工業自動化（工業技術）

工業自動化（工業技術）

工業自動化 （工業技術） 次瀏覽 | 2022.09.26 20:10:50 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 工業自動化工業技術

工業自動化就是工業生產中的各種參數為控制目的，實現各種過程控制，在整個工業生產中，盡量減少人力的操作，而能充分利用動物以外的能源與各種資訊來進行生產工作，即稱為工業自動化生產，而使工業能進行自動生產之過程稱為工業自動化。

中文名

工業自動化

釋義

是工業生產中的各種參數為控制目的，實現各種過程控制，在整個工業生產中，盡量減少人力的操作，而能充分利用動物以外的能

別稱

工業自動化生產

概述工業自動化

工業自動化是機器設備或生產過程在不需要人工直接干預的情況下,按預期的目標實現測量、操縱等信息處理和過程控制的統稱。自動化技術就是探索和研究實現自動化過程的方法和技術。它是涉及機械、微電子、計算機等技術領域的一門綜合性技術。工業革命是自動化技術的助產士。正是由于工業革命的需要，自動化技術才沖破了卵殼，得到了蓬勃發展。同時自動化技術也促進了工業的進步，如今自動化技術已經被廣泛的應用于機械制造、電力、建筑、交通運輸、信息技術等領域，成為提高勞動生產率的主要手段。

發展40年代--60年代初：

需求動力：市場競爭,資源利用,減輕勞動強度,提高產品質量,適應批量生產需要。主要特點：此階段主要為單機自動化階段,主要特點是:各種單機自動化加工設備出現,并不斷擴大應用和向縱深方向發展。典型成果和產品：硬件數控系統的數控機床。

60年代中--70年代初期：

需求動力：市場競爭加劇,要求產品更新快,產品質量高,并適應大中批量生產需要和減輕勞動強度。主要特點：此階段主要以自動生產線為標志,其主要特點是:在單機自動化的基礎上,各種組合機床、組合生產線出現,同時軟件數控系統出現并用于機床,CAD、CAM等軟件開始用于實際工程的設計和制造中,此階段硬件加工設備適合于大中批量的生產和加工。 典型成果和產品：用于鉆、鏜、銑等加工的自動生產線。

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70年代中期--至今：

需求動力：市場環境的變化,使多品種、中小批量生產中普遍性問題愈發嚴重,要求自動化技術向其廣度和深度發展,使其各相關技術高度綜合,發揮整體最佳效能。主要特點：自70年代初期美國學者首次提出CIM概念至今,自動化領域已發生了巨大變化,其主要特點是:CIM已作為一種哲理、一種方法逐步為人們所接受;CIM也是一種實現集成的相應技術,把分散獨立的單元自動化技術集成為一個優化的整體。所謂哲理,就是企業應根據需求來分析并克服現存的“瓶頸”,從而實現不斷提高實力、競爭力的思想策略;而作為實現集成的相應技術,一般認為是:數據獲取、分配、共享;網絡和通信;車間層設備控制器;計算機硬、軟件的規范、標準等。同時,并行工程作為一種經營哲理和工作模式自80年代末期開始應用和活躍于自動化技術領域,并將進一步促進單元自動化技術的集成。典型成果和產品：CIMS工廠,柔性制造系統(FMS)。

制造業

蒸汽機—新時代的開端，設計自動化—CAD和CAPP，車間舊貌換新顏，數控機床、柔性制造系統（FMS）、　　虛擬機床、DNC系統、淺談自動化孤島、未來工廠—CIMS、自動化倉庫ABC、現場總線技術、制造自動化：并行工程、敏捷制造、精良生產、仿生制造、智能制造、虛擬制造、虛擬現實技術１、虛擬現實技術２。

電力系統自動化

隨著國民經濟的發展，人民生活水平的提高，電能的需要也在不斷地增加，發電設備也相應增多，電網結構和運行方式也越來越復雜，人們對電能質量的要求也越來越高。為

電力自動化

了保證用戶的用電，必須對電網進行管理和控制。

電力系統運行管理和調度的任務很復雜，但簡單說來，就是：

①、盡量維持電力系統的正常運行，安全是電力系統的頭等大事，系統一旦發生事故，其危害是難以估計的，因此，努力維持電力系統的正常運行是首要任務；

②、為用戶提供高質量的電能，反映電能質量的三個參數就是電壓、頻率和波形。這三個參數必須在規定范圍內，才能保證電能的質量。穩定電壓的關鍵是調節系統中無功功率的平衡，頻率的變化，是整個系統有功功率的平衡問題，波形是由發電機決定的；

③、保證電力系統運行的經濟性，使發電成本最經濟。

電力系統是一個分布面廣、設備量大、信息參數多的系統，發電廠發出電能供給用戶，必須經幾級變壓器變壓才能傳輸。各級電壓通過輸電線路向用戶供電，電壓從低到高，再從高到低，以利于能量的傳送。電壓的變換，形成不同的電壓級別，形成一個個不同電壓級別的變電站，變電站之間是輸電線，因而形成了復雜的電力網拓撲結構。電網調度正是按照電網的這種拓撲結構進行管理和調度的。

一般情況下，電網按電壓級別設置調度中心，電壓級別越高，調度中心的級別也越高。整個系統是一個寶塔型的網絡圖。分級調度可以簡化網絡的拓撲結構，使信息的傳送變得更加合理，從而大大節省通信設備，并提高了系統運行的穩定性。按中國的情況，電力系統調度分為國家調度中心，大區網局級調度控制中心，省級調度控制中心，地區調度控制中心，縣級調度中心。各級直接管理和調度其下一層調度中心。

電量綜合表

電網調度自動化是一個總稱，由于各級調度中心的任務不同，調度自動化系統的規模也不同，但無論哪一級調度自動化系統，都具有一種最基本的功能，就是監視控制和數據收集系統，又稱SCADA系統功能（Supervisory Control And Data Acquisition ）。

SCADA主要包括以下一些功能：

電力系統自動化（1）數據采集；（2）信息顯示；（3）監視控制；（4）報警處理；（5）信息存儲及報告（6）事件順序記錄；（7）數據計算；（8）具有RTU（遠端終端單元）處理功能；（9）事件追憶功能。

自動發電控制功能AGC：AGC系統主要要求達到對發電機發電多少不是由電廠直接控制，而是由電廠上級的調度中心根據全局優化的原則來進行控制。

經濟調度控制功能EDC（Economic Dispatch Control）：EDC的目的是控制電力系統中各發電機的出力分配，使電網運行成本最小，EDC常包含在AGC中。

安全分析功能SA（Security Analyze）：SA功能是電網調度為了做到“防患于未然”而配備的功能。它通過計算機對當前電網運行狀態的分析，估計出可能出現的故障，預先采取措施，避免事故發生。如果電網調度自動化系統具有了SCADA+AGC/EDC+SA功能，就稱為能量管理系統EMS（Energy Management System）。

數字傳輸技術和光纖通信技術的提高，使得電網調度自動化也進入了網絡化，目前電網調度中的計算機配置大多采用了開發分布式計算機系統。隨著中國國民經濟的發展，中國現在也進入了大電網、大機組、超高壓輸電的時代。完全可以相信，隨著中國新建電網自動化系統的發展，中國電網調度自動化水平會進一步地提高，達到世界先進水平。

柔性制造系統

柔性制造技術(FMS)是對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和。柔性制造技術是技術密集型的技術群，凡是側重于柔性，適應于多品種、中小批量（包括單件產品）的加工技術都屬于柔性制造技術。

柔性可以表述為兩個方面。第一方面是系統適應外部環境變化的能力，可用系統滿足新產品要求的程度來衡量；第二方面是系統適應內部變化的能力，可用在有干擾（如機器出現故障）情況下，這時系統的生產率與無干擾情況下的生產率期望值之比可以用來衡量柔性。“

電網管理自動化

柔性”是相對于“剛性”而言的，傳統的“剛性”自動化生產線主要實現單一品種的大批量生產。其優點是生產率很高，由于設備是固定的，所以設備利用率也很高，單件產品的成本低。但價格相當昂貴，且只能加工一個或幾個相類似的零件。如果想要獲得其他品種的產品，則必須對其結構進行大調整，重新配置系統內各要素，其工作量和經費投入與構造一個新的生產線往往不相上下。剛性的大批量制造自動化生產線只適合生產少數幾個品種的產品，難以應付多品種中小批量的生產。

隨著社會進步和生活水平的提高，市場更加需要具有特色、符合顧客個人要求樣式和功能千差萬別的產品。激烈的市場競爭迫使傳統的大規模生產方式發生改變，要求對傳統的零部件生產工藝加以改進。傳統的制造系統不能滿足市場對多品種小批量產品的需求，這就使系統的柔性對系統的生存越來越重要。隨著批量生產時代正逐漸被適應市場動態變化的生產所替換，一個制造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發周期內，生產出較低成本、較高質量的不同品種產品的能力。柔性已占有相當重要的位置。[1]

柔性主要包括：

●機器柔性 當要求生產一系列不同類型的產品時，機器隨產品變化而加工不同零件的難易程度。

●工藝柔性 一是工藝流程不變時自身適應產品或原材料變化的能力；二是制造系統內為適應產品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。

●產品柔性 一是產品更新或完全轉向后，系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力；二是產品更新后，對老產品有用特性的繼承能力和兼容能力。

●維護柔性 采用多種方式查詢、處理故障，保障生產正常進行的能力。

●生產能力柔性 當生產量改變、系統也能經濟地運行的能力。對于根據訂貨而組織生產的制造系統，這一點尤為重要。

●擴展柔性 當生產需要的時候

倉儲自動化設備

，可以很容易地擴展系統結構，增加模塊，構成一個更大系統的能力。

●運行柔性 利用不同的機器、材料、工藝流程來生產一系列產品的能力和同樣的產品，換用不同工序加工的能力。

柔性制造系統

是有一個由計算機集成管理和控制的、用于高效率地制造中小批量多品種零部件的自動化制造系統。它具有：

●多個標準的制造單元，具有自動上下料功能的數控機床；

●一套物料存儲運輸系統，可以在機床的裝夾工位之間運送工件和刀具；FMS是一套可編程的制造系統，含有自動物料輸送設備，能在計算機的支持下實現信息集成和物流集成，它

●可同時加工具有相似形體特征和加工工藝的多種零件；

●能自動更換刀具和工件；

●能方便地上網，容易于其它系統集成；

●能進行動態調度，局部故障時，可動態重組物流路徑。

目前FMS規模趨于小型化、低成本，演變成柔性制造單元FMC，它可能只有一臺加工中心，但具有獨立自動加工能力。有的FMC具有自動傳送和監控管理的功能，有的FMC還可以實現24小時無人運轉。用于裝備的FMS稱為柔性裝備系統（FAS）。

智能制造

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思。和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

談起智能制造，首先應介紹日本在1990年4月所倡導的“智能制造系統IMS”國際合作研究計劃。許多發達國家如美國、歐洲共同體、加拿大、澳大利亞等參加了該項計劃。該計劃共計劃投資10億美元，對100個項目實施前期科研計劃。

毫無疑問，智能化是制造自動化的發展方向。在制造過程的各個環節幾乎都廣泛應用人工智能技術。專家系統技術可以用于工程設計，工藝過程設計，生產調度，故障診斷等。也可以

光電自動控制

將神經網絡和模糊控制技術等先進的計算機智能方法應用于產品配方，生產調度等，實現制造過程智能化。而人工智能技術尤其適合于解決特別復雜和不確定的問題。但同樣顯然的是，要在企業制造的全過程中全部實現智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遙遠的將來。有人甚至提出這樣的問題，下個世紀會實現智能自動化嗎？而如果只是在企業的某個局部緩解實現智能化，而又無法保證全局的優化，則這種智能化的意義是有限的。

從廣義概念上來理解，CIMS（計算機集成制造系統），敏捷制造等都可以看作是智能自動化的例子。的確，除了制造過程本身可以實現智能化外，還可以逐步實現智能設計，智能管理等，再加上信息集成，全局優化，逐步提高系統的智能化水平，最終建立智能制造系統。這可能是實現智能制造的一種可行途徑。

多智能體（Multi-Agent）系統

Agent原為代理商，是指在商品經濟活動中被授權代表委托人的一方。后來被借用到人工智能和計算機科學等領域，以描述計算機軟件的智能行為，稱為智能體。1992年曾經有人預言：“基于Agent的計算將可能成為下一代軟件開發的重大突破。"隨著人工智能和計算機技術在制造業中的廣泛應用，多智能體系統技術對解決產品設計、生產制造乃至產品的整個生命周期中的多領域間的協調合作提供了一種智能化的方法，也為系統集成、并行設計，并實現智能制造提供了更有效的手段。

整子系統（Holonic System）

整子系統的基本構件是整子（Holon）。Holon是從希臘語借過來的，人們用Holon表示系統的最小組成個體，整子系統就是由很多不同種類的整子構成。整子的最本質特征是：

●自治性，每個整子可以對其自身

綜合自動化系統

的操作行為作出規劃，可以對意外事件（如制造資源變化、制造任務貨物要求變化等）作出反應，并且其行為可控；

●合作性，每個整子可以請求其它整子執行某種操作行為，也可以對其他整子提出的操作申請提供服務；

●智能性，整子具有推理、判斷等智力，這也是它具有自治性和合作性的內在原因。整子的上述特點表明，它與智能體的概念相似。由于整子的全能性，有人把它也譯為全能系統。

整子系統的特點是：

●敏捷性，具有自組織能力，可快速、可靠地組建新系統。

●柔性，對于快速變化的市場、變化的制造要求有很強的適應性。

除此之外，還有生物制造、綠色制造、分形制造等模式。制造模式主要反映了管理科學的發展，也是自動化、系統技術的研究成果，它將對各種單元自動化技術提出新的課題，從而在整體上影響到制造自動化的發展方向。展望未來，21世紀的制造自動化將沿著歷史的軌道繼續前進。

自動化倉庫

自動化倉庫ABC ，自動化技術在倉儲領域（包括主體倉庫）中的發展可分為五個階段：人工倉儲階段、機械化倉儲階段、自動化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能自動化倉儲階段。在90年代后期及21世紀的若干年內，智能自動化倉儲將是自動化技術的主要發展方向。

第一階段

，物資的輸送、存儲、管理和

自動化立體倉儲

控制主要靠人工實現，其實時性和直觀性是明顯的優點。人工倉儲技術在初期設備投資的經濟指標也具有優越性。

第二階段，

物料可以通過各種各樣的傳帶，工業輸送車、機械手、吊車、堆垛機和升降機來移動和搬運，用貨架托盤和可移動貨架存儲物料，通過人工操作機械存取設備，用限位開關，螺旋機械制動和機械監視器等控制設備的運行。機械化滿足了人們速度、精度、高度、重量、重復存取和搬運等要求。

第三階段

是自動化倉儲技術階段，自動化技術對倉儲技術和發展起了重要的促進作用。 50年代末和60年代，相繼研制和采用了自動導引小車（AVG）、自動貨架、自動存取機器人、自動識別和自動分揀等系統。70年代和80年代，旋轉體式貨架、移動式貨架、巷道式堆垛機和其他搬運設備都加入了自動控制的行列，但這時只是各個設備的局部自動化并各自獨立應用，被稱為"自動化孤島"。隨著計算機技術的發展，工作重點轉向物資的控制和管理，要求實時，協調和一體化，計算機之間、數據采集點之間、機械設備的控制器之間以及它們與主計算機之間的通信可以及時地匯總信息，倉庫計算機及時地記錄訂貨和到貨時間，顯示庫存量，計劃人員可以方便地作出供貨決策，他們知道正在生產什么、訂什么貨、什么時間發什么貨、管理人員隨時掌握貨源及需求。信息技術的應用已成為倉儲技術的重要支柱。

第四階段

是集成自動化倉儲技術階段，在70年代末和80年代，自動化技術被越來越多地用到生產和分配領域，顯然，“自動化孤島”需要集成化，于是便形成了“集成系統”的概念。在集成化系統中，整個系統的有機協作，使總體效益和生產的應變能力大大超過各部分獨立效益的總和。

集成化倉庫技術作為計算機集成制造系統（CIMS-Computer Integrated Manufacturing System）中物資存儲的中心受到人們的重視。 雖然人們在80年

自動化立體倉儲

代已經注意到系統集成化，但至今在中國已建成的集成化倉儲系統還不多。 在集成化系統里包括了人、設備和控制系統，前述三個階段是基礎。

70年代初期，中國開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫。1980年，由北京機械工業自動化研究所等單位研制建成的我國第一座自動化立體倉庫在北京汽車制造廠投產。(將拍攝自動化倉庫的照片)從此以后，立體倉庫在我國得到了迅速的發展。據不完全統計，目前我國已建成的立體倉庫近三百座，其中全自動的立體倉庫有30多個。中國的自動化倉庫技術已實現了與其他信息決策系統的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。

第五階段是智能自動化倉儲技術，人工智能技術發展了自動化技術向更高級的階段——智能自動化方向發展。現在，智能自動化倉儲技術還處于初級發展階段，到二十世紀倉儲技術的智能化將具有廣闊的應用前景。

自動化倉庫的分類方式有：

1．按建筑形式分為整體和分離式。

2．按貨物存取形式分為單元貨架式，移動貨架式和揀選貨架式。

3．按貨架構造形式分為單元貨架式，貫通式，水平循環式和垂直循環式倉庫。

4．按所起的作用分為生產性倉庫和流通性倉庫。

5．按自動化倉庫與生產聯接的緊密程度分為獨立型，半緊密型和緊密型倉庫。[2]

自動化工廠勢在必行

如果說富士康的大規模內遷是為了應對“跳樓門”和加薪的影響，借機完成了在中國大陸的布局，今天的機器人計劃則是郭臺銘短時間彌補用工空缺，并逐漸擺脫對廉價勞動力依賴的一次挑戰。

“跳樓門”以后，富士康屢次調整薪資標準，兩年時間里，整體薪資水平提升30%以上。以深圳為例，富士康一線工人每月底薪從2010年的900元漲到2012年的2200元左右。波士頓咨詢發布的一份研究報告稱，考慮到人民幣的升值因素和美國工人相對價高的勞動生產率，到2015年，中國制造業的凈勞動力成本將與美國相當，同時中國政府也定下了到2015年最低工資標準年均增長13%以上的目標。對于整體利潤僅有3%～4%的代工廠來說，“請不起人”已經不是天方夜譚。

“勞動力貴不貴，只是問題的一個方面，有沒有勞動力的問題恐怕更加嚴峻。”上海教育科學研究院職業教育與成人教育研究所副所長陳嵩說。自2004年“民工荒”以來，企業始終面臨人力不夠這一棘手難題。到明年，中國的勞動力數量將達到10億的峰值，之后將逐年縮減。在未來新型城鎮化建設、經濟結構轉型和人口結構改變的背景下，也將促使“用工荒”這種季節性、結構性缺工現象愈演愈烈。富士康在鄭州目前僅有5萬人，遠低于其產能規劃，在成都等地情況也大幅低于預期。而規模一直是代工企業在低利潤環境下生存的重要推動力量。

人口成本上升，企業成本增加，利潤減少，倒逼企業技術升級，機器人任勞任怨、性價比高的優點便顯現了出來。

參考資料