自動化的歷史發展

  自動化技術是從相關領域發展而來的。 機械化，始于工業革命。機械化是指用某種形式的機械力代替人類（或動物）的力。機械化背后的驅動力是人類傾向于創造工具和機械裝置。本文介紹了機械化和自動化中導致現代自動化系統的一些重要歷史發展。

  早期發展

  首先 石頭制成的工具代表了史前人類在人類智力的控制下引導自己的體力的嘗試。毫無疑問，開發簡單的機械設備和機器（例如，車輪，杠桿和皮帶輪）需要數千年的時間，通過它們可以放大人的肌肉的力量。下一個擴展是開發不需要人為力量的動力機械。這些機器的示例包括水車，風車和簡單的蒸汽驅動設備。2,000多年前，中國人開發了由流動的水和水車驅動的跳錘。早期的希臘人嘗試使用由蒸汽。機械鐘表是一個相當復雜的組件，帶有自己的內置電源（重錘），大約在1335年在歐洲開發。風車，用機制來自動轉動帆，中世紀歐洲和中制定中東。該蒸汽機為代表的動力機械制造業的發展的一個重大進展，標志著工業革命的開始。自瓦特蒸汽機問世以來的兩個世紀中，人們開發出了動力發動機和機器，它們從蒸汽，電力以及化學，機械和核能中獲取能量。

  動力機械歷史上的每個新發展都帶來了對控制設備以利用機械動力的不斷增長的要求。最早的蒸汽機需要人打開和關閉閥門，首先要使蒸汽進入活塞腔，然后將其排出。后來，滑閥機構被設計為自動完成這些功能。然后，操作員的唯一需求就是調節控制發動機速度和功率的蒸汽量。飛球消除了在蒸汽機運行中對人類注意力的這種要求州長。該設備由英國的詹姆斯·瓦特（James Watt）發明，由一個鉸接臂上的配重球組成，機械地耦合到發動機的輸出軸。隨著軸的轉速增加，離心力使配重球向外移動。該運動控制了閥，該閥減少了輸送到發動機的蒸汽，從而使發動機減速。飛球調速器仍然是一個優雅的早期例子負反饋控制系統，其中使用增加的系統輸出來減少系統的活動。

  負反饋被廣泛用作自動控制的手段，以實現系統的恒定運行水平。反饋控制系統的一個常見示例是在現代建筑中用于控制室溫的恒溫器。在此設備中，室溫降低會導致電氣開關閉合，從而打開加熱單元。隨著室溫的升高，開關打開，并且熱源關閉?？梢詫⒑銣仄髟O置為在任何特定設置點打開加熱裝置。

  自動化歷史上的另一個重要發展是 提花織機展示了可編程機器的概念。約1801年是法國的發明家Joseph-Marie Jacquard設計了一種自動織機，該織機能夠通過控制許多不同色線的梭子的運動來在紡織品上產生復雜的圖案。不同圖案的選擇由鋼卡中包含的在孔中打孔的程序確定。這些卡是控制現代自動機的紙卡和膠帶的始祖。對機器編程的概念在19世紀后期得到了進一步發展。英國數學家查爾斯·巴貝奇（Charles Babbage）提出了一種復雜的，機械的“分析引擎 “可以執行算術和數據處理。盡管巴貝奇（Babbage）無法完成它，但該設備是現代數字計算機的先驅。查看計算機的歷史。

  提花織機，雕刻，1874年。機器頂部是一疊打孔的卡片，這些卡片將被送入織機以控制編織圖案。 這種自動發出機器指令的方法已被計算機應用到20世紀。

  貝特曼檔案館

  20世紀各個領域出現了許多重大發展： 計算機，數據存儲技術和編寫計算機程序的軟件的改進，傳感器技術的進步以及數學控制理論的推導。所有這些發展為自動化技術的進步做出了貢獻。

  電子數字計算機的發展（1946年的ENIAC（電子數字積分器和計算機）和1951年的UNIVAC I（通用自動計算機））使自動化控制功能變得更加復雜，并且相關的計算速度更快。比以前有可能。的發展1960年代的集成電路推動了計算機技術小型化的趨勢，這種趨勢已導致機器比其前身更小，更便宜，但能夠以更高的速度執行計算。今天的趨勢是微處理器，它是一種微型多電路設備，能夠執行大型數字設備的所有邏輯和算術功能。電腦。

  隨著計算機技術的進步，用于包含編程命令的程序存儲技術也進行了并行改進?，F代存儲介質包括磁帶和磁盤，磁泡存儲器，激光讀取的光學數據存儲，視盤以及電子束可尋址存儲系統。另外，對計算機（和其他可編程機器）進行編程的方法也得到了改進?，F代編程語言更易于使用，并且在數據處理和邏輯功能方面更強大。

  進展 傳感器技術提供了大量的測量設備，可以用作自動反饋控制系統。這些設備包括高靈敏度的機電探針，掃描激光束，電場技術和機器視覺。這些傳感器系統中的某些需要計算機技術來實施。例如，機器視覺需要處理大量數據，而這些數據只能通過高速數字計算機來完成。事實證明，這項技術對各種工業任務（如零件識別，質量檢查和機器人指導）具有通用的傳感能力。

  最后，自第二次世界大戰以來，已經發展出一種先進的數學理論控制系統。該理論包括傳統的負反饋控制，最優控制，自適應控制和人工智能。傳統反饋控制理論利用線性常微分方程來分析問題，就像瓦特的飛球調速器一樣。盡管大多數過程都比飛球調速器復雜，但它們仍然遵循微分方程描述的相同物理定律。最優控制理論和自適應控制理論涉及為感興趣的過程定義適當的性能指標，然后以優化其性能的方式對其進行操作的問題。最佳與自適應控制是，后者必須實現一個連續變化的和不可預測的條件下的環境 ; 因此，它需要對環境進行傳感器測量以實施控制策略。

  人工智能是計算機科學的一個高級領域，其中對計算機進行編程以顯示通常與人類智能相關的特征。這些特征包括學習能力，語言理解能力，推理能力，解決問題能力，提供專家診斷能力以及類似的心理能力。人工智能的發展有望為機器人和其他“智能”機器提供與人類交流并接受非常高級指令的能力，而不是當今可編程機器通常需要的詳細的逐步編程語句。例如，一個擁有人工智能的未來機器人可能能夠接受并執行“組裝產品”命令。當前的工業機器人必須提供一組詳細的說明，以指定產品組件的位置，組裝它們的順序等等。