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YOKOKAWA
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改变人类生活的自动化技术

作者YOKOKAWA日期:2016年10月8日 11:59

       在久远以前,人类很早便有了应用自动化技术的历史。古埃及人发明以水为动力的“水钟”,稳居世界上计时最精确的宝座长达两千年,便是人类记载上应用自动化技术的滥觞。而後直至十八世纪,被用於风车的自动化控制系统启发了瓦特发明蒸汽机,带动第一次工业革命,大大颠覆了数千年来惯有的生产方式,并随之进入了以动力机械取代手工劳动的时代。
 

  自动化的技术使得制造工业的效率提升了、效能进步了,并直接影响了人们的生活,如今我们得以享用方便的交通运输、随时接收来自世界各地的讯息,并拥有多样化的生活消费选择,都与自动化技术的革新息息相关。
 
  而在最近,第四波的工业革命已然启动,以智慧工厂、智慧机器人为主的发展趋势中,自动化技术仍旧扮演了不可或缺的关键力量。此篇将介绍自动化技术相关产业的发展,一窥它所衍生的产业连结及未来趋势。
 
  自动化是什麽?
 
  
  广义上,自动化(Automation)的定义为:以人力以外的资源,例如机械、水力、电力能源,代替人类操纵、控制及监视设备或程式,执行人类难以完成的任务。可有效节省人力及时间、降低人为错误的机率、减少人员暴露在危险的环境中,并提升产品品质。自动化囊括的范围广泛,除了各行各业的机器与辅助机具,也在日常生活中处处可见,小至家中会自动煮饭的电锅、便利商店的自动门,大至大楼的空调管控与电梯、捷运的自动化系统等,都属於自动化的应用。
 
  在工业上狭义的自动化,则专指应用机械、电子与电脑化的系统,来操控及生产的科技。主要包括生产零组件的自动化工具机、物流及仓储系统、品管检测、数据收集与回馈及电脑制程控制等。
 
  自动化系统
 
  如果我们要了解自动化的技术,就要拆解复杂的自动化系统,从最基本的单元开始认识起。在自动化系统的机制中,自动化控制元件是在自动化系统中发挥功能的最小单元,一个封闭回路的自动化系统主要可由以下四种元件组成:
 
  (1)受控体:泛指在系统中接收命令、受到控制的被动部位,类似人类器官的肌肉、关节。例如机械手臂末端的夹爪。

       (2)感测器:探测、感知外界的讯号、物理条件或化学组成,并将讯号传递给其他部位,类似人类器官的神经。例如图像感测器、温度感测器。
 
  (3)控制器:感测器所传达的讯号传递到控制器後,透过控制器内的演算法计算,发送处理过後的讯号给驱动器,类似人类器官的大脑。例如可程式化逻辑控制器(PLC)、工业电脑。
 
  (4)致动器:驱动机械产生动作的动力来源,类似人类器官的心脏。例如:线性马达、气压缸。
 
 
  各种功能元件所组成的自动化系统,则包括:用於工业通讯的工业网路、可进行信息识别辨认的RFID系统、用於远端监控与资料撷取的工业控制系统(ICS)、优化生产过程管理的制造执行系统(MES)、将企业资源进行垂直流程整合的企业资源系统(ERP),以及资讯科技系统等。广泛地运用在各领域的工业制程中。
 
  它们除了可以优化生产过程,帮助工厂缩短产品交货期、增加生产效率、并提升产品品质之外,也有助企业迈向更弹性、更注重顾客导向的作业管理,可谓企业成长的加速器。
 
  自动化设备在工业上的应用
 
  自动化技术带来的效益之广,尤其以制造工业为最。由於经济发展使得现代人有条件改善过去的劳动水准,因此使得越来越少工人愿意以过去的薪资水平从事工厂工作。这迫使了以劳力密集为主的制造工业面临转型,要如何在缺乏低技术劳动力的条件下,仍然取得制造工业的优势呢?对工厂来说,自动化的技术的应用,便是一大契机。在技术发展之初,人们开始思考:要怎麽将自动化应用在过去的工业制程?最需要以机器来取代人力的环节有哪些?
 
  很容易便有了答案:能解决低阶劳动力缺乏的问题,还可达成比人力更高的精确度的制程,最直觉的就是组装、切削等低技术门槛的工作。因此用於生产零件、金属加工、检测与成形工具机,便成了自动化技术最大宗的应用。
 
  另外,工业机器人则是近年来自动化技术所衍生的一大类别,除了原先的工具机逐渐发展出机械手臂,用於从事搬运、制造、测量等重复性工作,近来也立基於原有基础,渐渐往智慧化的机器人发展,透过工业电脑等控制系统,结合云端计算、数据分析,提升原先自动化设备与零组件的品质,进行软体与硬体的全方位系统整合。
 
  这些自动化的工具机、工业机器人,现今被广泛应用於各种产业的制造过程。除了一直以来要求高精密度与标准化流程、因而自动化程度极高的汽车工业,近年来也逐渐扩及3C产业、塑胶产品制造、生技医疗、食品科技、绿能与航太等五花八门的类别。自动化技术如今已成了工业制程中不可或缺的一项技术。(原标题:当机器取代人力 改变人类生活的“自动化技术”)
 

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