中國未來十年工業(yè)夢專題之 工業(yè)傳感器偶遇智能制造“小塊頭有大智慧”
2016.09.09
“工業(yè)4.0是什么?工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式中端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個智能網(wǎng)絡(luò)。通過這個智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機器、機器與機器、以及服務(wù)與服務(wù)之間，能夠形成一個互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端到端的高度集成。實質(zhì)上，傳感器就是工業(yè)4.0的重要硬件之一。詳情 >>>
從歷史沿革的脈絡(luò)上看，傳感器的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展是互相影響和彼此促進的。在傳統(tǒng)的工業(yè)自動化產(chǎn)品和技術(shù)層級劃分中，以傳感器為主要信息入口的感知層是其上的控制層、驅(qū)動層和執(zhí)行層的基礎(chǔ)架構(gòu)。傳感器一般通過將其感知檢測到的物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號或者其他形式的信息輸出，使得整個工業(yè)控制系統(tǒng)得以實現(xiàn)獲取信息，進行數(shù)據(jù)分析和完成物體控制的目的。這一體系是傳統(tǒng)的自動化和數(shù)字化工廠的運行基礎(chǔ)。
未來的制造業(yè)是大數(shù)據(jù)的時代，是數(shù)據(jù)為王的時代，傳感器將是這些工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的入口、終端之一。誰占據(jù)了這個數(shù)據(jù)終端，誰就將獲得更大的話語權(quán)和競爭優(yōu)勢。對于客戶來說，最終的需求是運用這些產(chǎn)品和收集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析獲得有效的決策信息。
工業(yè)傳感器，是考驗一個國家工業(yè)體系是否完善的關(guān)鍵性因素。工業(yè)傳感器不僅性能指標要求苛刻，種類也非常繁雜。從功能上來說，工業(yè)傳感器分為光電、熱敏、氣敏、力敏、磁敏、聲敏、濕敏等不同類別。以工業(yè)機器人為例，其中涉及的幾種重要傳感器包括：三維視覺傳感器、力扭矩傳感器、碰撞檢測傳感器、安全傳感器、焊接縫追蹤傳感器、觸覺傳感器等。
工業(yè)4.0中的智能工廠憑借著自動化智能機器將具有極大的靈活性和適應(yīng)性。從單個機器到工廠再到整條供應(yīng)鏈和物流鏈都將實現(xiàn)大幅的效率提升和定制化，顯著降低成本，提高安全性，減小生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響。標準的有線和無線通信技術(shù)通過連接信息孤島，幫助優(yōu)化生產(chǎn)和供應(yīng)鏈，也可以對生產(chǎn)過程的控制，預(yù)測和優(yōu)化做出智能決策。
傳感器（Sensor）是一種常見的卻又很重要的器件，它是感受規(guī)定的被測量的各種量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為有用信號的器件或裝置。對于傳感器來說，按照輸入的狀態(tài)，輸入可以分成靜態(tài)量和動態(tài)量。我們可以根據(jù)在各個值的穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出量和輸入量的關(guān)系得到傳感器的靜態(tài)特性。
我們知道，企業(yè)的生產(chǎn)線和物流需要多種多樣的傳感器，利用傳感器可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)的傳輸，在此過程中如何更智能地去運行，對將來大數(shù)據(jù)和工廠自動化的融合至關(guān)重要。在目前的第四次工業(yè)革命中，自主靈活、大數(shù)據(jù)應(yīng)用和提高資源效率變得相當(dāng)重要，而這些都得益于傳感器促進了智能搜集和分析海量數(shù)據(jù)。
在工業(yè)4.0、智能制造以及物聯(lián)網(wǎng)的推動下，傳感器應(yīng)用將無處不在，而誤差的問題也將會日益凸顯。與此同時，新的應(yīng)用領(lǐng)域也對傳感器提出新的要求，在產(chǎn)品集成度、有線無線接口協(xié)議、功耗性能等方面必須進一步完善，以提高傳感器靈活性和成本優(yōu)勢。
在發(fā)展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 以及滿足相關(guān)的工業(yè)傳感器無線連網(wǎng)需求方面，已經(jīng)做了很多。不過，工業(yè)設(shè)備及應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)需求與家用環(huán)境完全不同，可靠性和安全性是高居工業(yè)應(yīng)用要求的榜首。本文重點討論特定于工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)要求。
把機器作為底層，并在安裝傳感器和執(zhí)行器后搭建一套應(yīng)用系統(tǒng)以實現(xiàn)信息處理，從而形成了一套網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界的交互系統(tǒng)，最終實現(xiàn)機器與機器之間、機器與人之間的對話，這便構(gòu)成工業(yè)4.0中的智能工廠。但有人認為，這只能叫做工業(yè)3.5，工業(yè)4.0更關(guān)鍵的在于如何做到數(shù)據(jù)驅(qū)動。
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