自動化

自動化（Automation）是指機器設備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預期的目標的過程。自動化技術廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務和家庭等方面。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認識世界和改造世界的能力。因此，自動化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化的重要條件和顯著標志。

中文名

自動化

外文名

Automation

應用領域

工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等

作    用

提高勞動生產(chǎn)率等

目     錄

1發(fā)展介紹

1946年，美國福特公司的機械工程師D.S.哈德最先提出“自動化”一詞，并用來描述發(fā)動機汽缸的自動傳送和加工的過程。50年代，

自動化設備（圖1）

自動調(diào)節(jié)器和經(jīng)典控制理論的發(fā)展，使自動化進入以單變量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)為主的局部自動化階段。60年代，隨現(xiàn)代控制理論的出現(xiàn)和電子計算機的推廣應用，自動控制與信息處理結合起來，使自動化進入到生產(chǎn)過程的最優(yōu)控制與管理的綜合自動化階段。

70年代，自動化的對象變?yōu)榇笠?guī)模、復雜的工程和非工程系統(tǒng)，涉及許多用現(xiàn)代控制理論難以解決的問題。這些問題的研究，促進了自動化的理論、方法和手段的革新，于是出現(xiàn)了大系統(tǒng)的系統(tǒng)控制和復雜系統(tǒng)的智能控制，出現(xiàn)了綜合利用計算機、通信技術、系統(tǒng)工程和人工智能等成果的高級自動化系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、辦公自動化、智能機器人、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)等。

自動裝置的出現(xiàn)和應用是在18世紀。自動化技術形成時期是在18世紀末～20世紀30年代。1788年英國機械師J.瓦特發(fā)明離心式調(diào)速器（又稱飛球調(diào)速器），并把它與蒸汽機的閥門連接起來，構成蒸汽機轉速的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。瓦特的這項發(fā)明開創(chuàng)了近代自動調(diào)節(jié)裝置應用的

自動化設備（圖2）

新紀元，對第一次工業(yè)革命及后來控制理論的發(fā)展有重要影響。人們開始采用自動調(diào)節(jié)裝置，來對付工業(yè)生產(chǎn)中提出的控制問題。這些調(diào)節(jié)器都是一些跟蹤給定值的裝置，使一些物理量保持在給定值附近。自動調(diào)節(jié)器應用標志著自動化技術進入新的歷史時期。進入20世紀以后，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用各種自動調(diào)節(jié)裝置，促進了對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行分析和綜合的研究工作。這一時期雖然在自動調(diào)節(jié)器中已廣泛應用反饋控制的結構，但從理論上研究反饋控制的原理則是從20世紀20年代開始的。1833年英國數(shù)學家C.巴貝奇在設計分析機時首先提出程序控制的原理。1939年世界上第一批系統(tǒng)與控制的專業(yè)研究機構成立，為20世紀40年代形成經(jīng)典控制理論和發(fā)展局部自動化作了理論上和組織上的準備。

20世紀40～50年代是局部自動化時期第二次世界大戰(zhàn)時期形成的經(jīng)典控制理

自動化設備（圖3）

論對戰(zhàn)后發(fā)展局部自動化起了重要的促進作用。在問題的過程中形成了經(jīng)典控制理論﹐設計出各種精密的自動調(diào)節(jié)裝置﹐開創(chuàng)了系統(tǒng)和控制這一新的科學領域。這一新的學科當時在美國稱為伺服機構理論﹐在蘇聯(lián)稱為自動調(diào)整理論﹐主要是解決單變量的控制問題。經(jīng)典控制理論這個名稱是1960年在第一屆全美聯(lián)合自動控制會議上提出來的。1945年后由于戰(zhàn)時出版禁令的解除﹐出現(xiàn)了系統(tǒng)闡述經(jīng)典控制理論的著作。1945年美國數(shù)學家維納﹐N.把反饋的概念推廣到一切控制系統(tǒng)。50年代以后﹐經(jīng)典控制理論有了許多新的發(fā)展。。經(jīng)典控制理論的方法基本上能滿足第二次世界大戰(zhàn)中軍事技術上的需要和戰(zhàn)后工業(yè)發(fā)展上的需要。但是到了50年代末就發(fā)現(xiàn)把經(jīng)典控制理論的方法推廣到多變量系統(tǒng)時會得出錯誤的結論。經(jīng)典控制理論的方法有其局限性。

20世紀40年代中發(fā)明的電子數(shù)字計算機開創(chuàng)了數(shù)字程序控制的新紀元﹐雖然當時還局限于自動計算方面，但ENIAC和EDVAC的制造成功﹐開創(chuàng)了電子數(shù)字程序控制的新紀元。電子數(shù)字計算機的發(fā)明為60～70年代在控制系統(tǒng)中廣泛應用程序控制和邏輯控制以及廣泛應用電子數(shù)字計算機直接控制生產(chǎn)過程奠定了基礎。

20世紀50年代末起至今是綜合自動化時期，這一時期空間技術迅速發(fā)展，迫切需要解決多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。于是誕生了現(xiàn)代控制理論�，F(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展為綜合自動化奠定了理論基礎。同時微電子技術有了新的突破。1958年出現(xiàn)晶體管計算機，1965年出現(xiàn)集成電路計算機，1971年出現(xiàn)單片微處理機。微處理機的出現(xiàn)對控制技術產(chǎn)生了重大影響﹐控制工程師可以很方便地利用微處理機來實現(xiàn)各種復雜的控制，使綜合自動化成為現(xiàn)實。“自動化(Automation)”是美國人D.S.Harder于1936年提出的他認為在一個生產(chǎn)過程中，機器之間的零件轉移不用人去搬運就是“自動化”。

2概念介紹

自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。過去，人們對自動化的理解或者說自動化的功能目標是以機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實質上是自動化代替人的體力勞動的觀點。后來隨著電子和信息技術的發(fā)展，特別是隨著計算機的出現(xiàn)和廣泛應用，自動化的概念已擴展為用機器(包括計算機)不僅代替人的體力勞動而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業(yè)。

自動化的廣義內(nèi)涵至少包括以下幾點：在形式方面，制造自動化有三個方面的含義：代替人的體力勞動，代替或輔助人的腦力勞動，制造系統(tǒng)中人機及整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。在功能方面，自動化代替人的體力勞動或腦力勞動僅僅是自動化功能目標體系的一部分。自動化的功能目標是多方面的，已形成一個有機體系。在范圍方面，制造自動化不僅涉及到具體生產(chǎn)制造過程，而是涉及產(chǎn)品生命周期所有過程。

3研究內(nèi)容

自動化是一門涉及學科較多、應用廣泛的綜合性科學技術。

自動化設備（圖5）

作為一個系統(tǒng)工程，它由5個單元組成：

1、程序單元。決定做什么和如何做。

2、作用單元。施加能量和定位。

3、傳感單元。檢測過程的性能和狀態(tài)。

4、制定單元。對傳感單元送來的信息進行比較，制定和發(fā)出指令信號。

5、控制單元。進行制定并調(diào)節(jié)作用單元的機構。自動化的研究內(nèi)容主要有自動控制和信息處理兩個方面，包括理論、方法、硬件和軟件等，從應用觀點來看，研究內(nèi)容有過程自動化、機械制造自動化、管理自動化、實驗室自動化和家庭自動化等。

過程自動化：石油煉制和化工等工業(yè)中流體或粉體的化學處理自動化。一般采用由檢測儀表、調(diào)節(jié)器和計算機等組成的過程控制系統(tǒng)，對加熱爐、精餾塔等設備或整個工廠進行最優(yōu)控制。采用的主要控制方式有反饋控制、前饋控制和最優(yōu)控制等。

機械制造自動化：這是機械化、電氣化與自動控制相結合的結果，處理的對象是離散工件。早期的機械制造自動化是采用機械或電氣部件

自動化設備（圖6）

的單機自動化或是簡單的自動生產(chǎn)線。20世紀60年代以后，由于電子計算機的應用，出現(xiàn)了數(shù)控機床、加工中心、機器人、計算機輔助設計、計算機輔助制造、自動化倉庫等。研制出適應多品種、小批量生產(chǎn)型式的柔性制造系統(tǒng)（FMS）。以柔性制造系統(tǒng)為基礎的自動化車間，加上信息管理、生產(chǎn)管理自動化，出現(xiàn)了采用計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的工廠自動化。

管理自動化：工廠或事業(yè)單位的人、財、物、生產(chǎn)、辦公等業(yè)務管理自動化，是以信息處理為核心的綜合性技術，涉及電子計算機、通信系統(tǒng)與控制等學科。一般采用由多臺具有高速處理大量信息能力的計算機和各種終端組成的局部網(wǎng)絡�，F(xiàn)代已在管理信息系統(tǒng)的基礎上研制出決策支持系統(tǒng)（DSS），為高層管理人員決策提供備選的方案。

對社會的影響自動化是新的技術革命的一個重要方面。自動化技術的研究、應用和推廣，對人類的生產(chǎn)、生活等方式將產(chǎn)生深遠影響。生產(chǎn)過程自動化和辦公室自動化可極大地提高社會生產(chǎn)率和工作效率，節(jié)約能源和原材料消耗，保證產(chǎn)品質量，改善勞動條件，改進生產(chǎn)工藝和管理體制，加速社會的產(chǎn)業(yè)結構的變革和社會信息化的進程。

4實施時機

1、記錄生產(chǎn)過程。

2、進行增值分析，把哪些非增值性的操作項目鑒定出來。

3、把非增值性操作盡可能多地消除掉。

4、評估“新的經(jīng)過該站”的過程，對在該過程匯總應用自動化進行成本效益分析。

5、如果效益大于成本，或者能取得顯著的質量效益，則實行自動化。

5發(fā)展趨勢

現(xiàn)代生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，對自動化技術提出越來越高的要求，同時也為自動化技術的革新提供了必要條件。70年代以后，自動化開始

自動化設備（圖7）

向復雜的系統(tǒng)控制和高級的智能控制發(fā)展，并廣泛地應用到國防、科學研究和經(jīng)濟等各個領域，實現(xiàn)更大規(guī)模的自動化，例如大型企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)、全國鐵路自動調(diào)度系統(tǒng)、國家電力網(wǎng)自動調(diào)度系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、城市交通控制系統(tǒng)、自動化指揮系統(tǒng)、國民經(jīng)濟管理系統(tǒng)等。自動化的應用正從工程領域向非工程領域擴展，如醫(yī)療自動化、人口控制、經(jīng)濟管理自動化等。自動化將在更大程度上模仿人的智能，機器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測等領域得到應用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質勘探等方面取得顯著效果。工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化和農(nóng)業(yè)自動化將成為新技術革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。

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