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智能傳感器驅(qū)動中國制造的未來

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳感器作為信息產(chǎn)業(yè)的神經(jīng)觸角，將人們從“通信時代”帶入到“感知時代”。傳感器是數(shù)據(jù)采集的重要工具，是新技術(shù)革命和信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于航天、航空、國防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域。以微機電系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能傳感器代表了傳感器的主要發(fā)展方向，其技術(shù)的進步不僅可以提高產(chǎn)品智能化水平，還可推動中國制造向中國智造的發(fā)展。

2010年以后，中國已經(jīng)成為工業(yè)制造的第一大國，但我們必須清醒的認識到中國制造業(yè)大而不強、不可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)狀，問題主要集中在自主創(chuàng)新能力不強、產(chǎn)業(yè)價值偏低，經(jīng)營生產(chǎn)效率不高、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理和產(chǎn)品質(zhì)量等方面。中國政府高度重視制造業(yè)的發(fā)展，《中國制造2025》標(biāo)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(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相對應(yīng)。工業(yè)和信息化部副部長毛偉明指出："傳感技術(shù)應(yīng)同計算技術(shù)與通信技術(shù)一起合稱為信息技術(shù)領(lǐng)域的三大支柱。以傳感器為代表的感知制造業(yè)將是未來重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是信息系統(tǒng)的源頭，是實現(xiàn)自動化、智能化的核心。"

傳統(tǒng)傳感器弊端凸顯

傳感器與中國制造聯(lián)系緊密。傳感器屬于基礎(chǔ)零部件，是工業(yè)的基石、性能的關(guān)鍵和發(fā)展的瓶頸，其重要性不言而喻。傳感器具有使用量大，應(yīng)用面廣的特點，在工業(yè)生產(chǎn)制造中起到了承上啟下的作用。目前，在中國制造企業(yè)中，利用傳感器對數(shù)據(jù)進行采集、處理和傳輸已經(jīng)不是新鮮事，但是傳統(tǒng)的傳感器存在兩方面的問題：

1.性能方面

傳統(tǒng)傳感器基本屬于低端基礎(chǔ)類別，反應(yīng)較慢、精度不高、穩(wěn)定性差、體積偏大、對惡劣工業(yè)場所(高溫、粉塵、潮濕、電磁干擾等)的適應(yīng)能力不強、能耗偏高、技術(shù)含量低和壽命偏短等問題。而現(xiàn)代工業(yè)控制要確保生產(chǎn)設(shè)備高質(zhì)量和高效率的運行，內(nèi)置的傳感器不僅要求能夠?qū)崿F(xiàn)通信，還要足夠精準(zhǔn)和穩(wěn)定。在不同的工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用場景中，有的精密儀器或設(shè)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(tǒng)在數(shù)據(jù)采集的過程中，只能采用相同的工作原理，以數(shù)據(jù)形式記錄物理變量，再將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至設(shè)備控制器，無法實現(xiàn)在前端自動地、智能地收集、提供和分析海量的工業(yè)數(shù)據(jù)的功能，更不能時刻與互聯(lián)網(wǎng)或云端進行信息互通。大數(shù)據(jù)分析作為實現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)，它要求傳感器必須更智能化地運作，這對大數(shù)據(jù)和工業(yè)自動化融合至關(guān)重要，也是實現(xiàn)智能制造的突破口。

所以，傳統(tǒng)傳感器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)的需求，傳感器向智能化發(fā)展勢在必行。

智能傳感器的優(yōu)勢

智能傳感器的概念最早由美國宇航局在研發(fā)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(qū)動程序、軟件算法等于一體的系統(tǒng)級產(chǎn)品。智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，它具有對外界環(huán)境等信息進行自動收集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、功能計算以及自診斷、自校準(zhǔn)、自補償與自適應(yīng)的能力，擁有更高的精度、更好的穩(wěn)定性與更強的環(huán)境適應(yīng)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(xiàn)更高數(shù)據(jù)層的通信，附加的數(shù)據(jù)或軟件系統(tǒng)接口讓傳感器可以執(zhí)行新的分析任務(wù)及新的功能。這些能力可提高生產(chǎn)的靈活性、質(zhì)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(shù)據(jù)更加緊湊、實用，數(shù)據(jù)資源的利用效率也越高，得到的數(shù)據(jù)處理結(jié)果也更加準(zhǔn)確。在內(nèi)部對數(shù)據(jù)直接進行預(yù)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(yīng)用的深化發(fā)展，智能傳感器正逐漸向微型化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、移動互聯(lián)網(wǎng)化等方向發(fā)展。

智能傳感器的應(yīng)用

在智能工廠里，無論是智能機器人，還是智能化生產(chǎn)線、自動化生產(chǎn)設(shè)備，它們的工作流程基本都是數(shù)據(jù)采集、分析和處理，很多工作都是由智能傳感器來共同協(xié)作完成的。智能傳感器不僅能夠提供生產(chǎn)控制的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可以提供預(yù)警和狀態(tài)監(jiān)控，使現(xiàn)場設(shè)備透明并實時可控。 在漢諾威工業(yè)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(guān)運行狀態(tài)信息和狀態(tài)參數(shù)都能夠迅速而準(zhǔn)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(shù)據(jù)無線傳輸至云服務(wù)器中，通過專門開發(fā)的軟件轉(zhuǎn)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(shè)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(tài)，并可以根據(jù)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(yù)防性維護是一個非常重要的優(yōu)勢，因為在生產(chǎn)過程中停機一個小時就意味著數(shù)萬歐元的損失。

結(jié)語

智能傳感器的發(fā)展與制造業(yè)息息相關(guān)，智能傳感器發(fā)展水平已成為衡量一個國家是否具有國際競爭優(yōu)勢的重要標(biāo)志。為了實現(xiàn)中國制造業(yè)強國的目標(biāo)，《中國制造2025》和《智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動指南(2017-2019)》都對傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出明確要求，大力發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高端智能傳感器，為打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和實現(xiàn)智能制造夯實基礎(chǔ)。智能傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)重要感知器件，必將成為推動中國制造發(fā)展強有力的驅(qū)動力。(作者：吳麗萍)