自動化技術是一門綜合性技術，它和控制論、資訊理論、系統工程、計算機技術、電子學、液壓及氣壓技術、自動控制等都有著十分密切的關係，而其中又以「控制理論」和「計算機技術」對自動化技術的影響最大。一些過程已經被完全自動化。廣義來說，通常是指不需藉助人力親自操作機器或機構，而能利用動物以外的其他裝置元件或能源，來達成人類所期盼執行的工作。更狹義地說即是以生化、機電、電腦、通訊、水力、蒸汽等科學知識與應用工具，進行設計來代替人力或減輕人力或簡化人類工作程序的機構機制，皆可稱之。

自動化是相對人工概念而言的。指的是在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預定規律運行。自動控制技術的研究有利於將人類從複雜、危險、繁瑣的勞動環境中解放出來並大大提高控制效率。自動化的最大好處是可以節省勞動力，同時，它也可用於節約能源和材料，並改善質量，準確度和精度。

室內溫度的調節是一個簡明易懂的例子。目的是把室內溫度保持在一個定值 θ，儘管開窗等因素使得室內熱量散發出室外（干擾 d）。為了達到這個目的，加熱必須被適當的影響。通過閥門的調節，溫度就會保持恆定。除此之外，在人們有感覺之前，暖器熱水的溫度也會受外界溫度的干擾。

自動化技術已被通過各種方式通常在組合來實現的，包括機械，液壓，氣動，電氣，電子和計算機。複雜系統，例如現代化工廠，飛機和船隻，通常使用所有這些組合的技術。



發展歷史

自動化技術有著一段引人入勝的歷史。在控制理論出現之前，由於沒有控制理論的統一指導，各類控制器基本是秉持著「即用即設計」的原則獨立設計出現的。自動控制被許多新的發明推動著不斷前進。但是，如果想要提高控制的精準性，就必須發展出自動控制領域一套完整的理論。1868 年，物理學家詹姆斯・馬克士威在論文《論調速器》（On Governors）中用微分方程為離心力控制器建立了一個模型，提出了控制領域最早的數學理論。此後，自動控制系統的理論便不斷發展，指導實踐，並由在二戰期間得到了重大突破與廣泛應用。

控制理論出現之前

最初的控制器在公元前 300 年的古希臘就被發明了出來。來自埃及的古希臘工程師科泰西比奧斯設計了通過浮子控制的水鐘。公元前 250 年，比贊茲發明了通過浮子來控制油面高度的油燈。

最早的反饋控制機制被用於搭風車的風帆，它在 1745 年已經被埃德蒙・李 (Edmund Lee) 申請了專利。17 世紀初中葉，荷蘭人科尼利斯・德雷貝爾發明了第一個帶有反饋的溫度控制器。1681 年，法國人帕潘發明了第一個蒸汽鍋爐的壓力調節裝置。

1788 年，瓦特為改良紐科門蒸汽機發明的離心調速裝置是第一個在工業領域使用的帶有反饋的調節裝置，是世界上最早的自動化機器。與此同時，俄羅斯人波爾祖諾夫發明了帶有反饋的水面高度控制器，也屬世界首創。水面高度的信息傳遞到浮子上，然後再反作用於蒸汽閥門上。

控制理論出現之後

從 1868 年起直到二戰，自動控制系統的理論和實踐在美國與西歐、俄國與東歐分別沿著不同的方向發展。在美國與西歐，系統一般都在頻域描述，問題都用來自貝爾實驗室的波德，奈奎斯特和布萊克的方法解決，而俄國與東歐的數學家和工程師們一般在時域用微分方程解決問題。

自動控制技術的重大突破發生在二戰時期，因為製造武器裝備，必須處理複雜的系統。雷達，無人駕駛和自動瞄準系統只是幾個帶有反饋系統的例子。對新的控制系統的需求導致了新的數學方法的改善，從而控制技術有了自己的一套準則。

20 世紀 40 年代，通過美國數學家維納等人的努力，在自動調節、計算機、通信技術、仿生學以及其他學科互相滲透的基礎上，產生了控制論。這一理論對自動化技術有著深遠影響。維納提出的反饋控制原理，至今仍然是控制理論中的一條重要規律。

20 世紀 60 年代，隨著複雜的工業生產過程、航空及航天技術、社會經濟系統等領域的進步使自動控制理論得以迅速發展，自動化技術水平大大提高。兩個顯著進展是數字計算機得到廣泛應用以及現代控制理論的誕生。

1980 年代，由於電子技術的出現，控制技術有了新的動因。工程師們可以更快更好地進行計算，高度複雜和精準的控制系統成為可能。

到了 21 世紀，自動化技術進入了計算機自動設計（英文：Computer-Automated Design，CAutoD）的年代。



使用工具

工程師現在可以數字控制自動化設備。其結果是迅速擴大了應用範圍和人類活動。

不同類型的自動化工具存在：


* ANN - 人工神經網絡

* DCS - 分布式控制系統

* HMI - 人 - 機用戶界面

* SCADA - 數據採集與監控系統

* PLC - 可程式邏輯控制器

* 機器人學



應用

工業自動化是自動化技術應用的一個最為重要的方向。其具體運用的方面有：


* 計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助製造（CAM）

* 綜合辦公自動化（OA）(門禁系統、資訊科技稽核等)

* 過程控制與自動化儀器儀表

* 人工智慧技術



在工業上帶來的影響

工業自動化多以自動設備取代高危險、單調性、高頻率的人力行為，如取熱鑄件、每隔幾分鐘取料、組裝線。透過自動化的設備導入，協助解決人資調漲、技術斷層、品質穩定的狀況。自動化為固定模式的概念，在導入前需要準備的工作如下：


* 標準化作業：自動化為一切由計算、規劃、輸入電腦設定，控制重複作業所構成的功能，將每一項生產步驟統一制度化才能接著由人去規劃、計算。

* 風險性評估：對於生產過程中間可能會有的風險，如：金屬加工所生鐵屑、壓鑄、成型要夾取未去毛編的鋁塊‥考驗的是規劃商的技術與經驗，風險評估將大大影響這套產品最後所生成效益，最好讓規劃自動化設備廠商與機械製造廠商間多評估，以避免生產狀況影響自動化運作。

* 效能評估：一般來說，規劃商會以人力與時間作為依據，預估可節省之效益，因自動化設備如機械手臂 Robot 一組高至百萬，或門型機械手價格平近但仍不斐，若效益未達，則不建議導入。

簡易三要點評斷是否適合自動化導入：


* 年產量大。

* 加工時間短。

* 產品形狀單純。

同時自動化也可能造成失業問題的增加成為政治議題，傳統自動化機械隨著電腦發展逐漸智能化，有可能導致滲透進更下端的產業和更小型的公司，取代更多的職缺，這種取代有可能是一種等比級數的擴張，日經新聞曾研究 2030 年後日本可能被機器人搶走 735 萬工作機會，而被搶工作的人會湧向其他工作機會，讓其他工作的勞工在資方面前更弱勢而遭到薪資和福利的不利影響，所以自動化技術有可能加劇貧富差距而成為未可知的巨大問題。



與其他學科的關係

自動化控制系統的研究，幾乎涵蓋所有應用科學知識與技術的結合，領域範圍及牽涉的科學知識與應用工具相當廣泛，作為交叉學科，自動控制與其他很多學科有關聯，尤其是數學和信息學，在製造，醫藥，交通，機器人，以及經濟學，社會學中的應用也都非常廣泛。飛機和船舶中的自動駕駛，汽車中的防抱死和速度控制器也都是典型的應用。



應用範圍

自動化應用領域可分為：辦公自動化，機械自動化，信息自動化，工業自動化，污水處理自動化等等，應用十分廣泛。

工廠自動化

生產自動化控制，即是利用自動化的生產設備，一貫作業的生產方式，從事有效率的產品生產，我們稱之為工廠自動化控制。例如：


* 汽車工業：藉著整條生產線的分工裝配，每幾分鐘即可生產一部汽車。

* 紡織工業：每幾分鐘即可高速生產一批布料。

* 塑膠工業：產出塑膠原料後，在經過射出成型機器，產出各種塑膠模型。

* 電子工業：產出各式各樣的消費電子產品，如電視機、伴唱機、照相機等。

* 半導體業：經過研磨、曝光、顯影、蝕刻、切割、封裝等技術，產出一顆顆的功能式晶片，以供應電子工業。

* 電機工業：產出各式各樣的電機設備產品，如變壓器、馬達、不斷電設備、發電機組等。

* 機械工業：產出各式各樣的機器設備產品，如車床、銑床、堆土機等。

* 製藥工業：產出各式各樣的藥品，提供治療所需等。

* 農業工程：產出各式各樣的花卉或盆栽，如蝴蝶蘭的育種栽培等。

目前，隨著自動化控制的逐漸完善，已出現「無人工廠」。

設計自動化

設計自動化控制，即利用電腦軟體技術及應用，將所需設計的資料，轉成控制程序或生產流程，而且以簡單的圖或語言，來表示或執行製造過程的自動化控制的運作。

實驗室自動化

實驗室自動化控制，即利用自動化設備與電腦軟體技術及應用，或可程式控制器等設備，結合溫度、濕度、壓力、流量等感測器，將實驗室的控制程序或生產流程，及所需實驗結果的資料，轉成簡單的圖或語言，來表示或執行實驗室的自動化控制作。

檢測自動化

檢測自動化控制，即利用自動化的檢測設備與電腦軟體技術及程式應用，結合溫度、濕度、壓力、流量等感測器設備，能自動地檢測樣品，並將檢測的物理量的資料，轉成簡單的圖或語言，來表示檢測結果。

辦公室自動化

辦公室自動化控制，即利用軟體程式技術及應用，將辦公室的文書資料或文書檔案，做有效率的管理，並結合傳真機、電話機、影印機、電腦等迅速地處理文書資料或文書檔案，以提供承辦人或決策主管參考。

家庭自動化

家庭自動化控制，即利用自動化的設備與電腦軟體技術及程式應用，藉由共同的通訊協定，結合有線網路、無線網路系統將家庭用設備，如電視機、電鍋、冷氣機、電冰箱、洗衣機、瓦斯開關、與警報系統、保全系統、遠端監視系統結合，讓用戶可以透過網際網路在遠端監控住家的安全，是否有人侵入，是否有任何異常狀況，可以在遠端控制電器的操作以提高家庭舒適度與居家安全。

服務自動化

服務自動化控制，即利用自動化的設備與電腦軟體技術及程式應用，結合各式各樣的自動化設備或感測器，監測、紀錄、轉接、通知、執行運作等，以供顧客或使用者，能快速處理相關作業或快速處理所遭遇的問題。諸如銀行轉帳自動化服務、旅館訂房自動化服務、飛機、客運、火車訂票自動化服務等。



未來趨勢

自動化技術的總體發展趨勢是：更廣泛地與各地現代化技術相結合、特別是與計算機技術及控制論結合，從物理活動的自動化向著信息活動的自動化發展，比如利用計算機來自動設計，而不只是輔助設計。


* 機械功能多元化：工商業產品已趨向精緻化及多元化，在大環境變化下，多元化、彈性化且具有多種切換功能的包裝機種方能適應市場需求。

* 控制智能化：包裝機械廠家普遍使用 PLC 動力負載控制器，雖然 PLC 彈性很大，但仍未具有電腦（含軟體）所擁有的強大功能。未來包裝機械必須具備多功能化、調整操作簡單等條件，基於電腦的智能型儀器將成為食品包裝控制器的新趨勢。

* 結構設計標準化、模組化：充分利用原有機型模組化設計，可在短時間內轉換新機型。



參見


* 量產

* 辦公室自動化

* 機器人

* 標準化

* 工業設計

* 門型機械手

* 無條件基本收入



參考書籍


* 

* 王台有，江榮傑等編譯。1999。自動控制。全威圖書有限公司。

* 汪永文編著。2002。自動控制。全華科技圖書股份有限公司。

* 張充鑫，賴連康等編著。2003。自動化概論。全華科技圖書股份有限公司。

* 廖國清，蕭志清，陳曦照等編譯。1999。機電整合。全華科技圖書股份有限公司。

* Gene F. Franklin, J. D. Powell, and AbbasEmani-Naeini, Feedback Control of DynamicSystems, 4th ed., 2002.

* （英文）IEEE Transactions on Automation Science and Engineering （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* （英文）Jobs in Automation, Robotics and Process Control

* （英文）ISA (International Society of Automation) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* （英文）Need for Automation Training as part of the Recruitment Process in Industries

* （英文）Intel's Automation Process and Its Role in Process Development and High Volume Manufacturing （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）