當機器取代人力 改變人類生活的「自動化技術」

作者:Kang   |   2016 / 09 / 07

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:Joseph Wang


在久遠以前,人類很早便有了應用自動化技術的歷史。古埃及人發明以水為動力的「水鐘」,穩居世界上計時最精確的寶座長達兩千年,便是人類記載上應用自動化技術的濫觴。而後直至十八世紀,被用於風車的自動化控制系統啟發了瓦特發明蒸汽機,帶動第一次工業革命,大大顛覆了數千年來慣有的生產方式,並隨之進入了以動力機械取代手工勞動的時代。

自動化的技術使得製造工業的效率提升了、效能進步了,並直接影響了人們的生活,如今我們得以享用方便的交通運輸、隨時接收來自世界各地的訊息,並擁有多樣化的生活消費選擇,都與自動化技術的革新息息相關。

而在最近,第四波的工業革命已然啟動,以智慧工廠、智慧機器人為主的發展趨勢中,自動化技術仍舊扮演了不可或缺的關鍵力量。此篇將介紹自動化技術相關產業的發展,一窺它所衍生的產業連結及未來趨勢。

自動化是什麼?

[精密機械]當機器取代人力- 改變人類生活的「自動化技術」-01

廣義上,自動化(Automation)的定義為:以人力以外的資源,例如機械、水力、電力等能源,代替人類操縱、控制及監視設備或程式,執行人類難以完成的任務。可有效節省人力及時間、降低人為錯誤的機率、減少人員暴露在危險的環境中,並提升產品品質。自動化囊括的範圍廣泛,除了各行各業的機器與輔助機具,也在日常生活中處處可見,小至家中會自動煮飯的電鍋、便利商店的自動門,大至大樓的空調管控與電梯、捷運的自動化系統等,都屬於自動化的應用。

在工業上狹義的自動化,則專指應用機械、電子與電腦化的系統,來操控及生產的科技。主要包括生產零組件的自動化工具機、物流及倉儲系統、品管檢測、數據收集與回饋及電腦製程控制等。

自動化系統

如果我們要了解自動化的技術,就要拆解複雜的自動化系統,從最基本的單元開始認識起。在自動化系統的機制中,自動化控制元件是在自動化系統中發揮功能的最小單元,一個封閉迴路的自動化系統主要可由以下四種元件組成:

(1)受控體:泛指在系統中接收命令、受到控制的被動部位,類似人類器官的肌肉、關節。例如機械手臂末端的夾爪。

(2)感測器:探測、感知外界的訊號、物理條件或化學組成,並將訊號傳遞給其他部位,類似人類器官的神經。例如圖像感測器、溫度感測器。

(3)控制器:感測器所傳達的訊號傳遞到控制器後,透過控制器內的演算法計算,發送處理過後的訊號給驅動器,類似人類器官的大腦。例如可程式化邏輯控制器(PLC)、工業電腦。

(4)致動器:驅動機械產生動作的動力來源,類似人類器官的心臟。例如:線性馬達、氣壓缸。

[精密機械]當機器取代人力- 改變人類生活的「自動化技術」-02

各種功能元件所組成的自動化系統,則包括:用於工業通訊的工業網路、可進行信息識別辨認的RFID系統、用於遠端監控與資料擷取的工業控制系統(ICS)、優化生產過程管理的製造執行系統(MES)、將企業資源進行垂直流程整合的企業資源系統(ERP),以及資訊科技系統等。廣泛地運用在各領域的工業製程中。

它們除了可以優化生產過程,幫助工廠縮短產品交貨期、增加生產效率、並提升產品品質之外,也有助企業邁向更彈性、更注重顧客導向的作業管理,可謂企業成長的加速器。

自動化設備在工業上的應用

自動化技術帶來的效益之廣,尤其以製造工業為最。由於經濟發展使得現代人有條件改善過去的勞動水準,因此使得越來越少工人願意以過去的薪資水平從事工廠工作。這迫使了以勞力密集為主的製造工業面臨轉型,要如何在缺乏低技術勞動力的條件下,仍然取得製造工業的優勢呢?對工廠來說,自動化的技術的應用,便是一大契機。在技術發展之初,人們開始思考:要怎麼將自動化應用在過去的工業製程?最需要以機器來取代人力的環節有哪些?

很容易便有了答案:能解決低階勞動力缺乏的問題,還可達成比人力更高的精確度的製程,最直覺的就是組裝、切削等低技術門檻的工作。因此用於生產零件、金屬加工、檢測與成形工具機,便成了自動化技術最大宗的應用。

另外,工業機器人則是近年來自動化技術所衍生的一大類別,除了原先的工具機逐漸發展出機械手臂,用於從事搬運、製造、測量等重複性工作,近來也立基於原有基礎,漸漸往智慧化的機器人發展,透過工業電腦等控制系統,結合雲端計算、數據分析,提升原先自動化設備與零組件的品質,進行軟體與硬體的全方位系統整合。

這些自動化的工具機、工業機器人,現今被廣泛應用於各種產業的製造過程。除了一直以來要求高精密度與標準化流程、因而自動化程度極高的汽車工業,近年來也逐漸擴及3C產業、塑膠產品製造、生技醫療、食品科技、綠能與航太等五花八門的類別。自動化技術如今已成了工業製程中不可或缺的一項技術。

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Kang
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