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智能传感器驱动中国制造的未来

2018/3/7        作者:e-works吴丽萍      
关键字:智能制造  中国制造  智能传感器  
随着信息技术的发展,传感器作为信息产业的神经触角,将人们从“通信时代”带入到“感知时代”。以微机电系统技术为基础的智能传感器代表了传感器的主要发展方向。
    随着信息技术的发展,传感器作为信息产业的神经触角,将人们从“通信时代”带入到“感知时代”。传感器是数据采集的重要工具,是新技术革命和信息社会的重要技术基础,广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域。以微机电系统技术为基础的智能传感器代表了传感器的主要发展方向,其技术的进步不仅可以提高产品智能化水平,还可推动中国制造向中国智造的发展。
 
    2010年以后,中国已经成为工业制造的第一大国,但我们必须清醒的认识到中国制造业大而不强、不可持续发展的现状,问题主要集中在自主创新能力不强、产业价值偏低,经营生产效率不高、产业结构不合理和产品质量等方面。中国政府高度重视制造业的发展,《中国制造2025》标志着中国制造迈出了“由大变强”的第一步,其中,智能制造被定位为中国制造的主攻方向,与德国工业4.0、美国工业互联网相对应。工业和信息化部副部长毛伟明指出:"传感技术应同计算技术与通信技术一起合称为信息技术领域的三大支柱。以传感器为代表的感知制造业将是未来重要的战略性新兴产业,是信息系统的源头,是实现自动化、智能化的核心。"
 
    传统传感器弊端凸显 
 
    传感器与中国制造联系紧密。传感器属于基础零部件,是工业的基石、性能的关键和发展的瓶颈,其重要性不言而喻。传感器具有使用量大,应用面广的特点,在工业生产制造中起到了承上启下的作用。目前,在中国制造企业中,利用传感器对数据进行采集、处理和传输已经不是新鲜事,但是传统的传感器存在两方面的问题:
 
    1.性能方面
 
    传统传感器基本属于低端基础类别,反应较慢、精度不高、稳定性差、体积偏大、对恶劣工业场所(高温、粉尘、潮湿、电磁干扰等)的适应能力不强、能耗偏高、技术含量低和寿命偏短等问题。而现代工业控制要确保生产设备高质量和高效率的运行,内置的传感器不仅要求能够实现通信,还要足够精准和稳定。在不同的工业领域应用场景中,有的精密仪器或设备本身体积就很小,这也对传感器微型化提出了更高的要求。
 
    2.功能方面
 
    传统在数据采集的过程中,只能采用相同的工作原理,以数据形式记录物理变量,再将采集的数据发送至设备控制器,无法实现在前端自动地、智能地收集、提供和分析海量的工业数据的功能,更不能时刻与互联网或云端进行信息互通。大数据分析作为实现智能制造的基础,它要求传感器必须更智能化地运作,这对大数据和工业自动化融合至关重要,也是实现智能制造的突破口。
 
    所以,传统传感器已经不能满足现代制造业生产的需求,传感器向智能化发展势在必行。
 
    智能传感器的优势
 
    智能传感器的概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来,它是指具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储等功能的多元件集成电路,是集成传感器、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品。智能传感器与传统传感器相比,它具有对外界环境等信息进行自动收集、数据处理、逻辑判断、功能计算以及自诊断、自校准、自补偿与自适应的能力,拥有更高的精度、更好的稳定性与更强的环境适应能力。一方面,智能传感器通过更灵活的接口不仅可以在控制器层通信,而且能实现更高数据层的通信,附加的数据或软件系统接口让传感器可以执行新的分析任务及新的功能。这些能力可提高生产的灵活性、质量、效率和透明度。另一方面,由于增加了智能功能,智能传感器提供的数据更加紧凑、实用,数据资源的利用效率也越高,得到的数据处理结果也更加准确。在内部对数据直接进行预处理、压缩和滤波的智能传感器能更好的满足智能制造的要求。随着应用的深化发展,智能传感器正逐渐向微型化、数字化、智能化、系统化、网络化、移动互联网化等方向发展。
 
    智能传感器的应用
 
    在智能工厂里,无论是智能机器人,还是智能化生产线、自动化生产设备,它们的工作流程基本都是数据采集、分析和处理,很多工作都是由智能传感器来共同协作完成的。智能传感器不仅能够提供生产控制的实时监测数据,还可以提供预警和状态监控,使现场设备透明并实时可控。 在汉诺威工业博览会上,ABB展示了一种智能传感器,通过该传感器,每台电动机的有关运行状态信息和状态参数都能够迅速而准确地被获得,如振动、温度或过载,同时可以测量能源消耗,精确度为10%,同时将数据无线传输至云服务器中,通过专门开发的软件转化为可用信息以便进行分析,为客户提供电动机维护的信息和建议。设备管理者可以随时通过智能手机或电脑检查其电动机的运行状态,并可以根据实际需要进行计划维护,不再单纯依靠计划进行维护,避免计划外的停机,延长运行时间。预防性维护是一个非常重要的优势,因为在生产过程中停机一个小时就意味着数万欧元的损失。
 
    结语
 
    智能传感器的发展与制造业息息相关,智能传感器发展水平已成为衡量一个国家是否具有国际竞争优势的重要标志。为了实现中国制造业强国的目标,《中国制造2025》和《智能传感器产业三年行动指南(2017-2019)》都对传感器产业发展提出明确要求,大力发展具有自主知识产权的高端智能传感器,为打造工业互联网平台和实现智能制造夯实基础。智能传感器作为物联网重要感知器件,必将成为推动中国制造发展强有力的驱动力。
责任编辑:吴丽萍
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