近年來在以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的信息技術(shù)的帶動下，世界主要工業(yè)國家的傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)都將迎來一次全面的轉(zhuǎn)型升級和結(jié)構(gòu)性調(diào)整。在這種全球工業(yè)版圖調(diào)整的背景下，由德國于2011年提出的“工業(yè)4.0”概念風(fēng)靡全球。此概念在各主要國家內(nèi)部的提法有所不同，但其核心觀念是將高速發(fā)展的信息技術(shù)與傳統(tǒng)的以制造業(yè)為代表的工業(yè)體系相融合。在工業(yè)4.0的概念體系下，智能工廠是其中非常重要的一個組成部分，不論在德國還是在中國，都被列為其進行制造業(yè)升級的戰(zhàn)略重點。而在智能工廠的發(fā)展中，傳感器技術(shù)又是其中的基礎(chǔ)和核心，可以說，在整個工業(yè)4.0的規(guī)劃中，傳感器可以被視為其神經(jīng)觸角。
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)。
而在通過將信息技術(shù)與生產(chǎn)制造技術(shù)高度融合而建立的智能工廠體系中，無論是工廠本身的運作模式，還是傳感器在其中扮演的角色，都與傳統(tǒng)工廠有所不同。迥異于傳統(tǒng)工廠的大規(guī)模同質(zhì)化生產(chǎn)，智能化工廠追求大規(guī)模定制化生產(chǎn)。它希望通過信息技術(shù)和流程改造來滿足需求差異化、產(chǎn)品定制化、生產(chǎn)靈活化的要求。此外，智能工廠將改變工廠一直以來單純作為生產(chǎn)決策執(zhí)行中心的角色，而是依靠其豐富的數(shù)據(jù)和信息反向?qū)芾碚咛峁└嗟臎Q策支持。智能工廠將可以很大程度上自行優(yōu)化和控制其制造流程，而不是如同傳統(tǒng)工廠一樣需要通過中央控制中心來進行管理。
示例1：智能工廠的特征和能力要求
與之相對應(yīng)，傳感器在智能工廠中的角色也相比其在傳統(tǒng)工廠中的角色發(fā)生了變化。在傳統(tǒng)工廠中，傳感器作為感知層的組成部分，更多起到單純與其上的幾個層級的產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)的作用，從而作為單向的局部信息傳遞單元。其傳遞信息的實時性要求也并不嚴格。而在智能工廠的架構(gòu)中，由于其對高度自主能力、感知/分析能力，以及互通互聯(lián)能力的要求，傳感器必然面臨著智能化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的要求。在這個體系里，傳感器將不再是單一孤立的信息點，而會組成傳感框架和網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)雙向的信息傳遞。
因此，在智能工廠里，傳感器將扮演更接近系統(tǒng)內(nèi)神經(jīng)末梢的作用：更智能快速地將信息傳遞給中樞，又可以將反饋實時傳遞回來，同時諸多神經(jīng)末梢又形成了互相連接的龐大網(wǎng)絡(luò)。在具體實現(xiàn)路徑上，這既會體現(xiàn)在傳感器本身產(chǎn)品的升級換代，也會表現(xiàn)為傳感器之間及其與控制系統(tǒng)的連接方式上的改變。比如，在智能工廠中，無線傳感器、MEMS傳感器，以及與諸多攝像頭相配合獲取并傳輸數(shù)據(jù)的傳感器，會得到大量應(yīng)用；同時在傳感器聯(lián)網(wǎng)的路徑上，既可以通過物聯(lián)網(wǎng)將眾多控制點上的傳感器連接入工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息化管理，也可能在諸多工廠節(jié)點上實現(xiàn)以小型控制器（如PLC）、HMI等組成的控制系統(tǒng)直接入網(wǎng)，從而在諸多層級上實現(xiàn)分散多層的自動化管理。這些在產(chǎn)品本身和產(chǎn)品應(yīng)用上的變化，會帶動整個傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
國內(nèi)外領(lǐng)先的制造業(yè)企業(yè)都在對智能工廠，以及其中傳感器的進階應(yīng)用進行研究。近期海爾集團在沈陽的一個工廠進行了智能工廠模式的探索。為了實現(xiàn)定制化生產(chǎn)和信息互聯(lián)互通，其生產(chǎn)線上配備了1萬多個傳感器，使得其形成了產(chǎn)品、機器和人員的智能互聯(lián)互通。
總體而言，在制造業(yè)升級和工業(yè)4.0這種大的背景下，近些年政策層面和市場需求層面，都傳達出了支撐中國傳感器行業(yè)快速發(fā)展的積極信號。政策上，無論是在國家的五年計劃中，還是在《中國制造2025》戰(zhàn)略中，都從宏觀層面提出了扶持傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2014年，工業(yè)和信息化部電子科學(xué)技術(shù)情報研究所發(fā)布的《中國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書（2014）》，更是中國首次發(fā)布的傳感器行業(yè)白皮書，是為助力先進制造和物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展而推動傳感器產(chǎn)業(yè)進步的重要政策細化；市場上，中國傳感器產(chǎn)業(yè)在過去五年中的年均增長率達21%，大大超過全球市場同期16%左右的年均增長率。
經(jīng)過多年的發(fā)展，中國的流量傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器已經(jīng)在技術(shù)和市場上達到了成熟水平，并且分別在整體傳感器市場應(yīng)用上占據(jù)了21%、19%和14%的份額。在下一步的發(fā)展中，為了滿足工業(yè)4.0及智能工廠的要求，數(shù)字化、智能化和微型化傳感器將成為市場的新熱點。相比全球市場規(guī)模最大也是最為成熟的美國、德國及日本三大市場，中國的傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展依然存在著核心技術(shù)缺乏，產(chǎn)業(yè)體系不完整，品牌知名度和產(chǎn)品質(zhì)量較低等階段性問題。因此，在工業(yè)4.0的大背景下，如何快速地推動傳統(tǒng)傳感器技術(shù)和市場的發(fā)展，并且順應(yīng)傳感器的集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化等趨勢以實現(xiàn)技術(shù)和市場突破，既是中國產(chǎn)業(yè)升級，實現(xiàn) 發(fā)展的需要，也是市場本身的需求。傳感器產(chǎn)業(yè)這一工業(yè)4.0的終端神經(jīng)觸角，將是達成中國制造2025目標的重要基礎(chǔ)。
轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
