又到高考志愿填報的季節，有自動化行業和職業20年的經歷的宋振華博士在本文給想報考自動化專業的學生們介紹自動化專業相關情況。

首先，如果要想報考“自動化專業”的話，你得先了解這個專業是干什么的？(WHAT)，它都學點什么，根據這個判斷未來能用來從事什么樣的工作…當然，我后面會去講行業和職業的話題，不著急的話，這個部分僅聚焦在它是什么(WHAT)這一個問題上。

自動化是個“萬金油”專業？
記得筆者讀大學時，班級第一次開全年級新生大會，我們自動化系是有工業電氣自動化、生產過程自動化和檢測技術儀器儀表三個專業。系里第一次召開系列新生見面會，就跟大家說自動化是個“萬金油”。并且，這個似乎是每個學校的自動化專業新生都得到的一個關于自動化專業最為樸素且直接的“說明”。每個人對于這個專業的第一印象就這樣打上了“萬金油”濃濃的烙印。

跨學科是自動化的“顯著特征”
“萬金油”是個比較直觀生動的說法，但是如果改為嚴肅的說法，自動化這個專業顯著的特征就是“跨學科”。自動化融合了控制科學、電子信息、計算機、軟件工程、電氣工程、機械工程等多個學科的內容。就這么說吧，自動化類(專業類代碼0808)專業，在專業學習、行業應用、職業發展的幾個維度，它都典型的有跨學科的屬性。

當然本科階段稱為“自動化”而碩士博士階段稱為“控制科學與工程”。其本質就是“測量控制”這個應用與研究。學校里通常把這類學院稱為“科學與工程”，前面是“研究”后面是“應用”，就是想兩者兼顧。

一個橫向覆蓋所有領域的工程專業
今天，人們把視野都聚焦在了“人工智能”，但是，真正在過去100年里，真正改變我們的生活，讓我們過上更美好生活的，無論是汽車工業、生物醫藥、通信工業的背后，都意味著制造這些產品的產線，而所有這些產線都意味著“自動化”—這是一個隱藏在每個行業背后的領域。我們每天喝的一瓶水、手機、穿的衣服、包括乘坐的高鐵、飛機…這一切的背后，都藏著一個必然會存在的專業，因為你生產這瓶水的飲料灌裝線、你用的這個手機的制造線、高鐵的每一個零配件的生產，其背后都是有“控制”這個專業的背后貢獻。別的專業會出現在具體的一個垂直領域，而自動化以“橫向覆蓋”的角色，出現在每一個領域里。

當然，前面說道學校剛入校講的自動化是個萬金油，另一句是老師講的，因為但凡是個工業企業，它就離不開“機械和電氣”這兩個兄弟，機械和電氣通常糾纏在一起。而工藝(如化學、造紙、金屬、半導體)則隨著行業會變化。

自動化在整個人類的工業發展歷史中，其實扮演著越來越重要的角色。有時候我經常想，在今天，我們每個普通人都能夠買得起一部手機，喝瓶礦泉水，普通家庭也能開上車，這樣的生活仔細想想，都得益于機電控制技術將制造業的效率不斷提升，才能讓產品的成本不斷下降，帶來購買力的提升。

自動化-控制學科的背景
自動化這個專業的過去、未來將如何？作為一個較為全面的了解，概述一下其歷史背景也是有必要的。自動化專業背后是“控制”學科的發展，在歷史上，這個領域其實與人工智能也有很多交集。



圖1-控制理論的發展歷史

早期的控制學科發展，從最初的瓦特發明調速器，它與威爾金森的公差工程一樣，使得蒸汽機成為一個可以穩定運行的機器，并且可以大量復制。早期的控制理論發展為針對數學建模與穩定判據，讓控制實現上有數學依據。隨著二戰的進行，控制學科在“打飛機”—這種預測性，以及飛行器控制、密碼破解、軍艦的火炮系統等催生了其快速的發展。而這個期間，諾伯特.維納博士的控制論則是為其建立了一個科學方法體系。

錢學森先生則在1958年的《工程控制論》里將控制在工程上的實現奠定了數學基礎。并且，錢學森先生倡導了1958年中國科技大學的“自動化系”的創建，以及1956年他就將自動化列為未來發展的6個關鍵技術之一。作為中國自動化學會的第一任理事長，錢學森先生堪稱“中國自動化之父”



圖2-中國自動化之父錢學森先生

二戰后，工業領域包括石油煉化、化學、冶金、電力等各個領域的快速發展，拉動了控制理論的研究和應用。因此，控制工程在大學里的學習，很多經典控制理論如貝爾曼動態規劃、卡爾曼濾波、多變量系統的耦合解耦、模型預測控制、模糊控制、自適應控制，都是為了對這些領域的系統提供支持。因此，自動化專業對應的控制理論與工程，對于我們今天能夠用到便宜的電力、喝到干凈的水、能夠低廉的價格看病、農業提高產量的農藥…每個領域的背后都有著自動化的貢獻。

到了70年代后，人工智能的很多技術就開始進入到了控制工程的研究和實現中。例如參數辨識、模式識別、參數尋優。當然到了今天這個時代，計算機視覺所需的深度學習、大語言模型、多模態等也已經被融入到自動化系統的設計中。后續會進行一些應用場景的分析。在圖2中后期的控制更多融入了AI，是因為自動化專業的發展，一個是借助橫向科技來解決“產業實際難題”，因此，AI作為橫向科技被納入自動化的系統中，作為一種“工具”來解決問題。同樣，通信、芯片都是用于解決問題的工具。

自動化這個專業方向，它的貢獻在于為這些制造系統的裝備、產線設計規劃其控制的邏輯、同步、協作，確保生產過程的穩定、可靠、安全，并使得產品高速、高精度、低成本的加工。這是自動化的基線作用。隨著制造的升級，通過數字孿生、人工智能，自動化還要讓產線更為智能，能夠通過“自感知、“自分析決策”、“自主執行”實現智能，應對變化的生產需求。

因此，自動化其實是一個隱藏在每個領域背后的一個力量，它為每個行業提供基礎保障—這也是它萬金油的一面解釋，同時也是它跨學科需求的來源，當然也是它具有廣泛適用的原因。

它主要學習什么？
圖3是關于控制學科的地圖，看上去似乎非常的博大精深，當然對于大部分的自動化專業本科階段的話，這個圖里的大部分內容并需要涉及。所以，別被這個圖嚇著，這個是這個領域上百年時間的積累—沒有人能夠學習這些東西。而且，現實中的自動化，也不需要你學習這些。控制理論發展歷史上的各種方法，其實已經被“軟件模塊”的形式封裝在各種軟件(如MATLAB/Simulink)，以及各個自動化公司的開發工具平臺里，在嵌入式系統里



圖3-控制學科的版圖(來源于網絡)

大學里主要還是學習一些基本的控制系統設計思想與方法，這些設計思想方法、實驗的訓練。主要還是為了訓練自動化系統設計的流程、方法。
自動化類專業需要較強的數學基礎，除了高等數學、概率統計、線性代數，還有復變函數、拉普拉斯變換等工程數學課程。

自動化專業，它要學習《微機原理》、《微機控制》這樣的類似專業—作為前置專業，肯定還得學習《模擬電子》與《數字電子》，設計電路還得學習《電路原理與設計》。當然如果是強電專業(電氣自動化)，就會有《電力電子技術》、《調速技術》、《電機拖動》。如果是弱電專業會學習《單片機》、《檢測技術》、《傳感器技術》、《數字信號處理》等專業課程。

圖4-大學的學習不僅在于專業知識

其實很多人認為大學學習的東西都很落后，或者學了些不知道干啥用的東西—有些事情如果無法改變。你就記得，大學是為了訓練你的系統性研究、學習的能力。這種能力是核心，即，如何去檢索文獻、如何去設計一個系統，包括教材的潛移默化告訴你一個系統如何搭建的邏輯，因為教材的邏輯就是工程的邏輯。

工程思維才是關鍵
當然，對于工程(Engineering)專業來說，工程思維才是問題的核心，良好的工程思維訓練不僅是作為工程專業的核心訓練，也是未來職業道路，乃至事業發展的關鍵。自動化專業就是為了未來的產業培養工程師，因此，它需要有較強的工程思維訓練。自動化是典型的工科專業，它需要強的工程思維，解決復雜問題。

表1-工程專業與理科/技術的差異對比

知識，永遠都會是過時，但思維與認知水平的構建，則能夠讓工程師穿越周期、市場變化的基石。

在中國，似乎科學家(Science)受到了較大的尊重也賦予了較高的社會地位。但就實而論，最近的5年里，隨著“卓越工程師”大獎、“工程教育認證”、“新工科”建設，我們已經越來越清晰的看到，國家對于“工程師”的越來越重視。因為現實的世界里，無論是半導體設備、光伏、鋰電的研發、制造、應用，這些就功勞來說，都是由工程師來實現的。即使是航空航天領域的眾多制造、發射，都是由工程師來完成的—事實上，科學相關的問題早在30年前就已經有了基本定論，而主要在于工程實現與技術的基礎保障。



圖4-自2023年國家設置“國家工程師獎”

工程最顯著的特點就是“設計”-但工程設計與創新更為重要的是經濟的約束性，即，它與科學的發散不同，它必須最終要收斂到經濟性，例如材料的節省、人工消耗的降低、能源消耗降低、品質的提升、時間消耗的降低等。

工程思維的核心在于“解構”與“重構”，按照《華盛頓協議》所要求的“實質等價”，即，華盛頓協議的參與國工程專業的本科文憑互認。它的培養目標就在于“解決復雜工程問題”—而所謂的解決復雜工程問題，就是借助于科學知識(第一性原理)，在機械、電氣傳動控制、材料工藝上緊密交織的問題，如何把他們拆解為可被模塊化開發的功能，并進行測試驗證，最終進行集成測試、并將其標準化成為一個“可復用”的軟件或系統。

大學的學科背景必須關注
當然，關于報考自動化專業，有一個需要注意的地方，即，這個學校的自動化專業是否有深的“對象” 背景。對象是指，自動化系統的運行必須附著在一個物理實體上，即，它為哪個領域，比如它是發電系統、制氫系統—它所需的控制及工程實現會有所差異。而通常想能夠得到比較好的專業訓練，通常你必須關注這個學校的自動化專業，它在工程對象背景方面的積累。或者是否有特色—這很關鍵。表2列舉了各個高校自動化專業的強項-基于Kimi幫助下。

表2-各個高效自動化類專業的強項圖片






為什么要關注自動化專業各個高校的這種“對象關注”，這主要是因為自動化它真正的競爭力來自于對特定對象的理解—就是這類對象上的加工、制造過程控制，這個學校它有相應比較好的實驗室、師資、實習、就業條件。

自動化專業擴展性高
自動化這個專業它比較神奇，啥都學一點，如果你本科學習的自動化，當然你碩士、博士階段就不一定要學習自動化。因為，這個專業你去轉向其他方向都還是可以的，本科階段的很多課程有助于你在向電子工程、計算機、軟件等方向的遷徙。

相關閱讀
◆儀表專業的發展方向
◆深入了解儀表工這一職業
◆儀表工程師崗位職責和管理內容