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        智能傳感器驅動中國制造的未來

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        隨著信息技術的發展,傳感器作為信息產業的神經觸角,將人們從“通信時代”帶入到“感知時代”。傳感器是數據采集的重要工具,是新技術革命和信息社會的重要技術基礎,廣泛應用于航天、航空、國防、科技和工農業生產等各個領域。以微機電系統技術為基礎的智能傳感器代表了傳感器的主要發展方向,其技術的進步不僅可以提高產品智能化水平,還可推動中國制造向中國智造的發展。

        2010年以后,中國已經成為工業制造的第一大國,但我們必須清醒的認識到中國制造業大而不強、不可持續發展的現狀,問題主要集中在自主創新能力不強、產業價值偏低,經營生產效率不高、產業結構不合理和產品質量等方面。中國政府高度重視制造業的發展,《中國制造2025》標志著中國制造邁出了“由大變強”的第一步,其中,智能制造被定位為中國制造的主攻方向,與德國工業4.0、美國工業互聯網相對應。工業和信息化部副部長毛偉明指出:"傳感技術應同計算技術與通信技術一起合稱為信息技術領域的三大支柱。以傳感器為代表的感知制造業將是未來重要的戰略性新興產業,是信息系統的源頭,是實現自動化、智能化的核心。"

        傳統傳感器弊端凸顯

        傳感器與中國制造聯系緊密。傳感器屬于基礎零部件,是工業的基石、性能的關鍵和發展的瓶頸,其重要性不言而喻。傳感器具有使用量大,應用面廣的特點,在工業生產制造中起到了承上啟下的作用。目前,在中國制造企業中,利用傳感器對數據進行采集、處理和傳輸已經不是新鮮事,但是傳統的傳感器存在兩方面的問題:

        1.性能方面

        傳統傳感器基本屬于低端基礎類別,反應較慢、精度不高、穩定性差、體積偏大、對惡劣工業場所(高溫、粉塵、潮濕、電磁干擾等)的適應能力不強、能耗偏高、技術含量低和壽命偏短等問題。而現代工業控制要確保生產設備高質量和高效率的運行,內置的傳感器不僅要求能夠實現通信,還要足夠精準和穩定。在不同的工業領域應用場景中,有的精密儀器或設備本身體積就很小,這也對傳感器微型化提出了更高的要求。

        2.功能方面

        傳統在數據采集的過程中,只能采用相同的工作原理,以數據形式記錄物理變量,再將采集的數據發送至設備控制器,無法實現在前端自動地、智能地收集、提供和分析海量的工業數據的功能,更不能時刻與互聯網或云端進行信息互通。大數據分析作為實現智能制造的基礎,它要求傳感器必須更智能化地運作,這對大數據和工業自動化融合至關重要,也是實現智能制造的突破口。

        所以,傳統傳感器已經不能滿足現代制造業生產的需求,傳感器向智能化發展勢在必行。

        智能傳感器的優勢

        智能傳感器的概念最早由美國宇航局在研發宇宙飛船過程中提出來,它是指具有信息采集、信息處理、信息交換、信息存儲等功能的多元件集成電路,是集成傳感器、通信芯片、微處理器、驅動程序、軟件算法等于一體的系統級產品。智能傳感器與傳統傳感器相比,它具有對外界環境等信息進行自動收集、數據處理、邏輯判斷、功能計算以及自診斷、自校準、自補償與自適應的能力,擁有更高的精度、更好的穩定性與更強的環境適應能力。一方面,智能傳感器通過更靈活的接口不僅可以在控制器層通信,而且能實現更高數據層的通信,附加的數據或軟件系統接口讓傳感器可以執行新的分析任務及新的功能。這些能力可提高生產的靈活性、質量、效率和透明度。另一方面,由于增加了智能功能,智能傳感器提供的數據更加緊湊、實用,數據資源的利用效率也越高,得到的數據處理結果也更加準確。在內部對數據直接進行預處理、壓縮和濾波的智能傳感器能更好的滿足智能制造的要求。隨著應用的深化發展,智能傳感器正逐漸向微型化、數字化、智能化、系統化、網絡化、移動互聯網化等方向發展。

        智能傳感器的應用

        智能工廠里,無論是智能機器人,還是智能化生產線、自動化生產設備,它們的工作流程基本都是數據采集、分析和處理,很多工作都是由智能傳感器來共同協作完成的。智能傳感器不僅能夠提供生產控制的實時監測數據,還可以提供預警和狀態監控,使現場設備透明并實時可控。 在漢諾威工業博覽會上,ABB展示了一種智能傳感器,通過該傳感器,每臺電動機的有關運行狀態信息和狀態參數都能夠迅速而準確地被獲得,如振動、溫度或過載,同時可以測量能源消耗,精確度為10%,同時將數據無線傳輸至云服務器中,通過專門開發的軟件轉化為可用信息以便進行分析,為客戶提供電動機維護的信息和建議。設備管理者可以隨時通過智能手機或電腦檢查其電動機的運行狀態,并可以根據實際需要進行計劃維護,不再單純依靠計劃進行維護,避免計劃外的停機,延長運行時間。預防性維護是一個非常重要的優勢,因為在生產過程中停機一個小時就意味著數萬歐元的損失。

        結語

        智能傳感器的發展與制造業息息相關,智能傳感器發展水平已成為衡量一個國家是否具有國際競爭優勢的重要標志。為了實現中國制造業強國的目標,《中國制造2025》和《智能傳感器產業三年行動指南(2017-2019)》都對傳感器產業發展提出明確要求,大力發展具有自主知識產權的高端智能傳感器,為打造工業互聯網平臺和實現智能制造夯實基礎。智能傳感器作為物聯網重要感知器件,必將成為推動中國制造發展強有力的驅動力。


        2018年3月21日 11:50

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