工业自动化：历史，特征和类型 - 技术 - 2025

该工业自动化是一种用于控制系统，如计算机，机器人和信息技术，使在一个行业不同过程和机器的自动执行的技术，而不需要人工操作员。

它力求用机械化设备和逻辑编程命令代替人工决策和手动命令响应活动。

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以前，自动化的目的是提高生产率，因为自动化系统可以一天24小时运行，并减少与人工相关的成本，例如工资和福利。

这种自动化已经通过各种手段来实现，例如机械，液压，气动，电气，电子和计算机设备，通常结合在一起。

用于工业过程的通用控制器包括：可编程逻辑控制器，独立的I / O模块和计算机。

现在的情况

近年来，由于工业自动化在制造过程中的巨大利益，例如以低成本提高了生产率，质量，灵活性和安全性，已发现越来越多的行业接受这种自动化。

它还可以节省人工，电力成本和材料成本，并提高测量精度。

一个重要的趋势是越来越多地使用计算机视觉来提供自动检查功能。另一个趋势是机器人使用量的持续增长。

工业过程中的能源效率现在已成为最高优先事项之一。

例如，半导体公司提供8位微控制器应用（可在通用泵和电动机控制中找到），以降低功耗并因此提高效率。

世界银行的《 2018年世界发展报告》显示了证据，尽管工业自动化取代了工人，但创新创造了新的行业和就业机会。

历史

自成立以来，工业自动化在以前手动执行的活动中取得了长足进步。

工业革命

第一台发动机和蒸汽机的推出对自动控制系统提出了新的要求，例如温度调节器和压力调节器。

1771年，发明了第一台由液压动力驱动的全自动纺纱厂。1785年，开发了自动面粉厂，成为第一个全自动工业过程。

福特汽车

1913年，福特汽车公司引入了一条汽车生产装配线，该生产线被认为是制造业中自动化领域的先锋。

在此之前，汽车是由一群熟练和不熟练的工人制造的。生产的自动化提高了福特的生产率并增加了利润。

汽车的装配线和大规模生产是世界上同类产品中的第一条。它将汽车的组装时间从每辆汽车12小时缩短到大约一个半小时。

20世纪的进步

控制室在1920年代很普遍，直到1930年代初，过程控制才被打开/关闭。

控制器开始于1930年代问世，它具有响应于与控制图偏差而进行计算更改的能力。

控制室使用颜色编码的灯来向工厂工人发出信号，要求他们手动进行某些更改。

在1930年代，日本是零部件开发的领导者。开发出第一台微动开关，保护继电器和高精度电子计时器。

1945年，日本开始了一项工业重建计划。该程序基于新技术，而不是世界其他地区使用的过时方法。

日本成为工业自动化领域的世界领先者。本田，丰田和日产等汽车公司能够生产出许多高质量，可靠的汽车。

特点

机械化是使用机动机械手动完成任务的过程，但要取决于人工决策。

自动化代表了机械化的又一步骤，因为它通过使用逻辑编程命令和强大的机械设备代替了人类的参与。

降低运营成本

通过工业自动化，消除了与人工相关的休假，医疗保健和奖金费用。同样，它不需要员工拥有的其他福利，例如养老金，奖金等。

尽管这与高昂的初始成本有关，但它节省了工人的月薪，从而为公司节省了大量资金。

与用于工业自动化的设备相关的维护成本较低，因为它们不会发生故障。如果它们失败，则只有IT和维护工程师才能对其进行维修。

高生产率

尽管许多公司雇用数百名制造人员在最多24小时的时间内进行三班制运转，但为了节假日和维护工作仍需要关闭工厂。

工业自动化可以满足公司的目标，即允许制造工厂每天，每周7天和每年365天每天24小时运转。这极大地提高了组织的生产力。

高质量

自动化解决了与人有关的错误。此外，机器人没有任何类型的精疲力竭，即使在不同的时间制造它们也能获得质量均匀的产品。

高灵活性

如果在装配线上增加了新任务，则将需要对操作员进行培训。

另一方面，可以对机器人进行编程以执行任何类型的工作。这使制造过程更加灵活。

信息准确性高

所收集的自动化数据使您可以非常精确地分析关键制造信息，从而降低了编译成本。

这样可以在尝试改进流程和减少浪费时做出正确的决定。

高安全性

工业自动化可以通过部署机器人来操纵危险情况，从而使生产线对工人安全。

初期成本高

从人工生产线转换为自动生产线的初期投资非常高。

此外，培训员工操作这种先进的新设备会涉及大量成本。

种类

固定自动化

它用于执行重复和固定操作，以实现高生产率。

雇用一个特殊目的的团队来自动化固定顺序的过程或组装操作。操作顺序由设备的配置决定。

编程后的命令以齿轮，接线和其他硬件的形式包含在机器中，无法轻易地从一种产品更改为另一种产品。

这种自动化形式的特点是初期投资高，生产率高。因此，它适用于大批量生产的产品。

可编程自动化

它是批量生产产品的一种自动化形式。产品批量生产的数量从几十个到几千个不等。

对于每个新批次，必须对生产设备进行重新编程以适应新类型的产品。这种重新编程需要时间，需要一段非生产性的时间，然后是每个批次的生产运行。

生产率通常低于固定自动化，因为该设备旨在促进产品转换，而不是专门用于产品。

该自动化系统的示例是数控机器，工业机器人，钢厂等。

灵活的自动化

通过该系统，提供了一个自动控制设备，该设备具有极大的灵活性，可以对每种产品进行更改。它是可编程自动化的扩展。

可编程自动化的缺点是，每一批新产品都要对生产设备进行重新编程所需的时间。这浪费了生产时间，这是昂贵的。

在灵活的自动化中，无需在计算机上使用生产设备即可在计算机终端上快速自动地进行重新编程。

这些更改是由操作员以代码形式给出的说明进行的。

因此，没有必要将产品分组。可以依次生产不同产品的混合物。

应用领域

工业4.0

工业自动化的兴起与“第四次工业革命”直接相关，后者被称为工业4.0。工业4.0最初来自德国，涵盖了许多设备，概念和机器。

工业4.0可与工业物联网一起工作，工业物联网是通过虚拟表示完美地集成了Internet上的各种物理对象，并与软件/硬件进行连接以增加对制造过程的改进。

这些新技术能够创造出更智能，更安全，更先进的制造技术。它打开了比以前更可靠，一致和高效的制造平台。

工业4.0涵盖制造业的许多领域，并且随着时间的流逝将继续如此。

工业机器人

工业机器人技术是工业自动化的一个分支，可在不同的制造过程中提供帮助，例如机械加工，焊接，喷漆，装配和材料处理。

工业机器人使用各种机械，电气和软件系统来实现高精度和高速度，远远超过任何人类的表现。

对这些系统进行了大修和改进，以至于单个机器人可以每天24小时运行，而几乎不需要维护。1997年有70万台工业机器人在使用中，到2017年已增加到180万台。

可编程逻辑控制器

工业自动化将可编程逻辑控制器（PLC）集成到制造过程中。这些使用的处理系统使您可以通过简单的编程来改变输入和输出控件。

PLC可以接收各种输入并返回各种逻辑输出。输入设备是传感器，输出设备是电动机，阀门等。

PLC与计算机类似。但是，尽管计算机针对计算进行了优化，但PLC针对控制任务进行了优化，并在工业环境中使用。

它们的构造方式使得只需要基本的基于逻辑的编程知识即可处理振动，高温，潮湿和噪音。

PLC提供的最大优势是灵活性。他们可以操作各种不同的控制系统。它们使无需重新布线系统来更改控制系统。这种灵活性使它们对于复杂多样的系统有利可图。

例子

在汽车工业中，活塞在发动机中的安装以前通常是手动完成的，错误率为1-1.6％。当前，同一任务是由自动化机器完成的，错误率为0.0001％。

人工智能（AI）与机器人技术一起使用来进行自动标记，使用机械臂作为自动标签施加器，而AI则用于检测要标记的产品。

奥迪自动化

在德国的奥迪工厂，机器人的数量几乎等于800名员工。他们承担了大部分繁重的工作，还有潜在的危险焊接以及繁琐的重复测试。

奥迪自动化的好处包括更高的生产率和对非熟练工人的较低要求。

奥迪使用的机器人不仅可以处理以前未经培训的员工所从事的危险工作，而且还可以收集大量数据，可以对其进行分析并用于改善工厂的运营。

但是，仍然存在机器人无法执行的任务，而人类则具备了更好的处理能力。

通过执行最危险的任务并提高这些任务的效率和生产率，奥迪可以吸引更多技术娴熟的工人来执行以人为本的任务。

自动化生产线

它由一系列通过传输系统连接的工作站组成，以在工作站之间移动零件。

这是固定自动化的一个示例，因为这些生产线通常是为长时间生产而设置的。

每个工作站都设计为执行特定的处理操作，以便随着零件或产品沿着生产线的进行逐步制造。

在正常的生产线操作中，每个工位要处理一个零件，因此要同时处理许多零件，从而在生产线的每个循环中生产出成品零件。

为了使生产线有效运行，必须对各种操作进行适当的排序和协调。

现代自动化生产线由可编程逻辑控制器控制。它们可以执行操作所需的计时和排序功能。

参考文献

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