(一)自動化的伊始——蒸汽機的發明與發展
世界上第一臺蒸汽機是由古希臘數學家亞歷山大港的希羅(Hero of Alexandria)于1世紀發明的汽轉球(Aeolipile),是蒸汽機的雛形。
約1679年法國物理學家丹尼斯•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蒸汽機,他們對蒸汽機的發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動輪船。瓦特并不是蒸汽機的發明者,在他之前,早就出現了蒸汽機,即紐科門蒸汽機,但它的耗煤量大、效率低。瓦特運用科學理論,逐漸發現了這種蒸汽機的毛病所在。從1765年到1790年,他進行了一系列發明,比如分離式冷凝器、汽缸外設置絕熱層、用油潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構、離心式調速器、節氣閥、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,最終發明出了現代意義上的蒸汽機。
1800年,英國的特里維西克設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年創造了“火箭”號蒸汽機車,該機車拖帶一節載有30位乘客的車廂,時速達46公里/時,引起了各國的重視,開創了鐵路時代。
19世紀末,隨著電力應用的興起,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。
蒸汽機的發展在20世紀初達到了頂峰。它具有恒扭矩、可變速、可逆轉、運行可靠、制造和維修方便等優點,因此曾被廣泛用于電站、工廠、機車和船舶等各個領域中,特別在軍艦上成了當時唯一的原動機。
蒸汽機的發明與發展具有劃時代的意義。蒸汽機的出現和改進促進了社會經濟的發展,但同時經濟的發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燃機的發展,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、感覺機能的共同規律;為現代科學技術研究提供了嶄新的科學方法;它從多方面突破了傳統思想的束縛,有力地促進了現代科學思維方式和當代哲學觀念的一系列變革。
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展,需要獲得并使用信息,以這種信息為基礎而選出的、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。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把信息輸送出去,又把其作用結果返送回來,并對信息的再輸出發生影響,起到制約的作用,以達到預定的目的。
與研究物質結構和能量轉換的傳統科學不同,控制論研究系統的信息變換和控制過程。盡管一般系統具有質料、能量和信息三個要素,但控制論只把質料和能量看作系統工作的必要前提,并不追究系統是用什么質料構造的,能量是如何轉換的,而是著眼于信息方面,研究系統的行為方式。控制論的另一位創始人、英國生理醫學家W.R.阿什貝認為,控制論也是一種“機器理論”,但它所關注的不是物件而是動作方式。可以進一步說,控制論是以現實的(電子的、機械的、神經的或經濟的)機器為原型,研究“一切可能的機器”──一切物質動態系統的功能,揭示它們在行為方式方面的一般規律。因此,與那些只研究特定的物態系統,揭示某一領域具體規律的專門科學相比較,控制論是一門帶有普遍性的橫斷科學。
(三)自動化如虎添翼——計算機的發展與其和自動化的結合
20世紀40-50年代,是第一代電子管計算機。經歷了電子管數字計算機、晶體管數字計算機、集成電路數字計算機和大規模集成電路數字計算機的發展歷程,計算機技術逐漸走向成熟。
2 0世紀60-70年代,是對大型主機進行的第一次“縮小化”,可以滿足中小企業事業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,此后它經歷了若干代的演進,占領了個人計算機市場,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的迅猛發展,計算機以其強大的運算能力為人們所驚嘆。迅速發展的計算機技術使人們擺脫了計算量大、計算復雜的束縛,為人們對復雜控制系統的研究提供了可能。
20世紀70年代,微型計算機的發展及顯示技術和通訊技術的不斷進步實現了計算機的直接參與控制,從根本上改變了現代控制系統的面貌,極大地促進了現代控制理論和自動化技術的發展。 從歷史的角度來看,自動化技術的發展經歷了一個從機械到電子再到數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。從發展的趨勢來看,信息網絡環境下的自動化、計算機集成制造系統、智能機器人等與計算機相關的方向將成為自動化發展的重要方向。
(四)自動化未來的發展趨勢——機電一體化
機電一體化是未來包裝機械發展的趨勢。一個完整的機電一體化系統,一般包括微機、傳感器、動力原、傳動系統、執行機構等部分,它摒棄了常規包裝機械中的繁瑣和不合理部分,而將機械、微機、微電子、傳感器等多種學科的先進技術融為一體,給包裝機械在設計、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狀。
機械功能多元化
工商業產品已趨向精致化及多元化,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。
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。
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。
結構運動高精度化
結構設計及結構運動控制等事關包裝機械性能的優劣,可通過馬達、編碼器及數字控制(NC)、動力負載控制(PLC)等高精密控制器來完成,并適度地做產品延伸,朝高科技產業的包裝設備來研發。
包裝行業屬于配套行業,涉及國民經濟的許多領域,特別是食品行業與飲料行業,更是依賴于包裝行業的技術進步和配套服務,因此,我們不能忽視包裝機械落后的現狀,努力積極推動包裝業走上快速健康發展的自動化道路。