工業(yè)自動(dòng)化作為現(xiàn)代工業(yè)的核心支撐，在全球制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中占據(jù)著舉足輕重的地位，它是指在工業(yè)生產(chǎn)中，運(yùn)用自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、操縱和管理，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化、自動(dòng)化和高效化。近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子信息、機(jī)械加工、化工等眾多行業(yè)。

1、定義與分類

工業(yè)自動(dòng)化是指機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程在不需要人工直接干預(yù)或較少干預(yù)的情況下，按預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、操縱等信息處理和過程控制的統(tǒng)稱。在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化條件下，人只是間接地照管和監(jiān)督機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)。工業(yè)自動(dòng)化廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、信息技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，是提高生產(chǎn)效率、降低能耗和保證生產(chǎn)安全性的重要手段。從構(gòu)成上，工業(yè)自動(dòng)化主要由工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分組成。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告指出，工業(yè)自動(dòng)化軟件涵蓋了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)（CAD/CAM）、工業(yè)控制軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)分析軟件等，這些軟件在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，CAD/CAM 軟件能夠輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝規(guī)劃，提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性；工業(yè)控制軟件負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)了工業(yè)設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸，促進(jìn)了生產(chǎn)系統(tǒng)的互聯(lián)互通；數(shù)據(jù)庫軟件用于存儲(chǔ)和管理生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)分析和決策提供支持；數(shù)據(jù)分析軟件則能夠?qū)Υ罅康纳a(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)潛在的問題和優(yōu)化機(jī)會(huì)。

硬件部分包括自動(dòng)化設(shè)備、儀器儀表與測(cè)量設(shè)備、傳動(dòng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)硬件等。自動(dòng)化設(shè)備如可編程序控制器（PLC）、傳感器、編碼器、人機(jī)界面、開關(guān)、斷路器、按鈕、接觸器、繼電器等工業(yè)電器及設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。PLC 作為工業(yè)自動(dòng)化的核心控制設(shè)備之一，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的程序?qū)ιa(chǎn)過程進(jìn)行邏輯控制和順序控制；傳感器用于檢測(cè)生產(chǎn)過程中的各種物理量和化學(xué)量，如溫度、壓力、流量、位置等，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，為控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持；編碼器則用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度、速度和位置等參數(shù)，廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域；人機(jī)界面為操作人員提供了與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行交互的平臺(tái)，方便操作人員對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控和操作。

儀器儀表與測(cè)量設(shè)備包括壓力儀器儀表、溫度儀器儀表、流量?jī)x器儀表、物位儀器儀表、閥門等設(shè)備，用于對(duì)生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量和控制。壓力儀器儀表用于測(cè)量和控制生產(chǎn)過程中的壓力，確保設(shè)備和工藝的安全運(yùn)行；溫度儀器儀表用于測(cè)量和控制生產(chǎn)過程中的溫度，保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率；流量?jī)x器儀表用于測(cè)量和控制生產(chǎn)過程中的流量，實(shí)現(xiàn)物料的精確輸送和配比；物位儀器儀表用于測(cè)量和控制生產(chǎn)過程中的物位，如液位、料位等，確保生產(chǎn)過程的連續(xù)性；閥門則用于控制流體的流動(dòng)方向、流量和壓力，是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的重要執(zhí)行元件。

傳動(dòng)設(shè)備包括調(diào)速器、伺服系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)等，負(fù)責(zé)將動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的各種運(yùn)動(dòng)。調(diào)速器用于調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足不同生產(chǎn)工藝的需求；伺服系統(tǒng)能夠精確控制電機(jī)的位置、速度和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)控制；運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括各種機(jī)械傳動(dòng)裝置，如齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等，用于將動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電源系統(tǒng)為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，確保設(shè)備的正常運(yùn)行；發(fā)動(dòng)機(jī)則是提供動(dòng)力的源頭，常見的有電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。

計(jì)算機(jī)硬件包括嵌入式計(jì)算機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等，作為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心計(jì)算設(shè)備，承擔(dān)著數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算和控制任務(wù)。嵌入式計(jì)算機(jī)通常集成在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中，具有體積小、功耗低、可靠性高等特點(diǎn)，適用于對(duì)空間和功耗要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景；工業(yè)計(jì)算機(jī)專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性，能夠在惡劣的工業(yè)環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)則是一種專門用于工業(yè)自動(dòng)化控制的計(jì)算機(jī)，具有豐富的接口和高速的數(shù)據(jù)處理能力，能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和精確性的要求。

工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器及局域網(wǎng)所采集的各種信息進(jìn)行歸納、分析、整理，實(shí)現(xiàn)信息管理與自動(dòng)控制的一體化，并通過權(quán)限認(rèn)證確保信息的安全?，F(xiàn)今應(yīng)用較多的工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備與系統(tǒng)主要有伺服系統(tǒng)、步進(jìn)系統(tǒng)、變頻器、傳感器、儀器儀表、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）、分散式控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）等。

2、發(fā)展歷程

工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展歷程是一部不斷創(chuàng)新和演進(jìn)的歷史，與科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展緊密相連。其發(fā)展歷程可以追溯到工業(yè)革命時(shí)期，經(jīng)過了多個(gè)重要階段，逐步從簡(jiǎn)單的機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展到高度智能化的現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化。

工業(yè)革命時(shí)期，蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用開啟了機(jī)械自動(dòng)化的先河。蒸汽機(jī)作為一種動(dòng)力源，取代了人力和畜力，推動(dòng)了紡織、采礦、冶金等行業(yè)的機(jī)械化生產(chǎn)。在紡織行業(yè)，蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的紡織機(jī)械實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的紡織生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率。18 世紀(jì) 60 年代，英國的詹姆斯?瓦特改進(jìn)了蒸汽機(jī)，使其更加高效和可靠，為工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。這一時(shí)期的自動(dòng)化主要依靠機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)，通過機(jī)械傳動(dòng)和簡(jiǎn)單的控制機(jī)構(gòu)來完成生產(chǎn)任務(wù)，雖然自動(dòng)化程度較低，但為后續(xù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

20 世紀(jì)初，電力和電子技術(shù)的興起推動(dòng)了電氣自動(dòng)化的發(fā)展。電力的廣泛應(yīng)用為工業(yè)生產(chǎn)提供了更加便捷和高效的動(dòng)力，電子技術(shù)的發(fā)展則使得自動(dòng)化控制設(shè)備得以出現(xiàn)。1913 年，美國福特汽車公司采用了流水線生產(chǎn)方式，通過傳送帶將汽車零部件傳送到各個(gè)工位，工人在固定的工位上進(jìn)行裝配操作，實(shí)現(xiàn)了汽車的大規(guī)模生產(chǎn)。流水線生產(chǎn)方式的出現(xiàn)，標(biāo)志著電氣自動(dòng)化在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用取得了重大突破，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。這一時(shí)期，繼電器、接觸器等電氣控制元件開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過程的簡(jiǎn)單控制。

20 世紀(jì)后半葉，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展引領(lǐng)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)化時(shí)代。可編程邏輯控制器（PLC）、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等設(shè)備的出現(xiàn)，使得工業(yè)生產(chǎn)過程的控制更加精確和高效。PLC 是一種專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，它采用可編程存儲(chǔ)器，能夠存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺(tái)可編程邏輯控制器，從此 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)則是一種專門用于工業(yè)自動(dòng)化控制的計(jì)算機(jī)，它具有豐富的接口和高速的數(shù)據(jù)處理能力，能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和精確性的要求。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用使得工業(yè)生產(chǎn)過程的控制更加智能化和自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

隨著信息技術(shù)革命的深入，現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化階段以信息化、智能化為主要特征。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，使得工業(yè)生產(chǎn)更加智能化、高效化和可持續(xù)化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，通過傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆贫嘶虮镜胤?wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。大數(shù)據(jù)技術(shù)則能夠?qū)Ａ康墓I(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)潛在的問題和優(yōu)化機(jī)會(huì)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。人工智能技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用越來越廣泛，如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自主優(yōu)化和故障預(yù)測(cè)，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化水平。例如，在汽車制造行業(yè)，人工智能技術(shù)可以用于車身焊接質(zhì)量的檢測(cè)和預(yù)測(cè)，通過對(duì)焊接過程中的電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提前發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，提高焊接質(zhì)量。

3、產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)

據(jù)市場(chǎng)研究報(bào)告進(jìn)行披露，工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)且各環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密，涵蓋了從上游零部件供應(yīng)到中游產(chǎn)品制造，再到下游應(yīng)用領(lǐng)域的完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是各類電力電子元器件、原材料以及相關(guān)的研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。電力電子元器件包括 IGBT 等半導(dǎo)體元器件、電阻電容等電子元器件，它們是工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的核心組成部分，對(duì)設(shè)備的性能和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）作為一種新型的電力電子器件，具有高電壓、大電流、低導(dǎo)通電阻等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器等工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中。原材料方面，包括永磁材料、絕緣材料、結(jié)構(gòu)件等，這些原材料的質(zhì)量和性能直接影響到工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。永磁材料用于制造電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子，其性能的優(yōu)劣直接影響電機(jī)的效率和功率密度；絕緣材料用于隔離電氣設(shè)備中的不同電位，保證設(shè)備的安全運(yùn)行；結(jié)構(gòu)件則為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備提供機(jī)械支撐和保護(hù)。

研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在產(chǎn)業(yè)鏈上游也占據(jù)著重要地位。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新性、高性能和可靠性要求越來越高，研發(fā)設(shè)計(jì)能力成為企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵因素。企業(yè)需要投入大量的資金和人力進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，不斷推出新的產(chǎn)品和解決方案，以滿足市場(chǎng)的需求。一些國際知名的工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)，如西門子、ABB 等，都擁有強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和先進(jìn)的研發(fā)設(shè)施，不斷在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級(jí)。

中游為工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)，按功能可將其分為控制層、驅(qū)動(dòng)層、執(zhí)行層以及傳感層?？刂茖邮枪I(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)的分析、處理和分配，常見的設(shè)備有 PLC、DCS（集散控制系統(tǒng)）等。PLC 通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的邏輯控制和順序控制，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景；DCS 則主要用于大型工業(yè)生產(chǎn)過程的集中監(jiān)控和分散控制，通過網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)控制單元連接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)控制。

驅(qū)動(dòng)層的作用是將控制層的任務(wù)進(jìn)行解碼，變成能被電機(jī)、閥門等執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠識(shí)別的信號(hào)，主要設(shè)備包括變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器等。變頻器通過改變電機(jī)的電源頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的節(jié)能控制和調(diào)速控制；伺服驅(qū)動(dòng)器則能夠精確控制電機(jī)的位置、速度和轉(zhuǎn)矩，廣泛應(yīng)用于需要高精度運(yùn)動(dòng)控制的場(chǎng)合，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等。

執(zhí)行層是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，如各類電機(jī)、閥門等。電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備完成各種生產(chǎn)任務(wù)；閥門則用于控制流體的流動(dòng)方向、流量和壓力，是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的重要執(zhí)行元件。

傳感層用于檢測(cè)生產(chǎn)過程中的各種物理量和化學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，為控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持，常見的傳感器有溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、位置傳感器等。溫度傳感器用于測(cè)量生產(chǎn)過程中的溫度，壓力傳感器用于測(cè)量壓力，流量傳感器用于測(cè)量流量，位置傳感器用于測(cè)量物體的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)感知生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)變化，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，以便控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和控制。

下游為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，可將其分為 OEM 型行業(yè)和項(xiàng)目型行業(yè)。OEM（Original Equipment Manufacturer）型行業(yè)主要有鋰電池、電子制造、半導(dǎo)體、機(jī)床、包裝等，這些行業(yè)通常需要大量的自動(dòng)化設(shè)備來進(jìn)行批量生產(chǎn)，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的精度、速度和穩(wěn)定性要求較高。在鋰電池生產(chǎn)行業(yè)，自動(dòng)化設(shè)備用于電芯制造、電池組裝、檢測(cè)等環(huán)節(jié)，能夠提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

項(xiàng)目型行業(yè)主要有冶金、化工、石化、電力等，這些行業(yè)的生產(chǎn)過程通常較為復(fù)雜，需要根據(jù)具體的項(xiàng)目需求進(jìn)行定制化的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施。在冶金行業(yè)，工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)用于高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼、連鑄連軋等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的精確控制和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗和環(huán)境污染。

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