自动化
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自动化现在,人们已经可以将机器应用于曾经由人类完成的任务,或者越来越多地应用于原本不可能完成的任务。尽管这个术语机械化通常用来指简单地用机器代替人力劳动,自动化一般指的是自动化集成一个自我管理的系统。自动化已经使它被引入的领域发生了革命性的变化,现代生活几乎没有一个方面没有受到它的影响。
自动化这个术语是在汽车行业大约在1946年用来描述自动化设备和控制在机械化生产线上的使用增加。这个词的起源被认为是D.S.哈德,一个工程经理福特汽车公司当时。这个术语被广泛应用于制造业上下文但它也应用于制造业以外的各种系统,在这些系统中,机械、电气或计算机操作显著取代了人类的努力和智能。
在一般用法中,自动化可以定义为技术通过编程命令与自动反馈相结合的方式来执行一个过程控制确保指令的正确执行。由此产生的系统能够在没有人为干预的情况下运行。这项技术的发展越来越依赖于计算机和计算机相关技术的使用。因此,自动化系统变得越来越复杂。先进的系统代表了一种能力和性能水平,在许多方面超过了人类完成相同活动的能力。
自动化技术已经成熟到一定程度,许多其他技术都从它发展起来,并获得了自己的认可和地位。机器人是这些技术中的一种;它是自动化的一个专门分支机具有一定的拟人化或类似人类的特征。现代工业最典型的类人特征机器人是它的动力机械臂。机器人的手臂可以通过编程进行一系列运动来执行有用的任务,比如在生产机器上装卸零件,或者在组装过程中对汽车车身的钣金零件进行一系列点焊。正如这些例子所表明的那样,工业机器人通常用于取代工厂操作中的人类工人。
这篇文章涵盖了自动化的基本原理,包括它的历史发展,原理和操作理论,在制造业和一些在日常生活中重要的服务和行业中的应用,以及对个人和社会的影响。本文还回顾了机器人的发展和技术作为一个重要的主题在自动化。有关相关主题,请参见计算机科学而且信息处理.
自动化的历史发展
自动化技术是从人工智能的相关领域发展而来的机械化,它起源于工业革命.机械化是指用某种形式的机械力量代替人(或动物)的力量。机械化背后的驱动力一直是人类的动力倾向创造工具和机械设备.这里描述了导致现代自动化系统的一些重要的机械化和自动化的历史发展。
早期的发展
第一个工具由石头制成的雕像代表了史前人类试图将自己的体力直接置于人类的控制之下人类的智慧.毫无疑问,简单的机械装置和机器的发展需要数千年的时间,如轮子、杠杆和滑轮,通过它们,人类肌肉的力量得以放大。下一个延伸是开发不需要人力来操作的动力机器。这些机器的例子包括水车、风车和简单的蒸汽驱动装置。早在2000多年前,中国人就发明了以流水和水车为动力的旅行锤。早期的希腊人尝试用简单的反应马达蒸汽.的机械钟它代表一个相当复杂的组件,有自己的内置电源(一个砝码),大约在1335年在欧洲开发。具有自动转动风帆装置的风车在中世纪的欧洲和欧洲发展起来中东.的蒸汽机代表了动力机器发展的重大进步,标志着工业革命的开始。在瓦特蒸汽机问世后的两个世纪里,动力发动机和机器已经得到了广泛的应用设计了它们从蒸汽、电力、化学、机械和核能中获取能量。
有动力机器历史上的每一次新发展都对控制装置提出了更高的要求,以利用机器的动力。最早的蒸汽机需要一个人打开和关闭阀门,首先让蒸汽进入活塞室,然后将其排出。后来设计了滑阀机构来自动完成这些功能。这时,操作员唯一需要做的就是调节蒸汽的量,以控制发动机的速度和功率。在蒸汽机的操作中,这种需要人注意的要求被飞行球消除了州长.发明的詹姆斯·瓦特在英国,这种装置由一个有铰链的臂上的加重的球组成,机械地连接到输出端轴引擎的。随着轴转速的增加,离心力使加重的球向外移动。这个动作控制了一个阀门,减少了进入发动机的蒸汽,从而减慢了发动机的速度。飞行球调控器仍然是一个优雅的早期示例负面的反馈控制系统,用增加系统的输出来减少系统的活动。
负反馈作为一种自动控制手段被广泛应用,以实现系统的恒定运行水平。反馈控制系统的一个常见例子是现代建筑中用来控制室内温度的恒温器。在这种装置中,室温下降会导致电气开关关闭,从而打开加热单元。当室温升高时,开关打开,暖气关闭。恒温器可以设置在任何特定的设定值打开加热单元。
自动化历史上另一个重要的发展是提花织机(见 ),以证明概念一个可编程的机器。大约在1801年,法国发明家约瑟夫·玛丽·提花设计了一种自动织机,能够通过控制不同颜色线的许多梭子的运动来生产复杂的纺织品图案。不同图案的选择是由包含在穿孔钢卡中的程序决定的。这些卡片是控制现代自动机器的纸卡和纸带的祖先。给机器编程的概念在19世纪后期得到了进一步的发展查尔斯巴贝奇一位英国数学家,提出了一个复杂的,机械的"分析机可以进行算术运算和数据处理.虽然巴贝奇没能完成它,但这个装置是最重要的前体现代的数字计算机.看到电脑.