(一)自動化的伊始——蒸汽機的發(fā)明與發(fā)展
世界上第一臺蒸汽機是由古希臘數(shù)學(xué)家亞歷山大港的希羅(Hero of Alexandria)于1世紀發(fā)明的汽轉(zhuǎn)球(Aeolipile),是蒸汽機的雛形。
約1679年法國物理學(xué)家丹尼斯•巴本在觀察蒸汽逃離他的高壓鍋后制造了第一臺蒸汽機的工作模型。約與此同時薩繆爾•莫蘭也提出了蒸汽機的主意。
1698年托馬斯•塞維利、1712年托馬斯•紐科門和1769年詹姆斯•瓦特制造了早期的工業(yè)蒸汽機,他們對蒸汽機的發(fā)展都做出了自己的貢獻。1807年羅伯特•富爾頓第一個成功地用蒸汽機來驅(qū)動輪船。瓦特并不是蒸汽機的發(fā)明者,在他之前,早就出現(xiàn)了蒸汽機,即紐科門蒸汽機,但它的耗煤量大、效率低。瓦特運用科學(xué)理論,逐漸發(fā)現(xiàn)了這種蒸汽機的毛病所在。從1765年到1790年,他進行了一系列發(fā)明,比如分離式冷凝器、汽缸外設(shè)置絕熱層、用油潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構(gòu)、離心式調(diào)速器、節(jié)氣閥、壓力計等等,使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多,最終發(fā)明出了現(xiàn)代意義上的蒸汽機。
1800年,英國的特里維西克設(shè)計了可安裝在較大車體上的高壓蒸汽機。1803年,他把它用來推動在一條環(huán)形軌道上開動的機車,找來喜歡新奇玩意兒的人乘坐,向他們收費,這就是機車的雛型。英國的史蒂芬孫將機車不斷改進,于1829年創(chuàng)造了“火箭”號蒸汽機車,該機車拖帶一節(jié)載有30位乘客的車廂,時速達46公里/時,引起了各國的重視,開創(chuàng)了鐵路時代。
19世紀末,隨著電力應(yīng)用的興起,蒸汽機曾一度作為電站中的主要動力機械。1900年,美國紐約曾有單機功率達五兆瓦的蒸汽機電站。
蒸汽機的發(fā)展在20世紀初達到了頂峰。它具有恒扭矩、可變速、可逆轉(zhuǎn)、運行可靠、制造和維修方便等優(yōu)點,因此曾被廣泛用于電站、工廠、機車和船舶等各個領(lǐng)域中,特別在軍艦上成了當時唯一的原動機。
蒸汽機的發(fā)明與發(fā)展具有劃時代的意義。蒸汽機的出現(xiàn)和改進促進了社會經(jīng)濟的發(fā)展,但同時經(jīng)濟的發(fā)展反過來又向蒸汽機提出了更高的要求,如要求蒸汽機功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們對蒸汽機作過許多改進,不斷擴大它的使用范圍和改善它的性能,但是隨著汽輪機和內(nèi)燃機的發(fā)展,蒸汽機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。
(二)自動化從實踐上升到理論的高度——《控制論》的發(fā)表
1947年10月,維納寫出劃時代的著作《控制論》,1948年出版后,立即風行世界。維納的深刻思想引起了人們的極大重視。它揭示了機器中的通信和控制機能與人的神經(jīng)、感覺機能的共同規(guī)律;為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究提供了嶄新的科學(xué)方法;它從多方面突破了傳統(tǒng)思想的束縛,有力地促進了現(xiàn)代科學(xué)思維方式和當代哲學(xué)觀念的一系列變革。
在控制論中,“控制”的定義是:為了“改善”某個或某些受控對象的功能或發(fā)展,需要獲得并使用信息,以這種信息為基礎(chǔ)而選出的、于該對象上的作用,就叫作控制。由此可見,控制的基礎(chǔ)是信息,一切信息傳遞都是為了控制,進而任何控制又都有賴于信息反饋來實現(xiàn)。信息反饋是控制論的一個極其重要的概念。通俗地說,信息反饋就是指由控制系統(tǒng)把信息輸送出去,又把其作用結(jié)果返送回來,并對信息的再輸出發(fā)生影響,起到制約的作用,以達到預(yù)定的目的。
與研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)換的傳統(tǒng)科學(xué)不同,控制論研究系統(tǒng)的信息變換和控制過程。盡管一般系統(tǒng)具有質(zhì)料、能量和信息三個要素,但控制論只把質(zhì)料和能量看作系統(tǒng)工作的必要前提,并不追究系統(tǒng)是用什么質(zhì)料構(gòu)造的,能量是如何轉(zhuǎn)換的,而是著眼于信息方面,研究系統(tǒng)的行為方式。控制論的另一位創(chuàng)始人、英國生理醫(yī)學(xué)家W.R.阿什貝認為,控制論也是一種“機器理論”,但它所關(guān)注的不是物件而是動作方式。可以進一步說,控制論是以現(xiàn)實的(電子的、機械的、神經(jīng)的或經(jīng)濟的)機器為原型,研究“一切可能的機器”──一切物質(zhì)動態(tài)系統(tǒng)的功能,揭示它們在行為方式方面的一般規(guī)律。因此,與那些只研究特定的物態(tài)系統(tǒng),揭示某一領(lǐng)域具體規(guī)律的專門科學(xué)相比較,控制論是一門帶有普遍性的橫斷科學(xué)。
(三)自動化如虎添翼——計算機的發(fā)展與其和自動化的結(jié)合
20世紀40-50年代,是第一代電子管計算機。經(jīng)歷了電子管數(shù)字計算機、晶體管數(shù)字計算機、集成電路數(shù)字計算機和大規(guī)模集成電路數(shù)字計算機的發(fā)展歷程,計算機技術(shù)逐漸走向成熟。
2 0世紀60-70年代,是對大型主機進行的第一次“縮小化”,可以滿足中小企業(yè)事業(yè)單位的信息處理要求,成本較低,價格可被接受;
20世紀70-80年代,是對大型主機進行的第二次“縮小化”,1976年美國蘋果公司成立,1977年就推出了Apple計算機,大獲成功。1981年IBM推出IBM-PC,此后它經(jīng)歷了若干代的演進,占領(lǐng)了個人計算機市場,使得個人計算機得到了很大的普及;
隨著計算機軟件及硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展,計算機以其強大的運算能力為人們所驚嘆。迅速發(fā)展的計算機技術(shù)使人們擺脫了計算量大、計算復(fù)雜的束縛,為人們對復(fù)雜控制系統(tǒng)的研究提供了可能。
20世紀70年代,微型計算機的發(fā)展及顯示技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷進步實現(xiàn)了計算機的直接參與控制,從根本上改變了現(xiàn)代控制系統(tǒng)的面貌,極大地促進了現(xiàn)代控制理論和自動化技術(shù)的發(fā)展。 從歷史的角度來看,自動化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個從機械到電子再到數(shù)字式電子計算機的歷程,并在微型計算機時代達到了一個高峰。從發(fā)展的趨勢來看,信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的自動化、計算機集成制造系統(tǒng)、智能機器人等與計算機相關(guān)的方向?qū)⒊蔀樽詣踊l(fā)展的重要方向。
(四)自動化未來的發(fā)展趨勢——機電一體化
機電一體化是未來包裝機械發(fā)展的趨勢。一個完整的機電一體化系統(tǒng),一般包括微機、傳感器、動力原、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)等部分,它摒棄了常規(guī)包裝機械中的繁瑣和不合理部分,而將機械、微機、微電子、傳感器等多種學(xué)科的先進技術(shù)融為一體,給包裝機械在設(shè)計、制造和控制方面都帶來了深刻的變化,從根本上改變了包裝機械的現(xiàn)狀。
機械功能多元化
工商業(yè)產(chǎn)品已趨向精致化及多元化,在大環(huán)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(yīng)市場需求。
結(jié)構(gòu)設(shè)計標準化、模組化
充分利用原有機型模組化設(shè)計,可在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)換新機型。
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(含軟件)所擁有的強大功能。未來包裝機械必須具備多功能化、調(diào)整操作簡單等條件,基于電腦的智能型儀器將成為食品包裝控制器的新趨勢。
結(jié)構(gòu)運動高精度化
結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)運動控制等事關(guān)包裝機械性能的優(yōu)劣,可通過馬達、編碼器及數(shù)字控制(NC)、動力負載控制(PLC)等高精密控制器來完成,并適度地做產(chǎn)品延伸,朝高科技產(chǎn)業(yè)的包裝設(shè)備來研發(fā)。
包裝行業(yè)屬于配套行業(yè),涉及國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域,特別是食品行業(yè)與飲料行業(yè),更是依賴于包裝行業(yè)的技術(shù)進步和配套服務(wù),因此,我們不能忽視包裝機械落后的現(xiàn)狀,努力積極推動包裝業(yè)走上快速健康發(fā)展的自動化道路。