自动化
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自动化技术是一门综合性技术，它和控制论、信息论、系统工程、计算机技术、电子学、液压及气压技术、自動控制等都有着十分密切的关系，而其中又以“控制理论”和“计算机技术”对自动化技术的影响最大。一些过程已经被完全自动化。廣義來說，通常是指不需借助人力親自操作機器或機構，而能利用動物以外的其他裝置元件或能源，來達成人類所期盼執行的工作。更狹義地說即是以生化、機電、電腦、通訊、水力、蒸汽等科學知識與應用工具，進行設計來代替人力或減輕人力或簡化人類工作程序的機構機制，皆可稱之[1]。
自动化是相对人工概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动化的最大好处是可以节省劳动力，同时，它也可用于节约能源和材料，并改善质量，准确度和精度。
室内温度的调节是一个简明易懂的例子。目的是把室内温度保持在一个定值θ，尽管开窗等因素使得室内热量散发出室外（干扰d）。为了达到这个目的，加热必须被适当的影响。通过阀门的调节，温度就会保持恒定。除此之外，在人们有感觉之前，暖器热水的温度也会受外界温度的干扰。
自动化技术已被通过各种方式通常在组合来实现的，包括机械，液压，气动，电气，电子和计算机。复杂系统，例如现代化工厂，飞机和船只，通常使用所有这些组合的技术。
发展历史
自动化技术有着一段引人入胜的历史。在控制理论出现之前，由于没有控制理论的统一指导，各类控制器基本是秉持着“即用即设计”的原则独立设计出现的。自动控制被许多新的发明推动着不断前进。但是，如果想要提高控制的精准性，就必须发展出自动控制领域一套完整的理论。1868年，物理學家詹姆斯·馬克士威在論文《论调速器》（On Governors）[2]中用微分方程为离心力控制器建立了一个模型，提出了控制领域最早的数学理论。此后，自动控制系统的理论便不断发展，指导实践，并由在二战期间得到了重大突破与广泛应用。
控制理论出现之前
最初的控制器在公元前300年的古希腊就被发明了出来。来自埃及的古希腊工程师科泰西比奥斯设计了通过浮子控制的水鐘。公元前250年，比赞兹发明了通过浮子来控制油面高度的油灯。
最早的反馈控制机制被用于搭风车的风帆，它在1745年已经被埃德蒙·李(Edmund Lee)申请了专利。[3]17世纪初中叶，荷兰人科尼利斯·德雷贝尔发明了第一个带有反馈的温度控制器。1681年，法国人帕潘发明了第一个蒸汽锅炉的压力调节装置。
1788年，瓦特为改良紐科門蒸汽机发明的离心调速装置[4]是第一个在工业领域使用的带有反馈的调节装置，是世界上最早的自动化机器。[3]与此同时，俄罗斯人波尔祖诺夫发明了带有反馈的水面高度控制器，也属世界首创。水面高度的信息传递到浮子上，然后再反作用于蒸汽阀门上。[5]
控制理论出现之后
从1868年起直到二战，自动控制系统的理论和实践在美国与西欧、俄国与东欧分别沿着不同的方向发展。在美国与西欧，系统一般都在频域描述，问题都用来自贝尔实验室的波德，奈奎斯特和布莱克的方法解决，而俄国与东欧的数学家和工程师们一般在时域用微分方程解决问题。
自动控制技术的重大突破发生在二战时期，因为制造武器装备，必须处理复杂的系统。雷达，无人驾驶和自动瞄准系统只是几个带有反馈系统的例子。对新的控制系统的需求导致了新的数学方法的改善，从而控制技术有了自己的一套准则。
20世纪40年代，通过美国数学家维纳等人的努力，在自动调节、计算机、通信技术、仿生学以及其他学科互相渗透的基础上，产生了控制论。这一理论对自动化技术有着深远影响。维纳提出的反馈控制原理，至今仍然是控制理论中的一条重要规律。
20世纪60年代，随着复杂的工业生产过程、航空及航天技术、社会经济系统等领域的进步使自动控制理论得以迅速发展，自动化技术水平大大提高。两个显著进展是数字计算机得到广泛应用以及现代控制理论的诞生。
1980年代，由于电子技术的出现，控制技术有了新的动因。工程师们可以更快更好地进行计算，高度复杂和精准的控制系统成为可能。
到了21世纪，自动化技术进入了计算机自动设计（英文：Computer-Automated Design，CAutoD）的年代。
使用工具
工程师现在可以数字控制自动化设备。其结果是迅速扩大了应用范围和人类活动。
不同类型的自动化工具存在：
应用
工业自动化是自动化技术应用的一个最为重要的方向。其具体运用的方面有：
在工業上帶來的影響
工業自動化多以自動設備取代高危險、單調性、高頻率的人力行為，如取熱鑄件、每隔幾分鐘取料、組裝線。透過自動化的設備導入，協助解決人資調漲、技術斷層、品質穩定的狀況。自動化為固定模式的概念，在導入前需要準備的工作如下：
- 標準化作業：自動化為一切由計算、規劃、輸入電腦設定，控制重複作業所構成的功能，將每一項生產步驟統一制度化才能接著由人去規劃、計算。
- 風險性評估：對於生產過程中間可能會有的風險，如：金屬加工所生鐵屑、壓鑄、成型要夾取未去毛編的鋁塊‥考驗的是規劃商的技術與經驗，風險評估將大大影響這套產品最後所生成效益，最好讓規劃自動化設備廠商與機械製造廠商間多評估，以避免生產狀況影響自動化運作。
- 效能評估：一般來說，規劃商會以人力與時間作為依據，預估可節省之效益，因自動化設備如機械手臂Robot一組高至百萬，或門型機械手價格平近但仍不斐，若效益未達，則不建議導入。
簡易三要點評斷是否適合自動化導入：
- 年產量大。
- 加工時間短。
- 產品形狀單純。
同時自动化也可能造成失業問題的增加成為政治議題，傳統自動化機械隨著電腦發展逐漸智能化，有可能導致滲透進更下端的產業和更小型的公司，取代更多的職缺，這種取代有可能是一種等比級數的擴張[6]，日經新聞曾研究2030年後日本可能被機器人搶走735萬工作機會，而被搶工作的人會湧向其他工作機會，讓其他工作的勞工在資方面前更弱勢而遭到薪資和福利的不利影響，所以自動化技術有可能加劇貧富差距而成為未可知的巨大問題。
与其他学科的关系
自動化控制系統的研究，幾乎涵蓋所有應用科學知識與技術的結合，領域範圍及牽涉的科學知識與應用工具相當廣泛，作为交叉学科，自动控制与其他很多学科有关联，尤其是数学和信息学，在制造，医药，交通，机器人，以及经济学，社会学中的应用也都非常广泛。飞机和船舶中的自动驾驶，汽车中的防抱死和速度控制器也都是典型的应用。
應用範圍
自动化应用领域可分为：办公自动化，机械自动化，信息自动化，工业自动化，污水处理自动化等等，应用十分广泛。
工廠自動化
生產自動化控制，即是利用自動化的生產設備，一貫作業的生產方式，從事有效率的產品生產，我們稱之為工廠自動化控制。例如：
- 汽車工業：藉著整條生產線的分工裝配，每幾分鐘即可生產一部汽車。
- 紡織工業：每幾分鐘即可高速生產一批布料。
- 塑膠工業：產出塑膠原料後，在經過射出成型機器，產出各種塑膠模型。
- 電子工業：產出各式各樣的消費電子產品，如電視機、伴唱機、照相機等。
- 半導體業：經過研磨、曝光、顯影、蝕刻、切割、封裝等技術，產出一顆顆的功能式晶片，以供應電子工業。
- 電機工業：產出各式各樣的電機設備產品，如變壓器、馬達、不斷電設備、發電機組等。
- 機械工業：產出各式各樣的機器設備產品，如車床、銑床、堆土機等。
- 製藥工業：產出各式各樣的藥品，提供治療所需等。
- 農業工程：產出各式各樣的花卉或盆栽，如蝴蝶蘭的育種栽培等。[1]
目前，随着自动化控制的逐渐完善，已出现“无人工厂”。[7]
設計自動化
設計自動化控制，即利用電腦軟體技術及應用，將所需設計的資料，轉成控制程序或生產流程，而且以簡單的圖或語言，來表示或執行製造過程的自動化控制的運作。[1]
實驗室自動化
實驗室自動化控制，即利用自動化設備與電腦軟體技術及應用，或可程式控制器等設備，結合溫度、濕度、壓力、流量等感測器，將實驗室的控制程序或生產流程，及所需實驗結果的資料，轉成簡單的圖或語言，來表示或執行實驗室的自動化控制作。[1]
檢測自動化
檢測自動化控制，即利用自動化的檢測設備與電腦軟體技術及程式應用，結合溫度、濕度、壓力、流量等感測器設備，能自動地檢測樣品，並將檢測的物理量的資料，轉成簡單的圖或語言，來表示檢測結果。[1]
辦公室自動化
辦公室自動化控制，即利用軟體程式技術及應用，將辦公室的文書資料或文書檔案，做有效率的管理，並結合傳真機、電話機、影印機、電腦等迅速地處理文書資料或文書檔案，以提供承辦人或決策主管參考。[1]
家庭自動化
家庭自動化控制，即利用自動化的設備與電腦軟體技術及程式應用，藉由共同的通訊協定，結合有線網路、無線網路系統將家庭用設備，如電視機、電鍋、冷氣機、電冰箱、洗衣機、瓦斯開關、與警報系統、保全系統、遠端監視系統結合，讓用戶可以透過網際網路在遠端監控住家的安全，是否有人侵入，是否有任何異常狀況，可以在遠端控制電器的操作以提高家庭舒適度與居家安全。[1]
服務自動化
服務自動化控制，即利用自動化的設備與電腦軟體技術及程式應用，結合各式各樣的自動化設備或感測器，監測、紀錄、轉接、通知、執行運作等，以供顧客或使用者，能快速處理相關作業或快速處理所遭遇的問題。諸如銀行轉帳自動化服務、旅館訂房自動化服務、飛機、客運、火車訂票自動化服務等。[1]
未来趋势
自动化技术的总体發展趋势是：更广泛地与各地现代化技术相结合、特别是与计算机技术及控制论结合，从物理活动的自动化向着信息活动的自动化发展，比如利用计算机来自动设计，而不只是辅助设计。
- 機械功能多元化：工商業產品已趨向精緻化及多元化，在大環境變化下，多元化、彈性化且具有多種切換功能的包裝機種方能適應市場需求。
- 控制智能化：包裝機械廠家普遍使用PLC動力負載控制器，雖然PLC彈性很大，但仍未具有電腦（含軟件）所擁有的強大功能。未來包裝機械必須具備多功能化、調整操作簡單等條件，基於電腦的智能型儀器將成為食品包裝控制器的新趨勢。
- 結構設計標準化、模組化：充分利用原有機型模組化設計，可在短時間內轉換新機型。
参见
參考書籍
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| 维基共享资源上的多媒体资源 | |
| 维基语录上的名言 | |
| 维基学院上的學習资源 | |
- 王台有，江榮傑等編譯。1999。自動控制。全威圖書有限公司。
- 汪永文編著。2002。自動控制。全華科技圖書股份有限公司。
- 張充鑫，賴連康等編著。2003。自動化概論。全華科技圖書股份有限公司。
- 廖國清，蕭志清，陳曦照等編譯。1999。機電整合。全華科技圖書股份有限公司。
- Gene F. Franklin, J. D. Powell, and AbbasEmani-Naeini, Feedback Control of DynamicSystems, 4th ed., 2002.
- （英文）IEEE Transactions on Automation Science and Engineering （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （英文）
- （英文）ISA (International Society of Automation) （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （英文）
- （英文）Intel's Automation Process and Its Role in Process Development and High Volume Manufacturing （页面存档备份，存于互联网档案馆）
參考資料
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 江昭皚，〈第六章 ——自動控制原理〉，《農業自動化叢書12機電整合》 (PDF). [2020-08-03]. （原始内容 (PDF)于2020-10-28）.
- ^ Maxwell, J.C. On Governors. Proceedings of the Royal Society of London. 1868, 16: 270–283. JSTOR 112510. doi:10.1098/rspl.1867.0055.
- ^ 3.0 3.1 Bennett 1979
- ^ Bennett, S. A History of Control Engineering 1800-1930. London: Peter Peregrinus Ltd. 1979: 47, 266. ISBN 0-86341-047-2.
- ^ 郑, 延慧. 中国科普佳作精选·工业革命的主角. 湖南教育出版社. 1999年8月1日.
- ^ 日本未來可能被機器人搶735萬工作機會. [2016-05-05]. （原始内容于2020-10-26）.
- ^ [聚焦三农]“无人工厂”来了 你准备好了吗. sannong.cntv.cn. 2015-06-01 [2020-07-30]. （原始内容于2020-08-20）.