Operazioni ripetitive, complesse, o impossibili all'uomo, vengono realizzate attraverso la tecnologia dell'automazione industriale.

I sistemi automatici venivano utilizzati dall'uomo fin dall'antichità, ad esempio la giostra usata per prelevare l'acqua dai pozzi, usando un animale come motore, i mulini a vento o ad acqua.

L'automazione, a partire dalla rivoluzione industriale, ha richiesto agli ingegneri e alle industrie enormi investimenti: la macchina a vapore dapprima, di James Watt, il motore a scoppio di Eugenio Barsanti e Felice Matteucci e l'elettronica dopo, hanno permesso il raggiungimento di notevoli progressi tecnologici.

L'automazione industriale, ne Il progresso dell'automazione (1962) di Amber e Amber, è stata definita come la tecnologia necessaria per realizzare macchine in grado di sostituire uno o più attributi dell'uomo nell'effettuare un lavoro.
In base all'attributo sostituito, vengono distiniti nove differenti livelli di automazione:

Ordine / Attributo sostutuito / Esempio

0 / Nessuno / Utensili manuali
1 / Energia / Utensili motorizzati a controllo manuale (trapano hobby)
2 / Destrezza / Automazioni a ciclo singolo (tornio parallelo)
3 / Diligenza / Automazione a ciclo ripetuto (macchine transfer)
4 / Giudizio / Controllo a ciclo chiuso (controllo numerico)
5 / Valutazione / Capacità di ottimizzazione del ciclo (macchine CNC con logiche adattive)
6 / Apprendimento / Limitate capacità di auto-programmazione
7 / Ragionamento / Capacità di ragionamento induttivo
8 / Creatività / Capacità di creare manufatti originali
9 / Dominio / (HAL9000, 2001 Odissea nello spazio)
10 / Dominio II / Distruzione dell'umanità (matrix)

L'elettronica ha contribuito al maggior sviluppo nel campo dell'automazione industriale, grazie ad essa è stato possibile passare dal livello 3 della meccanica pura alle possibilità offerte dall'elettronica e dai controlli automatici (meccatronica). Al giorno d'oggi l'automazione ha raggiunto il livello 5 con qualche caso di livello 6.

Questi livelli di automazione si ottengono mediante l'interazione tra la meccanica pura (che provvede alla sostituzione degli attributi umani fino al livello 3) e dispositivi elettronici quali:

* personal computer dotato di apposite schede di I/O, generalmente chiamato CN (controllo numerico)

* microcontroller

* computer dedicati chiamati PLC che con opportuni software permettono il movimento di attuatori o l'analisi dei dati generati da sensori

* sensori e trasduttori

* logica cablata (ormai rara, in quanto è l'antenata del PLC)

Grazie a questi strumenti è possibile realizzare dei controlli automatici, in grado di recepire il mondo reale e di reagire secondo gli algoritmi che il programmatore ha implementato ad esempio in un PLC.

La modellizzazione di problemi d'automazione complessi (con problematiche di condivisione risorse e parallelismo) viene comunemente risolta usando le Reti di Petri, mentre per problemi più semplici (solo parallelismo) si usa la semplificazione dei Sequence Function Diagram (SFC) o (caso sequenziale) gli automi.
Ogni tipo di modello va poi tradotto in un linguaggio implementabile al calcolatore, quale ad esempio il diffuso Ladder Diagram, anche se si possono trovare in commercio PLC direttamente programmabili in SFC.

Uno dei casi attualmente più avanzati e particolari di automazione, è quello delle macchine utensili a controllo numerico, che consentono la realizzazione di manufatti sostituendosi all'uomo nel fornire energia, destrezza, diligenza, giudizio e valutazione (livello 5).

L'ingegneria che si occupa della modellazione, della simulazione e del controllo di sistemi è definita come ingegneria dell'automazione.
L'ingegnere specializzato in questa materia, avendo un ampio campo di lavoro, deve avere ampie conoscenze in tutti i campi dell'ingegneria, e una visione di insieme delle leggi fisiche. Il campo della robotica si basa su questo tipo di ingegneria per il controllo degli apparati automatici.

I primi esempi di sistemi di controllo automatico, risalenti al passato, riguardano la realizzazione, quindi il controllo, di orologi e dispositivi per orientare automaticamente i mulini a vento. L'automazione ha avuto un grande svilupppo con la rivoluzione industriale dell'ottocento con l'introduzione dei telai automatici, delle macchine a vapore: uno dei primi esempi di regolatore industriale è il regolatore di Watt.

Il funzionamento di questo fu analizzato da James Clerk Maxwell, che pubblicò nel 1868 uno studio su di esso, intitolato "On governors" considerato uno dei primissimi articoli scientifici di controllo automatico. In questo articolo Maxwell dice: "Il regolatore è una parte della macchina attraverso la quale la velocità della macchina stessa è mantenuta costante a dispetto di variazioni della potenza erogata o della resistenza (al moto)"

Il termine "automazione" (nella forma inglese automation) è stato coniato negli Stati Uniti nel 1948 per designare alcuni procedimenti allora molto avanzati introdotti (particolarmente nell'industria automobilistica) e si è da allora largamente diffuso con il significato di impiego di macchine per far andare altre macchine.

Attraverso l'automazione si persegue l'obiettivo di controllare la potenza generata dalle macchine.
Al giorno d'oggi, grazie alla miniaturizzazione e al basso costo dei calcolatori, il ricorso all'automatizzazione è sempre piu elevato: si va dai termostati per regolare la temperatura delle abitazioni, ai sistemi che ci aiutano nella guida, all'hardware che permette la vita digitale.

Gli obiettivi principali dell'ingegneria dell'automazione sono: far si che le macchine automatiche possano svolgere in autonomia lavori ripetitivi, costruire macchine che possano compiere operazioni che un operatore umano non potrebbe compiere perché richiedono troppa potenza, precisione o velocità e sviluppare macchinari automatici che possano lavorare in ambienti che sono ostili o pericolosi per l'uomo.