【關(guān)鍵詞】工業(yè)自動(dòng)化；特點(diǎn)；應(yīng)用價(jià)值

引言

工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)等對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)化控制的技術(shù)，隨著科技飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在我國工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來，我國工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)取得了顯著成果，不僅提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，還有助于實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級。

一、工業(yè)自動(dòng)化的內(nèi)涵

工業(yè)自動(dòng)化是在工業(yè)生產(chǎn)中，通過融合計(jì)算機(jī)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等現(xiàn)代科技手段，基于控制理論對工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和管理的技術(shù)，可以替代或輔助人工操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的連續(xù)、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，從而提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提升企業(yè)競爭力[1]。目前，工業(yè)自動(dòng)化涉及多個(gè)層面，包括生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、設(shè)備管理的自動(dòng)化、生產(chǎn)調(diào)度的自動(dòng)化以及企業(yè)信息管理的自動(dòng)化等。它不僅是對單一生產(chǎn)環(huán)節(jié)的改造，更是對整個(gè)生產(chǎn)鏈的全面優(yōu)化。通過集成創(chuàng)新，工業(yè)自動(dòng)化將人的智力與機(jī)器的效率相結(jié)合，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化的方向發(fā)展[2]。

二、工業(yè)自動(dòng)化特點(diǎn)

（一）集成系統(tǒng)信息化

集成系統(tǒng)信息化是工業(yè)自動(dòng)化的核心特點(diǎn)之一，主要體現(xiàn)在通過信息系統(tǒng)集成企業(yè)的生產(chǎn)過程、物流管理、質(zhì)量控制、設(shè)備維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和流程協(xié)同。信息化集成系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將各個(gè)孤立的生產(chǎn)單元連接成一個(gè)有機(jī)的整體，使生產(chǎn)信息能夠?qū)崟r(shí)傳遞，使管理層能夠迅速做出決策[3]。這種集成不僅提高了生產(chǎn)管理的透明度，還極大增強(qiáng)了企業(yè)的市場響應(yīng)速度和競爭力。信息化集成也為企業(yè)帶來了資源優(yōu)化配置、降低運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率等多重效益。

（二）智能控制

智能控制是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的顯著特點(diǎn)。其利用先進(jìn)的控制理論、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，使生產(chǎn)設(shè)備能夠模擬人類智能行為，進(jìn)行自主判斷和操作。智能控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織的能力，能夠處理復(fù)雜的非線性問題，并在不確定的環(huán)境中保持穩(wěn)定運(yùn)行[4]。智能控制不僅能夠提高生產(chǎn)過程的靈活性和可靠性，還能夠在沒有人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)優(yōu)化生產(chǎn)流程，減少人為錯(cuò)誤，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

（三）計(jì)算機(jī)集成制造

計(jì)算機(jī)集成制造是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分，它將計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理等多個(gè)環(huán)節(jié)的集成。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量控制等功能的自動(dòng)化，從而形成一個(gè)高度自動(dòng)化、信息化的制造環(huán)境。計(jì)算機(jī)集成制造的特點(diǎn)在于其高度一體化，應(yīng)用的具體技術(shù)包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃等，可以大幅縮短產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的周期，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并且可以降低成本，為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（四）網(wǎng)絡(luò)控制

網(wǎng)絡(luò)控制是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)中不可或缺的一環(huán)，它通過構(gòu)建工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，將各種自動(dòng)化設(shè)備、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。在工業(yè)生產(chǎn)中，網(wǎng)絡(luò)控制的特點(diǎn)在于其高度的網(wǎng)絡(luò)化和分布化，利用網(wǎng)絡(luò)將不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、不同地點(diǎn)的生產(chǎn)廠房相連接，使生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備不再是一座座孤島，而是互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)[5]。網(wǎng)絡(luò)控制極大地提高了生產(chǎn)線的協(xié)同作業(yè)能力，使得生產(chǎn)過程更加靈活和高效。通過網(wǎng)絡(luò)控制，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，快速響應(yīng)市場變化，同時(shí)為設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)和故障診斷提供了可能。

（五）安全性

安全是工業(yè)生產(chǎn)的首要考慮因素，關(guān)乎生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行和人員設(shè)備的安全。工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在安全性方面做出了較多研究，其特點(diǎn)體現(xiàn)在多個(gè)層面，包括硬件安全、軟件安全、網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全等。硬件安全涉及設(shè)備的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)和故障安全設(shè)計(jì)，確保在異常情況下，設(shè)備能夠自動(dòng)進(jìn)入安全狀態(tài)，避免事故發(fā)生。軟件安全管理利用加密、認(rèn)證、訪問控制等手段，保護(hù)系統(tǒng)免受惡意攻擊和誤操作。網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)注的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｃ苄院屯暾?，能防止信息泄露和網(wǎng)絡(luò)攻擊。信息安全則對整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，從而提高生產(chǎn)過程的可靠性，也為企業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)保障。

三、工業(yè)自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，它通過傳感器、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將各種實(shí)體對象連接到網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)智能識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提升工業(yè)生產(chǎn)過程的感知能力，同時(shí)強(qiáng)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)炔煌h(huán)節(jié)的連接，讓工業(yè)生產(chǎn)形成一個(gè)更為穩(wěn)定的有機(jī)體。

例如，基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能感知與數(shù)據(jù)采集，通過部署各類傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)境及設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。這些傳感器將物理信號轉(zhuǎn)換為電信號，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至中央處理系統(tǒng)。原理上，傳感器的工作基于物理效應(yīng)，如光電效應(yīng)、熱電效應(yīng)等，量化生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)，為自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

依靠獲得的設(shè)備數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)；通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與遠(yuǎn)程服務(wù)器，系統(tǒng)利用設(shè)備內(nèi)置的通信模塊進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和指令的下達(dá)。維護(hù)人員可以在中央控制室對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和故障排查，無需現(xiàn)場操作，大大提高了維護(hù)效率，降低了停機(jī)時(shí)間；通過對海量數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，可以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸，優(yōu)化生產(chǎn)流程：如利用大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，找出最優(yōu)生產(chǎn)參數(shù)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也能實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞褂玫娜^程追蹤。目前，常用的方法為在產(chǎn)品上貼電子標(biāo)簽，使每個(gè)產(chǎn)品都擁有唯一的身份標(biāo)識，便于在各個(gè)階段進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和查詢，確保產(chǎn)品質(zhì)量和可追溯性。

（二）無延遲通信技術(shù)

無延遲通信技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)高效運(yùn)行的重要保障，它旨在消除或減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的延遲，確?？刂葡到y(tǒng)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行響應(yīng)。在工業(yè)生產(chǎn)中，無延遲通信技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要?；谠摷夹g(shù)建立的系統(tǒng)，通信延遲極低，能夠通過采用高速數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)微秒級的數(shù)據(jù)傳輸速度。通過冗余設(shè)計(jì)和故障轉(zhuǎn)移機(jī)制，確保通信鏈路的穩(wěn)定保證系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)系統(tǒng)具備很強(qiáng)的抗干擾能力，適用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。

應(yīng)用無延遲通信技術(shù)可以建立實(shí)時(shí)以太網(wǎng)和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)自動(dòng)化提供高速且具有確定性的數(shù)據(jù)傳輸，通過精確的時(shí)間同步和優(yōu)先級調(diào)度，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的地，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，使得生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)決策和快速響應(yīng)成為可能。這對于需要精確同步操作的場合，如機(jī)器人協(xié)作、高速包裝線等至關(guān)重要，消除了因通信延遲帶來的不確定性，提高了生產(chǎn)線的運(yùn)行效率和安全性，對于實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化和智能化的工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

（三）PLC技術(shù)

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一種專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算控制器，具有極高的可靠性、靈活性和易用性。PLC作為工業(yè)控制的核心，可以負(fù)責(zé)接收來自傳感器的信號，根據(jù)預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行處理，并輸出控制命令至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如電動(dòng)機(jī)、閥門等；生產(chǎn)過程中，利用循環(huán)掃描機(jī)制，不斷地讀取輸入信號、執(zhí)行用戶程序、更新輸出信號，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制。

隨著PLC技術(shù)快速發(fā)展，目前PLC技術(shù)的編程和配置靈活性極高。用戶可以根據(jù)生產(chǎn)需求，通過梯形圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本等編程語言，輕松地編寫和修改控制邏輯，使得PLC能夠適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)需求，提高生產(chǎn)線的適應(yīng)性和可維護(hù)性[6]。PLC功能齊全，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯判斷，支持模擬量輸入輸出、比例積分微分控制等高級功能。在過程控制領(lǐng)域，PLC可以精確地控制溫度、流量、壓力等參數(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。PLC技術(shù)還具有良好的擴(kuò)展性和模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)需要添加或更換輸入輸出模塊、通信模塊、功能模塊等，方便系統(tǒng)升級和擴(kuò)展，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高安裝和維護(hù)的便利性。

（四）網(wǎng)絡(luò)化儀表

網(wǎng)絡(luò)化儀表技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用，為生產(chǎn)過程的監(jiān)測和控制提供了高效、精確的手段。網(wǎng)絡(luò)化儀表通過將傳統(tǒng)的模擬儀表與數(shù)字通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了儀表的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，可以實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并通過工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)等通信協(xié)議，將數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化儀表支持遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)：通過通信網(wǎng)絡(luò)，技術(shù)人員可以遠(yuǎn)程訪問儀表，進(jìn)行參數(shù)配置、故障診斷和系統(tǒng)升級，大大降低了現(xiàn)場維護(hù)的工作量[7]；通過使用網(wǎng)絡(luò)化儀表，展開集成化設(shè)計(jì)，減少了現(xiàn)場布線的復(fù)雜性，多個(gè)儀表可以通過網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)，減少信號傳輸線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的安裝成本和維護(hù)難度；網(wǎng)絡(luò)化儀表還具備自我診斷功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測自身的工作狀態(tài)，并在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性[8]。

四、工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用價(jià)值

（一）提高生產(chǎn)效率

工業(yè)自動(dòng)化通過采用自動(dòng)化設(shè)備和控制系統(tǒng)，極大地提高了生產(chǎn)效率，通過建立自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷運(yùn)行，不僅減少了因人工操作導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間，也提高了設(shè)備利用率。自動(dòng)化設(shè)備的工作速度遠(yuǎn)快于人工操作，能夠在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)更多的產(chǎn)品；機(jī)器人在組裝線上的動(dòng)作精準(zhǔn)而迅速，比人工組裝效率高出數(shù)倍[9]。自動(dòng)化系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程，通過數(shù)據(jù)分析優(yōu)化生產(chǎn)流程，進(jìn)一步消除瓶頸，提升整體生產(chǎn)效率。

（二）降低生產(chǎn)成本

降低生產(chǎn)成本是工業(yè)自動(dòng)化的重要優(yōu)勢之一。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用減少了人工成本的支出，尤其是在勞動(dòng)力成本較高的地區(qū)，優(yōu)勢更為明顯。通過機(jī)器替代人力，企業(yè)可以減少直接勞動(dòng)力，降低因人工操作不當(dāng)造成的廢品率和材料浪

費(fèi)[10]；同時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備的高精度和穩(wěn)定性也減少了次品率，降低了返工和維修成本，所以長期來看，自動(dòng)化設(shè)備的投資回報(bào)率高于人工成本，并且隨著技術(shù)的成熟和規(guī)?；瘧?yīng)用，設(shè)備成本會被逐漸平攤。

（三）優(yōu)化生產(chǎn)管理

工業(yè)自動(dòng)化不僅提高了生產(chǎn)效率，還優(yōu)化了生產(chǎn)管理。自動(dòng)化系統(tǒng)集成了先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集和分析功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為管理層提供決策支持。通過生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和企業(yè)資源規(guī)劃等軟件的集成，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的自動(dòng)化，優(yōu)化庫存管理，減少物料浪費(fèi)。根據(jù)需求，自動(dòng)化生產(chǎn)線還能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化顯示，通過監(jiān)控屏幕直觀展示生產(chǎn)狀態(tài)，便于管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。

（四）保證生產(chǎn)質(zhì)量

自動(dòng)化設(shè)備以其高度的精確性和一致性，減少了人為誤差，確保了產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量穩(wěn)定性。在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，每個(gè)工序都經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和嚴(yán)格控制，從原材料處理到最終產(chǎn)品包裝，每一步都由設(shè)備精確執(zhí)行，顯著降低了不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生[11]。自動(dòng)化系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，能夠立即進(jìn)行調(diào)整或停機(jī)，防止批量質(zhì)量問題發(fā)生。企業(yè)也可以根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和反饋，不斷完善生產(chǎn)工藝，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

（五）推動(dòng)綠色生產(chǎn)

綠色生產(chǎn)是目前工業(yè)發(fā)展的主要方向，自動(dòng)化生產(chǎn)線通過優(yōu)化資源使用和減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的節(jié)能環(huán)保：自動(dòng)化設(shè)備能夠精確控制原料的使用，減少浪費(fèi)；同時(shí)，高效的動(dòng)力系統(tǒng)降低了能耗；自動(dòng)化技術(shù)還能提高設(shè)備的綜合效率，延長設(shè)備壽命，減少設(shè)備更換頻率，從而減少廢棄物的產(chǎn)生。在排放控制方面，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測并控制污染物排放，確保生產(chǎn)過程符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

（六）促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級

隨著自動(dòng)化設(shè)備的普及和智能化水平的提升，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)模式發(fā)生了根本性變革。自動(dòng)化不僅提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化和重構(gòu)。企業(yè)通過引入自動(dòng)化生產(chǎn)線，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；蛡€(gè)性化生產(chǎn)，滿足市場多樣化需求，增強(qiáng)競爭力。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用促使企業(yè)轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型發(fā)展，加大研發(fā)投入，培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)人才，從而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向高附加值、高技術(shù)含量方向升級。

結(jié)語

工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)具有計(jì)算機(jī)集成、自動(dòng)化控制、智能化控制的特點(diǎn)，目前PLC等技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)鍵。應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的過程，需要結(jié)合實(shí)際需求，選擇合適的技術(shù)，強(qiáng)化對生產(chǎn)過程的監(jiān)測，優(yōu)化系統(tǒng)的控制效果，以充分滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。