人工智能、机器人的大潮到来时，做弄潮儿，而不是被潮水淹没。当然，人的问题还包括如何学好自动化、干好自动化。这是根据本人十年纸上谈兵加二十五年的工业实战经验写就的，不乏一己之见，肯定有疏漏和谬误，并不打算作为严谨的学术著作，只是作为科普加经验之谈。如能供茶余饭后一笑，就不枉笔墨了。如能对同好有所启迪，则幸莫大焉。如有错误之处，更是欢迎多加指正。上篇：自动控制的故事自动控制还有故事？当然有，还有好多。这个故事很长，很大，而且越来越精彩。故事是从能工巧匠的奇思妙想开始的。然后在数学家手里，自动控制从灵机一动和不断试错中走出来，规范化了，科学化了。从此，控制理论与数学紧密相连。但数学只是工具，自动控制的基本理念来自生活和常识，而不是从深奥的数学里推导出来的，更不是从抽象的思辨里臆想出来的。也就是说，貌似艰深的自动控制理念基本上都可以用大白话说明白。另一方面，数学是盲目的，数学是放之四海而皆准的，但数学作为工具，就好像画风、画笔一样，也是要看题材和场合的。工笔画用来画黛玉葬花或许很好，但画孙二娘卖包子就不一定合适；另一方面，泼墨用来画荷塘映月或者武松打虎都没问题，但用来冒充毕加索就有点别扭。这就是这里要讲的故事。中篇：计算机与控制冯•诺依曼发明二进制和美国陆军委托宾夕法尼亚大学研制“埃尼亚克”计算机的时候，大概谁都没有预见到计算机和数字技术引发的深刻科技革命。计算机从模仿机电控制系统开始，演变到无所不见、无所不及的千手千眼大神，再演变到网络化、虚拟化的存在，彻底地改变了自动控制的面貌。曾经在不太久远的过去，仪表与自动化是混为一谈的。现在，自动化与计算机的关系可能更加紧密。不过，自动化既不等同于仪表，更不等同于计算机。如果说数学工具好比画风、画笔，仪表、计算机就好比画板、画布，这是画画的两个方面，画画的人永远是自控工程师。但是计算机的世界真精彩，这是虚拟的画布，摊平了可以画画，搓圆了可以雕刻，拉长了可以……发挥想象力吧。计算机的数字性和互联性在曾经以为是石墙的地方打开了门窗，走出传统的自动化，外面是全新的天地：大系统实时最优化、实时故障诊断和预测、大数据、人工智能……。更重要的是，从门窗可以走出去，还可以走进来，这些新鲜名堂正在反刍回来，使得传统自动化如虎添翼。下篇：自动化与我们对于自动化来说，数学和计算机只是工具。但对于人和社会来说，自动化何尝不是工具呢？但工具不等于可以想用就用、想丢就丢。只有善用工具的人，才是工具的主人，否则没准哪一天就被反客为主了。卓别林的电影《摩登时代》说的就是机器时代的人不由自主的苦恼。但自动化不是自己真的会动、人们可以做懒人了，人工智能不是机器真的比人聪明、人类动脑筋也白动了，机器人时代不是真的机器代替人、人人都要失业了。事实上，越是高度自动化，对人的要求越高；原来用人的地方现在用人少了，但新的用人地方又生长出来了，而且不少，只是要求更高。历史上，拖拉机大批替代了只会手工耕作的传统农民，但工业革命也在同时创造了大批产业工人；现在，自动化和机器人大批替代了只会在流水线上重复劳动的传统蓝领工人，但信息革命正在创造新的产业和新的工作岗位。历史从不简单重复，但历史的启示不能忘记：与时俱进