[科普中国]-低成本自动化

发展

低成本自动化(LCA)起源于第一次工业革命，最初称之为“简易自动化”。第二次世界大战以后，由于恢复工业的需要，开始大量采用由继电器组成的简易自动控制装置。20世纪五六十年代，出现了采用无触点逻辑控制器、反馈控制器或是两者结合的低成本自动化系统；在20世纪70年代曾对低成本自动化定义为：应用机械、气动、液动、电气、电子和光电子等技术手段，造出结构简单、价格低廉、使用方便、质量好、见效快的自动装置或系统，以适应众多中小型工业企业的需要。自20世纪80年代以来，由于微型机的普及推广，出现以单板机、单片机、嵌入式系统等为核心的新型低成本自动化系统。此时，通常的自动化系统，是由顺序控制器、反馈控制器、可编程序控制器(PLC)、DCS或微型机、局域网、服务器、工作站等配以检测开关、传感器或执行器等组成各种高性能价格比的ILCA系统。目前，LCA系统已广泛应用于冶金、化工、机械制造、纺织、出版印刷、采矿、农业、林业、渔业、建筑、商业和运输等行业，取得了明显效益。1

广义概念(1)其投资可以达到增加产量、改善质量或节能和降耗的目的，并可使资金在1～2年内回收，一般占设备总投资的7%～12%；

(2)低成本自动化必须是紧凑的，功能是必需的，可用性是良好的；

(3)低成本自动化投产后，其功能投入率应在95%以上；

(4)低成本自动化必须是易维护的且维护费用是较低的，工作是可靠的，在线率应在98%以上；

(5)低成本自动化的投入/产出比应是显著的，应为1：3～1：5，若投资在1～2年内回收，则设备寿命应为5～8年；

(6)低成本自动化投资应有个相对上限值，在新建厂矿应低于一般规定的占总设备总投资的百分比，对特殊项目应远低于省市权限批准的资金范围。1

特点1)技术经济效益显著，投入产出比高，投资回收期短。如果LCA内容实施在基础自动化部分，则投资数接近下限；若同时包括过程控制自动化，则投资数接近上限。

(2)不要求对现有的生产制造工艺过程作出重大改变，投资风险小。当企业在实行CIM或CIP时，往往需要适当调整和简化生产制造工艺过程。因为，一方面是为了使生产过程更为合理化；另一方面为了减少实行CIM或CIP的复杂性和提高全系统的可靠性。这种涉及生产工艺过程和装备变化的全面技术改造，需投入巨大人力财力，往往具有较大风险性。一旦生产经营战略决策有误，损失将会十分巨大。相对而言，施行LCA时．没有上述要求。

(3)实行LCA在企业中构成弱连系独立岛，需要发挥职工的主观能动性。在岛内其自动化水平可达到相当先进的程度，保证生产出高水平的产品；在各岛之间，由于没有实行CIM或CIP模式，相互间保持必要的弱通信联系，各岛各工序之间的信息传输和管理，必须依靠职工和操作人员的参与。

(4)以最低的成本来实现高技术的自动化水平。LCA是高新技术的普及型产品，或者说高新技术是它的核心部分。在现阶段采用各种型号的PLC、DCS、工业PC机、局域网络、服务器、工作站等技术工具是组成各种高性能价格比LCA系统的优选方案。2

设计原则通常进行系统设计既要系统先进、自动化程度高，又要保证投入尽可能低。为解决这一矛盾，必须综合考虑多方面的因素，在尽可能压低投资成本的前提下，遵循如下设计原则实施。

(1)满足需要原则：把满足用户对产品功能及自动化水平等要求作为系统设计的中心任务。

(2)可靠性原则：在规定条件下和规定时间内无故障地完成某种功能的能力。

(3)最小系统原则：在考虑满足要求的前提下，用最简单的硬件、软件、最经济的方法构成系统，使系统的硬件及软件冗余功能最小。

(4)匹配性原则：要求系统各组成部分在功能和水平上尽可能接近一致，电平上相互匹配，以求功能得到充分利用。

(5)标准化、系列化、通用化原则：对系统的元器件选择应尽可能使用标准化、系列化、通用化产品或已使用过的较成熟的组件或子系统。控制部分尽可能使用专用模块、系列化的控制器及总线模块。以求降低研制成本、缩短开发周期、增强抗干扰能力、改善维修条件等。

(6)先进性原则：在满足经济性能前提下，尽可能采用新的技术与方法，充分利用社会已取得的成果。如已发展成熟的新技术、新工艺及新的元器件等，相对原有的往往会使结构更加简单、功能更强、可靠性更高、体积重量更小更轻、操作与维修更加简便。1