自动化与机电科技的发展与人物

第十章

自動化與機電科技的發展與人物

10.1 自動化與工業進步自動化起源於18世紀工業革命時代，其優點是減少人力，增加系統本身的精密度，降低人為操作時衍生的問題及提高產品穩定性等第一次工業革命1629年，義大利工程師喬凡尼．白蘭（GiovanniBranca）利用蒸氣可推動渦輪葉片的原理，將蒸氣動力機械裝置架設在馬車上1766年，英國發明家詹姆斯．瓦特改良蒸氣機，他發明的離心力控制器（governor），首次把感測器引進控制迴路中，這是自動化與工業結合的開始1885年才由德國工程師卡爾．賓士在曼海姆製造出汽油引擎裝置並架設在馬車上的三輪汽車，具有0.85馬力，此為現代汽車之始。而到了1906年，亨利．福特開始以工廠自動化量產汽車中國的第一輛汽車北京諧趣園中陳列著慈禧太后時大臣所敬獻的汽車，這是中國的第一輛汽車，距離汽車問世時還不到20年工廠自動化福特汽車公司在1911年在密蘇里州堪薩斯城成立第一家汽車装配廠，並在1913年建立世界上首條量產線。此為工廠自動化之始第二次工業革命1970年代美國汽車工業採用繼電器作為自動化的主要控制元件，提高了生產效率及準確性，也使得自動化生產線能夠迅速更換生產車型的需求，而後此種概念也擴展到其他產業上

工廠自動化的演變工廠自動化包括：生產排程自動化、生產線自動化、測試自動化、倉儲自動化、電力管理自動化、無人工廠等，而可程式邏輯控制器（PLC）發明，成為工廠自動化不可或缺的設備之一1980年代，機器人使用情況逐漸普遍，微電腦與電子技術結合之自動化，PLC、CNC等電子式自動化與工具機逐漸形成結合應用，電腦數位化控制（CNC）技術已至成熟1990年代，採用電腦輔助設計及製造（CAD/CAM）之技術，建制彈性式自動化生產系統、自動檢測系統、生產製造導入電腦整合製造系統（CIM），並且重視製造自動化系統模組化技術CNC機器之例全面自動化圖形辨識、字詞認識、人工智慧（artificialintelligence）和機器人（robot）的發展，使自動化有了重大的進步全面自動化的機器或系統，需要4個基本組件：動力：動力如電池組或發電機，可提供自動化系統所需的能量感測器：典型的感測器包括光電管、熱電偶、X光機及電錶，分別用以測量尺寸大小、重量、溫度、壓力、顏色與電阻等判定元件：產生一些適當指令告訴控制元件控制元件：控制元件包括開關、活門與其他各種機械裝置，負責校正機器的作業情況，使其符合原先程式所定的值

自動化之例─學生自製之會自動瞄準射擊的槍枝簡單的教教學機器器人各式各樣樣的機器器人比賽賽文化大學學機械系系學生所所做的越越障車(機器人人)10.2機電電科技與與系統整整合1970年代的的機電整整合是由由機構學學（機械械學）和和電子學學整合而而成，製製造出自自動門、、自動販販賣機、、自動對對焦照像像機或攝攝影機等等產品1980年代，，為了滿滿足少量量多樣產產品的需需求，減減少生產產成本，，產業開開始研發發機器人人、自走車（AGV）、彈彈性製造造系統（（FMS）與電電腦整合合製造系系統（CIM））等自動動化相關關技術，，此時電電腦更扮扮演控制制中心的的重要角角色，並並開始引引入資訊訊技術1990年年代，機電電整合大量量引入有線線、無線通通訊、衛星定位、網路傳輸輸等技術21世紀為為多元機電電整合的時時代，包括括光機電（（Optomechatronics），微機電系統統技術（MEMS）、、奈米機電電技術（NEMS）），以及生生物機電工工程（Biomechatronics）等微機電技術術與奈米機機電技術之之例自動控制生生產線的重重要器具──機械手臂臂在太空中工工作之機械械手臂學生專題比比賽所設計計的機械手手臂10.3機機電科技技整合與自自動控制控制系統元元件與回授授關係機電整合系系統元件之之壹─控制制器控制器大致致可分為四四類：可程程式控制器器、以個人人電腦為主主之控制器器（PC-BasedController）、微控控制器（Microcontroller）、、數位訊號號處理器（（DigitalSignalProcessor,DSP）等機電整合系系統元件之之貳─感測測器感測測器器好好比比是是人人體體的的五五官官，，它它將將各各種種物物理理量量、、化化學學量量與與生生物物量量轉轉換換成成控控制制器器可可以以感感知知的的信信號號感測測器器通通常常由由三三部部分分所所組組成成：：感感測測元元件件、、量量測測電電路路與與信信號號顯顯示示、、記記錄錄及及處處理理常見見的的感感測測器器有有光光敏敏電電阻阻、、熱熱敏敏電電阻阻、、溫溫度度感感測測器器、、熱熱電電耦耦溫溫度度感感測測器器、、溫溫度度感感測測器器、、超超音音波波感感測測器器、、壓壓力力感感測測器器、、接接近近開開關關、、加加速速度度感感測測器器、、陀陀螺螺儀儀等等機電整整合系系統元元件之之參──致動動器（（actuator）致動器器是將將電能能轉換換為機機械能能的設設備，，包括括電動動機與與電磁磁閥，，其中中電動動機又又可分分為直直流馬馬達、、交流流馬達達（感感應馬馬達或或同步步馬達達）、、步進進馬達達等機電整整合系系統元元件之之肆──機構構元件件機構元元件包包括：：系統本本體：：主要要指上上述機機電整整合系系統中中的控控制器器、感感測器器、致致動器器、傳傳動機機構以以及終終端作作用機機構傳動機機構：：可將將動力力經過過大小小與方方向的的轉換換，而而傳遞遞給終終端作作用機機構，，例如如齒輪輪、齒齒輪組組、單單向離離合器器、輸輸送帶帶、鏈鏈條、、曲柄柄、部部分油油氣壓壓元件件等機構元元件之之例──風車車機電整整合系系統之之例1—學學生專專題比比賽之之自動動車表表演路路邊停停車機電整整合系系統之之例2─機機器人人足球球比賽賽機電電整整合合系系統統之之例例3——可可遙遙控控之之火火星星探探測測船船機電電整整合合系系統統之之例例4──電電影影「「變變形形金金剛剛」」信號號處處理理信號號處處理理所所發發展展出出來來的的技技術術及及硬硬體體有有信信號號處處理理擷擷取取（（SignalsProcessingAcquisition））、、類類比比/數數位位信信號號轉轉換換器器（（ADConverter）），，及及數數位位/類類比比信信號號轉轉換換（（DAConverter））器器等等，，主主要要是是將將感感測測器器送送來來的的信信號號作作適適當當的的轉轉換換及及處處理理，，透透過過電電腦腦軟軟體體的的運運算算，，計計算算出出量量測測物物理理量量的的數數值值，，再再進進一一步步的的判判斷斷及及處處置置人機介面人機介面大量量運用在工業業與商業上，，簡單的區分分為輸入（input））與輸出（output）兩種，輸輸入指的是由由感知器接受受訊號後傳送送給控制器來來進行機械或或設備的操作作，如把手、、開關、門、、指令（命令令）的下達；；而輸出指的的是由機械或或設備發出來來的通知，如如故障、警告告、操作說明明提示等新式的數位化化人機人機介介面，可藉由由觸控式面板板來進行命令令下達，並且且能夠即時監監控得知工作作現況的數值值化與圖形化化展現，更可可藉由網際網網路傳送即時時資料好的人機介面面會有效率的的