工业自动化未来的发展方向.docx

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工业自动化未来的发展方向

工业自动化未来的发展方向

工业自动化就是工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。

概述

工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。

自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。

它是涉及机械、微电子、计算机、机器视觉等技术领域的一门综合性技术。

工业革命是自动化技术的助产士。

正是由于工业革命的需要，自动化技术才冲破了卵壳，得到了蓬勃发展。

同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。

[1]

随着我国制造厂商对自动化程度的提高，制造业生产线开始趋向个性化，单一检测数据的仪器组成的检测环节需要投入大量的人力物力，不适应快速检测。

因此，集合多种检测功能的快速自动检测设备才是客户真正所需要的，快速自动检测仪是一种“非标测试设备”，需要对客户生产线进行深入的需求调查，量身定制检测方案，因此被称之为“定制检测”，“定制检测”在工业自动化快速检测中起到重要作用。

自动化技术作为20世纪工业领域中最重要的技术之一，主要解决的是生产效率和一致性问题。

无论是追求高速、连续和大批量的大型企业，还是追求灵活、柔性的定制化的中心企业,都依赖自动化技术的应用。

当今世界已经从产品经济过度到服务经济，过度到一个需要客户体验的时代——大规模定制，也就是快速大批量制造符合个性需求的产品，已经成为世界级的发展趋势。

这就需要生产企业的具有很高的自动化水平来解决效率和柔性的矛盾。

自动化技术与现代工业企业的关系已经远远超越了为企业提高效益的范畴，而是成为企业赖以生存和发展的基础之一。

技术简介

工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。

工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。

无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。

自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显的提升作用：

（1）提高生产过程的安全性；

（2）提高生产效率；

（3）提高产品质量；

（4）减少生产过程的原材料、能源损耗。

据国际权威咨询机构统计，对自动化系统投入和企业效益方面提升产出比约1：

4至1：

6之间。

特别在资金密集型企业中，自动化系统占设备总投资10%以下，起到“四两拨千金”的作用。

传统的工业自动化系统即机电一体化系统主要是对设备和生产过程的控制，即由机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信号处理单元、接口等硬件元素，在软件程序和电子电路逻辑的有目的的信息流引导下，相互协调、有机融合和集成，形成物质和能量的有序规则运动，从而组成工业自动化系统或产品。

在工业自动化领域，传统的控制系统经历了继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统和集散式控制系统DCS的发展历程。

随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各个层次。

工业控制机系统一般是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具（包括自动测量仪表、控制装置）的总称。

今天，对自动化最简单的理解也转变为：

用广义的机器（包括计算机）来部分代替或完全取代或超越人的体力。

[2]

发展

第一阶段

40年代--60年代初

需求动力：

市场竞争，资源利用，减轻劳动强度，提高产品质量，适应批量生产需要。

主要特点：

此阶段主要为单机自动化阶段，主要特点是：

各种单机自动化加工设备出现，并不断扩大应用和向 

  工业自动化

纵深方向发展。

典型成果和产品：

硬件数控系统的数控机床。

第二阶段

60年代中--70年代初期

需求动力：

市场竞争加剧，要求产品更新快，产品质量高，并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。

主要特点：

此阶段主要以自动生产线为标志，其主要特点是：

在单机自动化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现，同时软件数控系统出现并用于机床，CAD、CAM等软件开始用于实际工程的设计和制造中，此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。

典型成果和产品：

用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。

第三阶段

70年代中期--至今

需求动力：

市场环境的变化，使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重，要求自动化技术向其广度和深度发展，使其各相关技术高度综合，发挥整体最佳效能。

主要特点：

自70年代初期美国学者首次提出CIM概念至今，自动化领域已发生了巨大变化，其主要特点是：

CIM已作为一种哲理、一种方法 

  工业自动化

逐步为人们所接受；CIM也是一种实现集成的相应技术，把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。

所谓哲理，就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”，从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略；而作为实现集成的相应技术，一般认为是：

数据获取、分配、共享；网络和通信；车间层设备控制器；计算机硬、软件的规范、标准等。

同时，并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域，并将进一步促进单元自动化技术的集成。

典型成果和产品：

CIMS工厂，柔性制造系统（FMS）。

编辑本段制造业

蒸汽机—新时代的开端，设计自动化—CAD和CAPP，车间旧貌换新颜，数控机床、柔性制造系统（FMS）、　虚拟机床、DNC系统、浅谈自动化孤岛、未来工厂—CIMS、自动化仓库ABC、现场总线技术、制造自动化：

并行工程、敏捷制造、精良生产、仿生制造、智能制造、虚拟制造、虚拟现实技术1、虚拟现实技术2。

电力系统

管理控制

随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，电能的需要也在不断地增加，发电设备也相应增多，电网结构和运行方式也越来越复杂，人们对电能质量的要求也越来越高。

为了保证用户的用电，必须对电网进行管理和控制。

电力系统运行管理和调度的任务很复杂，但简单说来，就是：

①、尽量维持电力系统的正常运行，安全是电力系统的头等大事，系统一旦发生事故，其危害是难以估计的，因此，努力维持电力系统的正常运行是首要任务；

②、为用户提供高质量的电能，反映电能质量的三个参数就是电压、频率和波形。

这三个参数必须在规定范围内，才能保证电能的质量。

稳定电压的关键是调节系统中无功功率的平衡，频率 

  工业自动化

的变化，是整个系统有功功率的平衡问题，波形是由发电机决定的；

③、保证电力系统运行的经济性，使发电成本最经济。

电力系统是一个分布面广、设备量大、信息参数多的系统，发电厂发出电能供给用户，必须经几级变压器变压才能传输。

各级电压通过输电线路向用户供电，电压从低到高，再从高到低，以利于能量的传送。

电压的变换，形成不同的电压级别，形成一个个不同电压级别的变电站，变电站之间是输电线，因而形成了复杂的电力网拓扑结构。

电网调度正是按照电网的这种拓扑结构进行管理和调度的。

一般情况下，电网按电压级别设置调度中心，电压级别越高，调度中心的级别也越高。

整个系统是一个宝塔型的网络图。

分级调度可以简化网络的拓扑结构，使信息的传送变得更加合理，从而大大节省通信设备，并提高了系统运行的稳定性。

按中国的情况，电力系统调度分为国家调度中心，大区网局级调度控制中心，省级调度控制中心，地区调度控制中心，县级调度中心。

各级直接管理和调度其下一层调度中心。

电网调度

电网调度自动化是一个总称，由于各级调度中心的任务不同，调度自动化系统的规模也不同，但无论哪一级调度自动化系统，都具有一种最基本的功能，就是监视控制和数据收集系统，又称SCADA系统功能（SupervisoryControlAndDataAcquisition）。

SCADA主要包括以下一些功能：

⑴数据采集；⑵信息显示；⑶监视控制；⑷报警处理；⑸信息存储及报告⑹事件顺序记录；⑺数据计算；⑻具有RTU（远端终端单元）处理功能；⑼事件追忆功能。

自动发电控制功能AGC：

AGC系统主要要求达到对发电机发电多少不是由电厂直接控制，而是由电厂上级的调度中心根据全局优化的原则来进行控制。

经济调度控制功能EDC（EconomicDispatchControl）：

EDC的目的是控制电力系统中各发电机的出力分配，使电网运行成本最小，EDC常包含在AGC中。

安全分析功能SA（SecurityAnalyze）：

SA功能是电网调度为 

了做到“防患于未然”而配备的功能。

它通过计算机对当前电网运行状态的分析，估计出可能出现的故障，预先采取措施，避免事故发生。

如果电网调度自动化系统具有了SCADA+AGC/EDC+SA功能，就称为能量管理系统EMS（EnergyManagementSystem）。

数字传输技术和光纤通信技术的提高，使得电网调度自动化也进入了网络化，如今电网调度中的计算机配置大多采用了开发分布式计算机系统。

随着中国国民经济的发展，中国也进入了大电网、大机组、超高压输电的时代。

完全可以相信，随着中国新建电网自动化系统的发展，中国电网调度自动化水平会进一步地提高，达到世界先进水平。

[3]

柔性系统

简介

柔性制造技术（FMS）是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。

柔性制造技术是技术密集型的技术群，凡是侧重于柔性，适应于多品种、中小批量（包括单件产品）的加工技术都属于柔性制造技术。

柔性可以表述为两个方面。

第一方面是系统适应外部环境变化的能力，可用系统满足新产品要求的程度来衡量；第二方面是系统适应内部变化的能力，可用在有干扰（如机器出现故障）情况下，这时系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比可以用来衡量柔性。

“

柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。

其优点是生产率很高，由于设备是固定的，所以设备利用率也很高，单件产品的成本低。

但价格相当昂贵，且只能加工一个或几个相类似的零件。

如果想要获得其他品种的产品，则必须对其结构进行大调整，重新配置系统内各要素，其工作量和经费投入与构造一个新的生产线往往不相上下。

刚性的大批量制造自动化生产线只适合生产少数几个品种的产品，难以应付多品种中小批量的生产。

随着社会进步和生活水平的提高，市场更加需要具有特色、符合顾客个人要求样式和功能千差万别的产品。

激烈的市场竞争迫使传统的大规模生产方式发生改变，要求对传统的零部件生产工艺加以改进。

传统的制造系统不能满足市场对多品种小批量产品的需求，这就使系统的柔性对系统的生存越来越重要。

随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。

柔性已占有相当重要的位置。

分类

●机器柔性当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。

●工艺柔性一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

●产品柔性一是产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。

●维护柔性采用 

  工业自动化

多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。

●生产能力柔性当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。

对于根据订货而组织生产的制造系统，这一点尤为重要。

●扩展柔性