何謂『自動化』?
指应用机械处理以往必须仰赖人力或是非机械无法完成的工作;其中后者的比重正不断增加中。自从用自动机器或自动系统代替人力来操纵机械的、化学的、电器的活动后,自动化指这些机器或系统的自动运转,自动化的程度比前者前进了一步。电子电脑发展后,机器和操纵的概念更加复杂,自动化已是综合自动检测、回馈和判定控制等以程序指令方式直接操纵的自动运转。所以,在电脑未普遍使用前,自动化只是高级的机械化,只有全面使用电子电脑才是自动化的主要标志。自动化已为工业文明发展史带来崭新的阶段。
人类自开始工作以来便不断努力地想把部分劳力负担转移给机械。如某些滑轮、绞盘与起重机等器具的遗迹甚至可追溯到西元前3000年。而广泛应用机械化与初步将机械并入作业系统则直到18世纪工业革命后才告实现。产品(如来福枪)零件制造工厂发展出的零件的可交换性与分工制度(即将劳工的活动限制于反复性的任务)实为自动化的发展铺路。当新型蒸汽引擎及电力发明应用后,许多反复性的工作随即被机械取代。生产线发明的采行,代表走向自动化的另一步。 1870年代,芝加哥为肉类包装设置了第一条大规模生产线。所谓生产线系指利用一条输送带将上一位(群)工人的工作成果移送到下一位(群)工人的工作台上。第二次世界大战期间更进一步结合生产线与机械化,发展出自动传送系统。在该系统中,一群机械借着一条输送带将各个机械处理过的半成品传送给次一加工阶段,其中不需人力介入。
然而与机械化不同的真正自动化,一直到回馈系统发明后才算完成;而此系统的存在与否,亦即自动化与机械化最主要的差别所在。透过回馈系统,机器可自行调节,如监视它自己的输出、将之与所储标准比较及利用控制指令调整作业等。
每一自动化机器或是系统需要4个基本组件︰1.动力;2.测感机构装置;3.判定元件;4.控制元件。动力(如电池组或发电机)提供一自动化系统所需的能量以达成它要求的工作。测感机构装置使这系统能够测定输出的一些性质。典型的测感机构装置包括︰光电管、热电偶、X光机及电表,分别用以测量尺寸大小、重量、温度、压力、颜色与电阻等。判定元件︰负责比较测感元件提供的资料与程式中所储的标准,此步骤通常由电子电脑执行。如中间有不符时,判定元件便产生一些适当指令激发控制元件。控制元件︰负责将机器的作业校正回原先程式所定的值;控制元件包括开关、活门与其他各种机械装置。
当动力与测感、判定与控制等元件都正常运作时,一自动化系统即能够依各种不同境遇调整它的行为,而毋庸有详细的预知。飞机上的自动驾驶仪即是能自动调节的仪器典范,它利用得自飞行仪器的情报,作继续不断的调整控制,使飞机维持在原定的航线上。至于现代自动化工厂可能有数百,甚至数千个互相联结的此类回馈或回馈回线。
自动控制应用的范围极广,如化学的处理、通讯、家用电器(如有程式的洗衣机、微波炉、卡式电视录影机)。自动化中最重大发展之一是电脑辅助设计/电脑辅助制造(computer-aided design/computer-aided manufacturing,CAD/CAM)。这系统是应用电脑系统辅助、设计以及控制、监测设计成品的制造过程。CAD/CAM科技已为许多工业所采用,特别是那些参与制造电子设备与机器组件者。
在某些领域中,自动化的进步速率,比在其他领域中缓慢得多。例如形状辨识、并排两不等物及字词认识等,这些对人来说很简单的事,对机器却出乎意料的复杂,以致无法将之分解成机器所能处理的一系列简单步骤。虽是如此,由于人工智慧(artificial intelligence)和机器人(robot)的最新发展,使自动化在这些领域中有了重大的进步。
在工业中,增加自动化的应用,已经导致许多工业部门的较大生产力。同样重要的是,它提供了工人的安全性。对于人类在危险环境中从事复杂的工作,例如处理放射性材料或是有毒的化学品等,可以用自动化机械来完成,而全无危险性。
自动化对于社会的影响,不止于增加工业生产力。早期预计的因自动化而导致工人失业率增加的情形并未出现。由于自动化,创造及维护电脑与自动化器具所需的专技、半专技职业,替代了许多非专技的职业,使社会职业的型态在本质与类别方面大大的变更。电脑程式人员的大量需求即是一例。自动化不仅使一些极复杂的计画变成可行,也因此涵育了控制这些计画之管理方法的新时代。
(1)"自动化(Automation)"的概念为何?
●建议你从省力化、无人化的观点来看自动化这个名词,自动化的出发点就是为了达到减少人力,降低人为操作时所产生的疲劳累积、精密度、稳定性降低而衍生的问题。(现今谈论的多以FA工厂自动化的角度切入,但切入的面积仍逃不开省力、无人、稳定等范畴。)
(2)"自动化(Automation)"的历史简述(例如从机械式自动化到电子式自动化)。
●自动化的名词约在本世纪出现的,如果要谈它的衍进历史的话,应该可以写一本书了吧!但简单的说,自动化可以追究自十八世纪起,工业革命时代就算是自动化的启蒙时期,工业革命时发明了蒸气火车头,以机械动力取代了大量的人力、兽力,这就是自动化的一个概念,而后几个世纪陆续发明了电器、光电的相关的应用,起先是各国之间的军备竞赛,尤于需要大量的军备,所以各国之间大量研究机械加工的精密度与标准化,之间的盘根错节实在难以言喻,较为人所知的就是由德国的精密工业推出了许多性能优异的机械加工机器,再由这些加工机器制造了令人惊讶的高级武器,而当初这些加工机器就是现今自动化机械的前身,尔后日本将机械应用于生产、制造民生产品上,并融入对电子与光电产品的控制、沟通,提升了机器的灵活性,使得机器除了可无人大量生产之外,也降低了不良率的发生。(其实日本早在20 年前就引进了自动贩卖机,这就是一个活生生的道具。)
●因为你不是机械、电机或电子科系的学生,我不太知道该如何让你知道机械式自动化到电子式自动化的差异点,不过我还是试着用一般的话解释看看,如果你还有问题,再提出来问好了,我尽所知的回答你~~
○机械式自动化-早期机械设备里所使用到的电源,只有动力电源(如AC110V、AC220V等),而推动方式是由动力电源推动马达运转,马达运转时带动机械本体传动,在传动的过程中,将所需执行的动作完成,而且每个循环的动作必须尽可能在马达运转一圈的动作时间中完成。(例如汽车是由马达推动引擎汽缸,汽缸将动力转换至车轮传动轴上,使得车轮转动,如此反复动作。) ;( 汽车中的发电机即可视为马达 )
○电子式自动化-采用的是同上的机械身体,与机械式自动化最大的不同,是在于机械动作的过程中,加入了逻辑判断的条件;简单的说,就是机械式的机械,只要插电就会反复的动个不停,但却不知道自己的动作可以不可以,做的好不好;而电子式的机械,追加了一颗脑袋,靠着这颗脑袋,它可以判断自己在做什么,做出来的东西可以不可以,如果不可以它会自己停止,等待问题由人来排除。而他的大脑最常见的是8051系列的芯片或是其衍生的芯片组,身体的感应则是靠各种的感应器来补助,感应器将感应到的信号,传给大脑,再由大脑中的逻辑运算,推算出目前的状况,及下一步是否可以继续执行。(8051芯片的特性、原理可以请教其它电机、电子的同好)