挺進(jìn)新工業(yè)市場(chǎng)，看傳感器技術(shù)如何制勝吧

在新的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟環(huán)境下，工業(yè)領(lǐng)域的結構演變和調整正成為新的經(jīng)濟增長(cháng)動(dòng)力，特別是在作為先進(jìn)制造業(yè)代表的德國提出工業(yè)4.0的概念之后，“智能工業(yè)”與“智能生產(chǎn)正成為帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉型升級的重要推動(dòng)力。在這里面需要重點(diǎn)解決的是如何將資源、信息、物品和人進(jìn)行互聯(lián)，這需要以信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、數字化制造技術(shù)應用為重點(diǎn)，并依托傳感器技術(shù)為基礎 ， 打 造 全 面 而 先 進(jìn) 的 系 統 架構。下文則主要解讀在新工業(yè)發(fā)展背景下，傳感器技術(shù)的發(fā)展原動(dòng)力及應用前景。

工業(yè)用傳感器能夠測量或感知特定物體的狀態(tài)和變化，并轉化為可傳輸、可處理、可存的電子信號或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實(shí)現工業(yè)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節，在現代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。甚至我們可以說(shuō)，沒(méi)有眾多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的工業(yè)傳感器，就沒(méi)有現代化工業(yè)的生產(chǎn)體系，更別談工業(yè)4.0體系的構建。

在工業(yè)自動(dòng)控制系統中，傳感器處系統之首，其作用相當于系統感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受?chē)揽岘h(huán)境考驗，是自動(dòng)控制系統達到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統狀態(tài)和對信息精確而可靠的自動(dòng)檢測，系統的信息處理、控制決策等功能就無(wú)法談及和實(shí)現。比如工業(yè)機器人之所以能夠準確操作，是因為它能夠通過(guò)各種傳感器來(lái)準確感知自身、操作對象及作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，包括：其自身狀態(tài)信息的獲取通過(guò)內部傳感器(位置、位移、速度、加速度等)來(lái)完成，操作對象與外部環(huán)境的感知通過(guò)外部傳感器來(lái)實(shí)現，這個(gè)過(guò)程非常重要，足以為機器人控制提供反饋信息。所以，傳感器技術(shù)在很大程度上影響和決定著(zhù)工業(yè)自動(dòng)控制系統功能的實(shí)現。

而在智能制造業(yè)的未來(lái)，對人機交互技術(shù)、機器視覺(jué)技術(shù)都有更高的要求，這些都必須要依靠傳感器技術(shù)來(lái)實(shí)現。相對于傳統制造工業(yè)，以智能工廠(chǎng)為代表的未來(lái)智能制造業(yè)是一種理想的生產(chǎn)系統，能夠智能編輯產(chǎn)品特性、成本、物流管理、安全、信賴(lài)性、時(shí)間以及可持續性等要素。而信息技術(shù)與傳感技術(shù)，則是支撐工業(yè)智能化的重要支點(diǎn)。如今，作為現代信息技術(shù)的重要支柱之一的傳感器技術(shù)，已成為工業(yè)領(lǐng)域在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個(gè)制高點(diǎn)。

伴隨著(zhù)半導體器件技術(shù)和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，各種先進(jìn)的傳感器產(chǎn)品被越來(lái)越多地應用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。有統計數據顯示，預計未來(lái)五年，國內傳感器市場(chǎng)平均銷(xiāo)售增長(cháng)率將達31%。本土傳感器需求規?？焖僭鲩L(cháng)的主要動(dòng)力來(lái)自于工業(yè)電子設備和汽車(chē)電子、通信電子、消費電子和專(zhuān)用電子設備等。工業(yè)電子設備則是電子信息產(chǎn)業(yè)中增長(cháng)最快的行業(yè)，也是傳感器應用最多的領(lǐng)域，如測量各種工藝變量、電子特性和物理量，以及傳統的運動(dòng)/定位等。

如何依靠科技創(chuàng )新的力量，搶占制造業(yè)新的制高點(diǎn)，這是很多廠(chǎng)商都在思考的問(wèn)題。而由于某些工業(yè)控制領(lǐng)域的技術(shù)難度較大，諸如控制區域測點(diǎn)分散、轉動(dòng)和旋轉場(chǎng)合較難測量、有毒有害危險場(chǎng)合檢測維護非常困難、復雜環(huán)境下敷設電纜成本高昂和長(cháng)距離傳輸信號衰減嚴重等，使得無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )走進(jìn)我們的視野。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是微電子技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、分布式計算等信息技術(shù)發(fā)展和融合的產(chǎn)物。它由大量集成有傳感器、數據處理單元和無(wú)線(xiàn)通信模塊的傳感器節點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道相連，自組織地構成網(wǎng)絡(luò )系統。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )具有低能耗、低成本、易使用和泛在感知等特性，使傳統實(shí)踐中因成本等因素未能實(shí)現在線(xiàn)檢測的某些重要工業(yè)過(guò)程參數的測量成為可能，并能夠借此實(shí)施優(yōu)化控制、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能效、減少維護運行成本。此外，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )易于拓展升級，能夠有效減少二次投資，提高經(jīng)濟效益。這些先天優(yōu)勢使得無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )具有十分廣闊的應用前景。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在國防軍事、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監測、災害預警等眾多領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。特別是在一些傳感器節點(diǎn)位置需要隨機布置的工業(yè)應用場(chǎng)合中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )正快速增長(cháng)，眾多工業(yè)企業(yè)開(kāi)始采用諸如基于Zigbee和UWB等無(wú)線(xiàn)技術(shù)的典型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統，應用在檢測、監視等工業(yè)過(guò)程控制方面。

在工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中，許多具有通信和信息處理能力的傳感器節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式組網(wǎng)連接，并相互協(xié)作，共同完成對目標信息的采集和監測等任務(wù)。這種網(wǎng)絡(luò )能夠實(shí)時(shí)感知傳感器節點(diǎn)分布區域內的各種監測對象的信息，并將信息傳遞給遠端用戶(hù)。有助于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程工藝的優(yōu)化，幫助提高生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程檢測、實(shí)時(shí)參數采集、生產(chǎn)設備監控、材料消耗監測的能力和水平，使得生產(chǎn)過(guò)程的智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。

比如鋼鐵企業(yè)應用各種傳感器和通信網(wǎng)絡(luò )，在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現對加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度的實(shí)時(shí)監控，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)流程。環(huán)保監測部門(mén)利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )與環(huán)保設備的融合實(shí)現對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節關(guān)鍵指標的實(shí)時(shí)監控。在重點(diǎn)排污企業(yè)排污口安裝無(wú)線(xiàn)感設備，不僅可以實(shí)時(shí)監測企業(yè)排污數據，而且可以遠程關(guān)閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。工業(yè)安全生產(chǎn)管理把感應器嵌入和裝備到礦山設備、油氣管道、礦工設備中，可以感知危險環(huán)境中工作人員、設備機器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現有分散、獨立、單一的網(wǎng)絡(luò )監管平臺提升為系統、開(kāi)放、多元的綜合網(wǎng)絡(luò )監管平臺，實(shí)現實(shí)時(shí)感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )作為現代信息技術(shù)發(fā)展的新一輪制高點(diǎn)，正在工業(yè)領(lǐng)域廣泛滲透和應用，并與未來(lái)先進(jìn)制造技術(shù)相結合，正形成新的智能化的制造體系---泛在制造信息處理技術(shù)。這一體系是建立在泛在感知網(wǎng)絡(luò )技術(shù)基礎之上，并服務(wù)于智能制造體系，為制造中的設計、設備、過(guò)程、管理和商務(wù)提供無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。盡管目前面向未來(lái)智能制造的泛在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展還處于初始階段。但是隨著(zhù)工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的提升、工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這一制造體系亦在不斷發(fā)展和完善之中。