工業自動化

日期：2023-04-24 09:41:49

工業自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性高技術，包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業還是追求靈活、柔性和定制化企業，都必須依靠自動化技術的應用。自動化系統本身并不直接創造效益，但它對企業生產過程起著明顯的提升作用：隨著控制技術、計算機、通信、網絡等技術的發展，信息交互溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理各個層次。工業控制機系統一般是指對工業生產過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。今天，對自動化最簡單的理解也轉變為：用廣義的機器（包括計算機）來部分代替或完全取代或超越人的體力。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。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；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。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。“●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。●擴展柔性當生產需要的時候，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。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：●可同時加工具有相似形體特征和加工工藝的多種零件；智能制造（INTELLIGENTMANUFACTURING，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。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；●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。⒈以工業PC為基礎的低成本工業控制自動化將成為主流眾所周知，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠技術進步（即新設備、新工藝以及計算機應用）開始對傳統工業進行改造，使工業得到飛速發展。20世紀末世界上最大的變化就是全球市場的形成。全球市場導致競爭空前激烈，促使企業必須加快新產品投放市場時間（TIMETOMARKET）、改善質量（QUALITY）、降低成本（COST）以及完善服務體系（SERVICE），這就是企業的T.Q.C.S.。雖然計算機集成制造系統（CIMS）結合信息集成和系統集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企業實現“在正確的時間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五個正確”。然而這種自動化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時是高風險的發展模式，很難為大多數中小企業所采用。在中國，中小型企業以及準大型企業走的還是低成本工業控制自動化的道路。工業控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎自動化和過程自動化。傳統的自動化系統，基礎自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進口的過程計算機或小型機組成，其硬件、系統軟件和應用軟件的價格之高令眾多企業望而卻步。20世紀90年代以來，由于PC-BASED的工業計算機（簡稱工業PC）的發展，以工業PC、I/O裝置、監控裝置、控制網絡組成的PC-BASED的自動化系統得到了迅速普及，成為實現低成本工業自動化的重要途徑。由于基于PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護人員接受，所以，一個接一個的制造商至少在部分生產中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系統易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統集成商提供了更靈活的選擇，從長遠角度看，PC控制系統維護成本低。由于可編程控制器（PLC）受PC控制的威脅最大，所以PLC供應商對PC的應用感到很不安。事實上，他們也加入到了PC控制“浪潮”中。工業PC在中國得到了異常迅速的發展。從世界范圍來看，工業PC主要包含兩種類型：IPC工控機和COMPACTPCI工控機以及它們的變形機，如AT96總線工控機等。由于基礎自動化和過程自動化對工業PC的運行穩定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現有的IPC已經不能完全滿足要求，將逐漸退出該領域，取而代之的將是COMPACTPCI-BASED工控機，而IPC將占據管理自動化層。國家于2001年設立了“以工業控制計算機為基礎的開放式控制系統產業化”工業自動化重大專項，目標就是發展具有自主知識產權的PC-BASED控制系統，在3~5年內，占領30%~50%的國內市場，并實現產業化。幾年前，當“軟PLC”出現時，業界曾認為工業PC將會取代PLC。然而，時至今日工業PC并沒有代替PLC，主要有兩個原因：一個是系統集成原因；另一個是軟件操作系統WINDOWSNT的原因。一個成功的PC-BASED控制系統要具備兩點：一是所有工作要由一個平臺上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。可以預見，工業PC與PLC的競爭將主要在高端應用上，其數據復雜且設備集成度高。工業PC不可能與低價的微型PLC競爭，這也是PLC市場增長最快的一部分。從發展趨勢看，控制系統的將來很可能存在于工業PC和PLC之間，這些融合的跡象已經出現。和PLC一樣，工業PC市場在過去的兩年里保持平穩。與PLC相比，工業PC軟件很便宜。⒉PLC在向微型化、網絡化、PC化和開放性方向發展全世界PLC生產廠家約200家，生產300多種產品。國內PLC市場仍以國外產品為主，如SIEMENS、MODICON、A-B、OMRON、三菱、GE的產品。經過多年的發展，國內PLC生產廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規模的生產能力和名牌產品，可以說PLC在中國尚未形成制造產業化。在PLC應用方面，中國是很活躍的，應用的行業也很廣。專家估計，2000年PLC的國內市場銷量為15~20萬套（其中進口占90%左右），約25~35億元人民幣，年增長率約為12%。預計到2005年全國PLC需求量將達到25萬套左右，約35~45億元人民幣。PLC市場也反映了全世界制造業的狀況，2000后大幅度下滑。但是，按照AUTOMATIONRESEARCHCORP的預測，盡管全球經濟下滑，PLC市場將會復蘇，估計全球PLC市場在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續略微增長。微型化、網絡化、PC化和開放性是PLC未來發展的主要方向。在基于PLC自動化的早期，PLC體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32I/O）已經出現，價格只有幾百歐元。隨著軟PLC（SOFTPLC）控制組態軟件的進一步完善和發展，安裝有軟PLC組態軟件和PC-BASED控制的市場份額將逐步得到增長。中國DCS的市場年增長率約為20%，年市場額約為30（35億元。由于近5年內DCS在石化行業大型自控裝置中沒有可替代產品，所以其市場增長率不會下降。據統計，到2005年，中國石化行業有1000多套裝置需要應用DCS控制；電力系統每年新裝1000多萬千瓦發電機組，需要DCS實現監控；不少企業已使用DCS近15~20年，需要更新和改造。根據IEC61158的定義，現場總線是安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。現場總線使測控設備具備了數字計算和數字通信能力，提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統與設備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推出世界上單一的現場總線標準工作，走過了16年的艱難歷程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的標準制定就陷于混亂。經過五十年的發展，中國儀器儀表工業已有相當基礎，初步形成了門類比較齊全的生產、科研、營銷體系，成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產國。隨著國際上數字化、智能化、網絡化、微型化的產品逐漸成為主流，差距還將進一步加大。中國高檔、大型儀器設備大多依賴進口。中檔產品以及許多關鍵零部件，國外產品占有中國市場60%以上的份額，而國產分析儀器占全球市場不到千分之二的份額。今后儀器儀表技術的主要發展趨勢：儀器儀表向智能化方向發展，產生智能儀器儀表；測控設備的PC化，虛擬儀器技術將迅速發展；儀器儀表網絡化，產生網絡儀器與遠程測控系統。幾點建議：開發具有自主知識產權的產品，掌握核心技術；加強儀器儀表行業的系統集成能力；進一步拓展儀器儀表的應用領域。從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數控系統，隨著計算機技術的飛速發展，各種不同層次的開放式數控系統應運而生，發展很快。就結構形式而言，當今世界上的數控系統大致可分為4種類型：1.傳統數控系統；2.“PC嵌入NC”結構的開放式數控系統；3.“NC嵌入PC”結構的開放式數控系統；4.SOFT型開放式數控系統。中國數控系統的開發與生產，通過“七五”引進、消化、吸收，“八五”攻關和“九五”產業化，取得了很大的進展，基本上掌握了關鍵技術，建立了數控開發、生產基地，培養了一批數控人才，初步形成了自己的數控產業，也帶動了機電控制與傳動控制技術的發展。同時，具有中國特色的經濟型數控系統經過這些年來的發展，產品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認可。國外數控系統技術發展的總體發展趨勢是：新一代數控系統向PC化和開放式體系結構方向發展；驅動裝置向交流、數字化方向發展；增強通信功能，向網絡化發展；數控系統在控制性能上向智能化發展。進入21世紀，人類社會將逐步進入知識經濟時代，知識將成為科技和生產發展的資本與動力，而機床工業，作為機器制造業、工業以至整個國民經濟發展的裝備部門，毫無疑問，其戰略性重要地位、受重視程度，也將更加鮮明突出。智能化、開放性、網絡化、信息化成為未來數控系統和數控機床發展的主要趨勢：向高速、高效、高精度、高可靠性方向發展；向模塊化、智能化、柔性化、網絡化和集成化方向發展；向PC-BASED化和開放性方向發展；出現新一代數控加工工藝與裝備，機械加工向虛擬制造的方向發展；信息技術（IT）與機床的結合，機電一體化先進機床將得到發展；納米技術將形成新發展潮流，并將有新的突破；節能環保機床將加速發展，占領廣大市場。作為工控軟件的一個重要組成部分，國內人機界面組態軟件研制方面近幾年取得了較大進展，軟件和硬件相結合，為企業測、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎上，工業控制軟件將從人機界面和基本策略組態向先進控制方向發展。先進過程控制APC（ADVANCEDPROCESSCONTROL）還沒有嚴格而統一的定義。一般將基于數學模型而又必須用計算機來實現的控制算法，統稱為先進過程控制策略。如：自適應控制；預測控制；魯棒控制；智能控制（專家系統、模糊控制、神經網絡）等。由于先進控制和優化軟件可以創造巨大的經濟效益，因此這些軟件也身價倍增。國際上已經有幾十家公司，推出了上百種先進控制和優化軟件產品，在世界范圍內形成了一個強大的流程工業應用軟件產業。因此，開發中國具有自主知識產權的先進控制和優化軟件，打破外國產品的壟斷，替代進口，具有十分重要的意義。在未來，工業控制軟件將繼續向標準化、網絡化、智能化和開放性發展方向。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。物資的輸送、存儲、管理和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。4．按所起的作用分為生產性倉庫和流通性倉庫。凡國家承認學歷的專科及專科以上畢業生均可以報考，并根據具體情況作如下分類：3、其他工科類專業專科及專科以上畢業生報考，須加考電機與拖動基礎（含實踐）、電工原理（含實踐）、自動控制原理與系統等三門課程。