什么是自动化？自动化类型、自动化技术和自动化工具

什么是自动化？自动化类型、自动化技术和自动化工具

自动化是现代工业的重要组成部分，从简单的机械装置到复杂的计算机控制系统，自动化技术正在改变我们的生产方式和生活方式。本文将为您详细介绍自动化的定义、类型、工具和技术，以及其在不同行业中的应用和未来发展趋势。

什么是自动化？

自动化这个术语意味着机械或重复过程的使用或自动控制。自动化通常用于制造业和工业应用中。

在现代技术出现之前，许多这些任务都是手工完成的。然而，工业自动化的目的是通过增加机械设备来节省时间和提高效率。

如今，自动化已成为工厂、通讯网络和交通运输中的常规设备。一些现代自动化的例子包括：

• 制造工艺
• 锅炉和恒温器根据环境条件自动调节
• 自动驾驶和类似的运输过程
• 控制多模电话网络

自动化技术可以是简单的，也可以是复杂的，具有多个数据输入进行响应和评估。尽管有许多类型的自动化技术，但它们都是基于相同的基本原理运作的 - 比较数据的测量值与其理想值，然后进行必要的调整。这个基本特征就是控制回路。

自动化设备通常结合不同的技术，包括：

• 电气系统
• 电子学
• 气动元件
• 液压系统
• 机械设备

无论使用何种技术，所有的自动系统都需要协调传感器提供数据输入和执行器提供数据输出。这些输出会促使对系统进行必要的调整，以确保所需的事件发生。

自动化类型

现代自动化技术分为三大类。它们是：

灵活自动化

灵活自动化这个术语应用于不限于单一结果的生产系统，而是可以快速重新配置以创建不同的组件或产品，或以其他方式处理相同零件的不同生产周期。这种灵活性还包括生产数量。

灵活自动化通常指的是加工 - 使用计算机控制的工具制造零部件或物品 - 以及装配系统，其中零部件被组装在一起。

固定自动化

相比之下，固定自动化缺乏灵活性，因为它受到现有设备组合的限制。如果需要变更操作，就必须移除这些硬件（机械部件、齿轮、电缆等等）并替换为另一个特别编程的系统。

固定自动化通常需要大量初始支出，适合生产线和总装线等大批量产生产品。

可编程自动化

可编程自动化是一种专注于批量生产产品或零部件的方法。这种批次的数量可能差异很大，但总量通常低于固定自动化。一旦完成一个特定批次的生产，操作员必须重新为下一个批次重新编程设备。这需要时间，但自动化硬件专门设计用于允许这种变更。

计算机控制的加工和3D打印工具 - CNC（计算机数控）设备 - 都是可编程自动化广泛使用的例子。

自动化工具和自动化技术

或许自动化领域近期重大的进展是计算机数控（CNC）技术的发展。计算机控制系统可以在自动化系统中实现以往无法做到的精度和复杂性。

CNC技术的例子包括：

• 计算机辅助设计（CAD）系统
• 计算机辅助制造（CAM）系统
• 可编程逻辑控制器（PLC）
• 比例积分微分（PID）系统

PLC是由人工操作员管理的专用计算机系统，协调系统内传感器和执行器之间的数据流动。它们设计成物理坚固，以抵抗工厂和类似工业环境中的灰尘和振动。其尺寸大小从模块化到机架安装不等。

PID旨在评估工业机械的连续反馈-换句话说，它们是控制回路设备。

PLC和PID只是工业自动化快速发展范围内技术的两个例子。其他例子包括：

• 人工神经网络-这是一种人工智能形式，旨在从环境输入中学习并做出恰当回应。它们不仅在数控系统中使用，还有许多其他用途。
• 分布式控制系统-这些系统将多个自治设备结合在单一生产过程中，每个设备运行自己的控制回路。
• 监控和数据采集（SCADA）系统-SCADA系统允许对由PLC和类似设备组成的复杂网络进行密切监控。

自动化的未来是什么样的？

自动化技术在近几十年发生了快速变化，而且这种趋势似乎将继续下去。

关于机器人和人工智能的研究每年都在迅速前进，这些设备已经能够执行令人惊讶的自主行动。

此外，随着自动化设备成本的降低，工业自动化也变得更加容易获得。到2025年，工业机器人的成本预计将比仅仅五年前低65%。

由于这些发展，自动化的影响预计将超越已成为熟悉景象的工业环境，最终将涵盖日常生活中许多其他方面。

未来自动化技术对不同行业的影响

随着自动化技术的进步，它将不可避免地对社会和不同行业产生重大影响，如下所述。

制造业

制造业几十年来一直是自动化技术的焦点，但新的变化不断得到实施。制造业中的自动化关乎效率，预计随着技术的进步和流程变得更加顺畅、快速和有效，手动任务将减少。

工程

在梁柱和活塞下面，工程学的根本是数学。系统或组件越精确和完善，就越安全有效。自动化和计算机化有助于提高精度和安全性，减少错误，并提高工程领域的所有领域的效率。

机器人可能是自动化的重大壮举-信息技术与传统的电气和机械工程学科的创新融合。

这些优势，加上功能强大的计算设备价格越来越低廉，推动了越来越多的工程任务实现自动化。钻孔、打磨、焊接和铣削（主要通过数控技术）、传感器和机器人技术就是其中的几个例子。

建筑业

建筑业预计将在自动化技术日益复杂的情况下发生重大变革。例如，越来越多地使用模块化结构，即利用场外组装的单元来建造建筑物，这已经开始使工厂内自动化在该行业中得到普及。

汽车

汽车行业已经由于自动化发生了重大变化，工业机器人执行许多以前需要人工进行的生产线任务，比如焊接、装配和底盘喷漆。机器人流程自动化 (RPA)给汽车行业带来了可靠性、准确性和生产力的显著提升。

现代汽车已经发生了巨大变化；先进的数字传感器和集成计算设备现在是标准配置，从自动调整底盘以补偿不平整道路表面到提示驾驶员有空闲停车位等各种管理功能。

自然地，所有这些技术产生了大量数据，而这些丰富的数据有望为汽车制造商带来越来越大的商业价值。随着时间的推移，这种价值可能会进一步增加。

此外，通过复杂的人工智能驱动分析，将允许对驾驶事件进行实时分析，以生成可靠的预测和安全响应。这种自动化技术将在未来几十年中将自动驾驶汽车从目前的实验阶段牢固地推向主流。

零售业

与制造业一样，零售业是自动化前沿的行业。例如，自助结账已经引入了重大变化，但预计自动化与零售业的关系将在未来几年继续发展。面对自动化程度的提高，这可能会带来新的机遇，员工将重新掌握技能，新的职位也会随之出现。

新自动化技术的优势

那么，自动化为什么重要？它带来了什么好处和优势？

新自动化技术令人兴奋和创新，使我们能够扩展我们的能力，并更快速、更智能、更高效地工作。

现代自动化技术提供了实实在在的好处 - 更高的效率、更低的成本、更好的生产力 - 但也许比较引人注目的好处莫过于安全性。

仅拿传统的乙炔焊接作为一个可能的例子，这是一项危险的任务，产生极其明亮的火焰和危险气体，但新技术使焊接可以完全自动化。

实时扫描和处理目标金属的形状和表面细节，并相应地自动调整焊接光束。其结果是提高了安全性，减少了受伤或事故。

常见问答

目标自动化是什么？

自动化的目的是使危险、重复或困难的任务不再需要大量人力参与。工人管理和控制自动系统，但在技术运行时不执行其核心功能。

自动化将如何影响就业？

在就业领域，自动化被许多人视为一把双刃剑。自动化的引入不可避免地导致工作岗位的减少，因为旧的方法被逐步淘汰。然而，它也创造了就业机会 - 例如管理生产线和系统编程和机器人技术。

随着社会的转变，新的专业出现了——历史趋势表明，自动化创造的就业机会总是多于被淘汰的就业机会。在未来几十年中，一些就业机会将与当前的工作大相径庭，以至于我们今天甚至很难想象它们。

自动化的社会影响是什么？

自动化最初是一项颠覆性的技术，自从19世纪早期引入纺织制造机器引发抗议以来就一直如此。引入新的自动化技术时，一些行业受到的打击尤其严重，其规模迅速缩小到原来的一小部分。

例如，在20世纪初，美国大约有1000万农民。一个世纪后，只有一百万人。然而，由于现代自动化，今天的农民的生产力是历史上农民的数倍。

自动化的价值是什么？

自动化的好处是显著的，包括：

• 更低的劳动成本
• 员工更安全
• 飞行员和驾驶员的休息时间和故障保护
• 速度的大幅提升
• 更精准的操作和更准确的工作
• 更优质的制造
• 高产量和更大利润