現(xiàn)代生活最鮮明的標(biāo)簽,莫過于無處不在的“自動”。電燈可以自動開關(guān),電梯可以自動啟停,房門被強(qiáng)制進(jìn)入會自動報警,地鐵無人駕駛也可以自動運行……如果要總結(jié)它們的共同點,那就是會檢查、會判斷、會執(zhí)行。人們總是希望,一臺機(jī)器能以信號檢測為耳目,以控制策略為頭腦,以傳動部件為四肢,不需要人類辛苦調(diào)節(jié)引導(dǎo),就能有目標(biāo)、有秩序地工作,而實現(xiàn)這個“檢測-判斷-執(zhí)行”的過程,賦予它們自動能力的學(xué)問,就是自動化。
自動化具備信息科學(xué)的前沿理論和工程實踐的大視野,是二戰(zhàn)后至今發(fā)展較好的新興學(xué)科,也是信息學(xué)院的熱門專業(yè)。同學(xué)們?nèi)绻信d趣報考,要做好辛苦學(xué)習(xí)和實踐的準(zhǔn)備,也可以期待著這個正在發(fā)展中的學(xué)科為你帶來改變世界的成就感。
學(xué)好自動化:多學(xué)多做通實務(wù)
自動化基礎(chǔ)課重、專業(yè)課多,是著名的“通吃”專業(yè),而自動化專業(yè)培養(yǎng)見效快,人才適應(yīng)性好,也是在以“精”聞名的理工專業(yè)里較為不同的。
大一的基礎(chǔ)課整個信息學(xué)院都大同小異由許多基礎(chǔ)課組成,比如數(shù)學(xué)和物理。我認(rèn)為,掌握數(shù)學(xué)的語言和計算機(jī)的語言,是成為高級理工人才的真正基礎(chǔ)。建議大家在大一階段學(xué)好兩門課:一是《微積分》的理論部分,不要像我一樣被解題技巧淹沒,到大三學(xué)信號變換時才豁然開朗——“原來微積分是有意義的!”二是編程的能力。在編程已經(jīng)成為基本技能的時代,它的啟蒙教育卻因為“人人都要學(xué)”而不被教育者重視,對培養(yǎng)編程思想、習(xí)慣、紀(jì)律的貢獻(xiàn)實在不多,不得不說是教學(xué)雙方的遺憾。強(qiáng)烈建議學(xué)弟學(xué)妹們用高考的勁頭吃透教材,不怕失敗、不怕死機(jī)地獨立做完編程作業(yè)。當(dāng)然了,大一最重要的還是認(rèn)識科學(xué)的魅力,除此外,同學(xué)們一定不要錯過文獻(xiàn)檢索課和物理實驗。
在大二時開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課是對專業(yè)興趣的第一次大考驗,精華就是“模電”“數(shù)電”“信號”這三塊磚。我就讀時恰逢《模擬電子電路》(模電)閻石教授在清華園的最后一年執(zhí)教,也聽《信號與系統(tǒng)》的老師講過“我老師的老師跟馮·諾依曼有八卦”,那種觸碰到科學(xué)黃金時代界碑的感受令人難忘。但要說最深刻的影響,還是《數(shù)字電子電路》(數(shù)電)及實驗。至今記得第一次拿到74LS00(最簡單的集成電路元件“與非門”),對著示意圖辨認(rèn)引腳;第一次動手焊電路板,有不少同學(xué)留下了第一處“因公燙傷”;在實驗課上,做出一個顯示距離、靠近就報警的“超聲波倒車提示儀”時,那種眼看知識化為實體的美妙的成就感油然而生。如果你享受這辛苦而有趣的“電子民工”生活,那你就愛上這一行了。
大三、大四的課程里逐漸增加了專業(yè)課,除了要謹(jǐn)防《控制理論》課考試太狠之外,大可根據(jù)專業(yè)偏好選擇和學(xué)習(xí)(一定要點評的話,《運籌學(xué)》頗有趣味,《數(shù)值分析》是我在實習(xí)和工作過程中感到最需要“撿書回來看”的),這里為已經(jīng)決定繼續(xù)深造同學(xué)們特別推薦《模式識別》,簡單說就是“把人認(rèn)識世界的方法教給計算機(jī)”。例如,知道了10位男女同學(xué)的身高體重數(shù)據(jù),怎樣總結(jié)出男女身高體重的差別?怎樣根據(jù)這個特點去判斷一個未知性別的身高體重組合屬于男生還是女生?又怎樣在不斷的“判斷、驗證、總結(jié)”中優(yōu)化判斷規(guī)則,使它越來越準(zhǔn)確?這是機(jī)器人等人工智能技術(shù)的理論基礎(chǔ),也是對人類智慧的科學(xué)提煉,要想學(xué)深自動化,這門課一定要好好領(lǐng)會。
自動化相關(guān)的實踐活動很多,比如我們學(xué)校的“挑戰(zhàn)杯”堪稱自動控制的“全民健身”:命題十分簡潔比如我參加的一次是“坦克打臺球”,材料是拆除了控制模塊的玩具坦克,參賽隊需要從設(shè)計程序、印制電路板做起,做成不靠遙控自動行走的坦克,還要完成“爬坡”“避險”“打球”這樣的任務(wù),爭奪錦標(biāo)。建議學(xué)弟學(xué)妹們無論在本科階段是“大!边是“醬油”,都去參與一把,對自動控制會有一個相對完整的認(rèn)識。
研究和就業(yè)方向
自動化系的項目和資源是比較豐富的,通常在畢業(yè)前就能接觸到不少實務(wù),有助于大家了解深造和就業(yè)的方向,主要分支有:
控制理論,就是研究“控制命令的計算方法”,從最簡單的上下限開關(guān)控制,到工業(yè)生產(chǎn)里常用的PID控制、超前控制,以及近年來頗為“時髦”的魯棒、神經(jīng)元、自適應(yīng)……這個方向更貼近應(yīng)用數(shù)學(xué),是自動化系唯一的“形而上”。
系統(tǒng)工程,這是一門年輕而充滿力量的“研究做大事方法的科學(xué)”。遠(yuǎn)有錢學(xué)森為代表的系統(tǒng)科學(xué)大師,近有中國工程院院長宋健院士,清華自動化系的多位名師也是出自“大系統(tǒng)時代”。目前系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展階段已經(jīng)逐漸從蓬勃創(chuàng)新走進(jìn)成熟穩(wěn)定,但要與工業(yè)生產(chǎn)、工程建設(shè)、城市管理等領(lǐng)域完美結(jié)合,還大有文章可做。我在學(xué)校的幾年里,城市交通系統(tǒng)和企業(yè)資源系統(tǒng)就是研究熱點,也是學(xué)校里外聯(lián)項目最多的方向。
人工智能,大家都知道,機(jī)器人嘛。不過,這機(jī)器人既不是“長得像人”的生物仿生,也不同于“干活不會停”的工業(yè)機(jī)器手。就拿我的師兄們做的“會走路的機(jī)器人”來說,它沒有人形的五官,也沒有超人的速度,但它有傳感器做眼睛看路,有控制程序做大腦給出“前進(jìn)”“轉(zhuǎn)彎”“停下”的指令,有鋼鐵腿腳根據(jù)指令行動——這是模仿“人的生存方式”的機(jī)器人,它的任務(wù)將是在人不便、不能、不愿意工作的環(huán)境里,像人一樣去感知和探索。
產(chǎn)業(yè)實踐,在鋼鐵、化工、造紙、船舶和儀表領(lǐng)域,自動控制從理論到實踐已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)完整。以我先后學(xué)習(xí)過的化工和儀表為例:石油精餾(石油加熱蒸餾,在不同溫度分解出不同化工品)所對應(yīng)的就是一整套控制系統(tǒng),每一級溫度都需要精密的計算和準(zhǔn)確的過程控制;而儀表系統(tǒng)里不同類型、不同標(biāo)準(zhǔn)的儀表,在工業(yè)總線的連接下傳遞和分享數(shù)據(jù),形成一個與局域網(wǎng)類似的工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)。從事這些領(lǐng)域的研究,通常要到大型企業(yè)完成論文或就業(yè),也需要在工業(yè)基礎(chǔ)知識方面再充充電。
一般來說,自動化的保研比例相對較高,如清華有志于留校深造的同學(xué)把學(xué)分修到前50%就差不多了,其他學(xué)校也有20%~30%的同學(xué)們教研或保研。校外的去向,理論類的主要是中科院自動化所,浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的自動控制則偏重產(chǎn)業(yè)實踐。海外進(jìn)修的