工业自动化技术


摘要

自动化技术是一门综合性技术,它和控制论、信息论、系统工程、计算机技术、电子学、液压气压技术、自动控制等都有着十分密切的关系,而其中又以控制理论和计算机技术对自动化技术的影响最大。

自动化技术的发展历史

      最早的反馈控制机制被用于搭风车的风帆,它在1745年已经被埃德蒙·李(Edmund Lee)申请了专利。1788年瓦特改良蒸汽机,人类开始进入了使用机器的时代。其借助于离心调速装置而使其本身的转速保持稳定。这种离心调速装置就是世界上最早的自动化机器。20世纪40年代,通过美国数学家维纳等人的努力,在自动调节、计算机、通信技术、仿生学以及其他学科互相渗透的基础上,产生了控制论。这一理论对自动化技术有着深远影响。维纳提出的反馈控制原理,仍然是控制理论中的一条重要规律。20世纪60年代,随着复杂的工业生产过程、航空及航天技术、社会经济系统等领域的进步使自动控制理论得以迅速发展,自动化技术水平大大提高。两个显著进展是数字计算机得到广泛应用以及现代控制理论的诞生。到了21世纪,自动化技术进入了计算机自动设计(英文:Computer-Automated Design,CAutoD)的年代。

自动化技术的工具

工程师可以数字控制自动化设备。其结果是迅速扩大了应用范围和人类活动。

不同类型的自动化工具存在:

ANN -人工神经网络

DCS - 分布式控制系统

HMI - 人-机用户界面

SCADA -数据采集与监控系统

PLC -可编程逻辑控制器

机器人学

自动化技术的应用

工业自动化是自动化技术应用的一个最为重要的方向。其具体运用的方面有:

计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)

综合办公自动化(OA)(例如:门禁系统、资讯科技稽核)

过程控制与自动化仪器仪表

人工智能技术

自动化在工业上带来的影响

工业自动化多以自动设备取代高危险、单调性、高频率的人力行为,如取热铸件、每隔几分钟取料、组装线。 透过自动化的设备导入,协助解决人资调涨、技术断层、品质稳定的状况。自动化为固定模式的概念,在导入前需要准备的工作如下:

标准化作业:自动化为一切由计算、规划、输入电脑设定,控制重复作业所构成的功能,将每一项生产步骤统一制度化才能接着由人去规划、计算。

风险性评估:对于生产过程中间可能会有的风险,如:金属加工所生铁屑、压铸、成型要夹取未去毛编的铝块‥考验的是规划商的技术与经验,风险评估将大大影响这套产品最后所生成效益,最好让规划自动化设备厂商与机械制造厂商间多评估,以避免生产状况影响自动化运作。

效能评估:一般来说,规划商会以人力与时间作为依据,预估可节省之效益,因自动化设备如机械手臂Robot一组高至百万,或门型机械手价格平近但仍不斐,若效益未达,则不建议导入。

简易三要点评断是否适合自动化导入:

年产量大。

加工时间短。

产品形状单纯。

同时自动化也可能造成失业问题的增加成为政治议题,传统自动化机械随着电脑发展逐渐智能化,有可能导致渗透进更下端的产业和更小型的公司,取代更多的职缺,这种取代有可能是一种等比级数的扩张,日经新闻曾研究2030年后日本可能被机器人抢走735万工作机会,而被抢工作的人会涌向其他工作机会,让其他工作的劳工在资方面前更弱势而遭到薪资和福利的不利影响,所以自动化技术有可能加剧贫富差距而成为未可知的巨大问题。

自动化技术的未来趋势

自动化应用领域可分为:办公自动化,机械自动化,信息自动化,工业自动化,污水处理自动化等等,应用十分广泛。其总体发展趋势是:更广泛地与各地现代化技术相结合、特别是与计算机技术及控制论结合,从物理活动的自动化向着信息活动的自动化发展,比如利用计算机来自动设计,而不只是辅助设计。

机械功能多元化:工商业产品已趋向精致化及多元化,在大环境变化下,多元化、弹性化且具有多种切换功能的包装机种方能适应市场需求。

控制智能化:包装机械厂家普遍使用PLC动力负载控制器,虽然PLC弹性很大,但仍未具有电脑(含软件)所拥有的强大功能。未来包装机械必须具备多功能化、调整操作简单等条件,基于电脑的智能型仪器将成为食品包装控制器的新趋势。

结构设计标准化、模组化:充分利用原有机型模组化设计,可在短时间内转换新机型。

新应用

产业的大环境为工业领域提出了很多新的课题,如产业结构的优化、竞争力和创新能力的提升、制造业的绿色与智能化等等,尤其是“十八大”盛会的召开,更加强调了在新形势下将“创新”、“绿色”等关键词融入行业发展趋势中的必要性和紧迫性,产业创新升级、单位GDP能耗等“硬”指标也将在未来一段时期内不断考验中国的制造业发展。正是在这样的背景之下,制造业中的自动化技术也被赋予越来越重要的定位,除了其固有的控制、监测等功能,自动化技术也成为了提高能效、改善生产管理水平的利器,其在各个分支领域的技术应用也在不断走向深化。

工业机器人的应用“热”

工业机器人是制造业创新自动化应用的一个典型例子,而这一前沿技术也毫无争议地成为了业界讨论的热点,这样的现象也吸引了很多应用行业投来的目光,大有一夺业界眼球之势。从制造业大鳄富士康高调向“机器劳动力”伸出“橄榄枝”,到众多机器人厂商携新产品新应用频频出镜,工业机器人仿佛已经走上了技术升级、应用拓展的快行道 

业界有一句话,说自动化技术是工业领域的“万金油”技术,由此可见自动化技术的应用之广泛。事实上,从上层的控制系统,到底层的数据采集、传动驱动,都是自动化技术的用武之地。尤其是随着产业宏观需求的变化,自动化技术在整个工业体系内的角色和定位也在不断深入。

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