淺談工業(yè)4.0與傳感器技術(shù)論文
工業(yè)4.0戰(zhàn)略告訴我們，新技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的融合將會(huì)帶給我們一個(gè)全新的世界。傳感器技術(shù)作為信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)之一，本文通過對(duì)工業(yè)4.0的簡(jiǎn)介闡述了傳感器技術(shù)在工業(yè)4.0中的關(guān)鍵作用及其發(fā)展方向。
“工業(yè)4.0概念”即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命或革命性的生產(chǎn)方法、“工業(yè)4.0”項(xiàng)目主要分為三大主題：一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)路化分布式成產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn);二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理，人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等;三是“智能物流”，主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，而需求方則能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。
真正工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)，以目前的軟件和硬件水平無法到達(dá)，但自動(dòng)化和信息化是實(shí)施工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。如何利用好自動(dòng)化和信息化促進(jìn)工業(yè)升級(jí)，如何節(jié)約成本，減少人為誤差，提高質(zhì)量和工業(yè)化水平更是當(dāng)前值得思考和重視的問題。而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和信息化的基礎(chǔ)就是檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模擬化是對(duì)檢測(cè)傳感器新的要求。
一：傳感器的研制和創(chuàng)新是影響工業(yè)4.0的重要因素之一
互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，智能化都需要大量的信息，這些信息的產(chǎn)生都是來自儀表儀器或直接來自于各種傳感器。智能制造，智能生產(chǎn)沒有計(jì)量檢測(cè)便無從談起。根據(jù)我國工業(yè)和信息化部制定和發(fā)布的智能制造裝備產(chǎn)生發(fā)展路線圖規(guī)劃，智能制造裝備的發(fā)展重點(diǎn)表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是九大關(guān)鍵智能基礎(chǔ)共性技術(shù)，包括：新型傳感器技術(shù)，模塊化，嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)，系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)，故障診斷與健康維護(hù)技術(shù)，高可靠實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，功能安全技術(shù)，特種工藝與精密制造技術(shù)，識(shí)別技術(shù)等。二是八項(xiàng)核心智能測(cè)控裝置與部件。
包括：新型傳感器及其系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線，智能儀表，精密儀器，工業(yè)機(jī)器人與專業(yè)機(jī)器人，精密傳動(dòng)裝置，伺服控制機(jī)構(gòu)，液氣密元件及系統(tǒng)。從以上兩個(gè)發(fā)展重點(diǎn)不難看出，傳感技術(shù)和傳感器的研究是其中的重點(diǎn)項(xiàng)目，而其他重點(diǎn)項(xiàng)目的研究都離不開計(jì)量測(cè)試的使用、計(jì)量測(cè)試精度和能力的保障，傳感器和傳感器技術(shù)是計(jì)量測(cè)試的一種表現(xiàn)形式，傳感器及傳感器技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新將成為工業(yè)4.0革命關(guān)鍵中的關(guān)鍵。
二：傳感器是智能工廠的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施
智能的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施主要包括智能機(jī)器、工業(yè)機(jī)器人，各種傳感器以及它們通過網(wǎng)絡(luò)組合在一起的智能工廠。在未來的智能工廠，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都清晰可見，整個(gè)車間有序高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。“工業(yè)4.0”中，自動(dòng)化設(shè)備在原有的控制功能基礎(chǔ)上，附加一定的新功能，就可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理、安全性、可追蹤性與節(jié)能性等智能化要求。
為設(shè)備添加新功能是指通過為生產(chǎn)線配置傳感器，讓設(shè)備具有感知能力，將所檢測(cè)的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，通過大數(shù)據(jù)分析決策進(jìn)一步使自動(dòng)化設(shè)備具有自律管理的智能功能，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化。
未來的智能工廠還會(huì)部署大量的傳感設(shè)備，并組成傳感網(wǎng)絡(luò)。傳感設(shè)備的作用在于識(shí)別物料和產(chǎn)品，生產(chǎn)線工藝監(jiān)測(cè)、安防、計(jì)數(shù)、監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)，監(jiān)控能源消耗等。這些傳感器通過網(wǎng)絡(luò)組織在一起，并與生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行交互，為生產(chǎn)過程提供必要的數(shù)據(jù)支持。現(xiàn)在很多企業(yè)為了安全生產(chǎn)及安保需要，會(huì)部署視頻監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的可視化管理。
通過視頻監(jiān)控的方式，彌補(bǔ)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的不足。最新發(fā)展的智能監(jiān)控系統(tǒng)，不僅僅是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控，還能夠利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理，分析和理解。在不需要人為干預(yù)的情況下，這些都需要傳感器，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)上傳數(shù)據(jù)。
通過對(duì)動(dòng)態(tài)圖像自動(dòng)分析，對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景中的變化進(jìn)行定位，識(shí)別和跟蹤，并在此基礎(chǔ)上分析和判斷目標(biāo)的行為，能在異常情況發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警或提供有用的信息，有效的協(xié)助管理人員處理危機(jī)，并最大限度地降低誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象。
隨著先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)在制藥行業(yè)的應(yīng)用，全密閉真空投料，紅外技術(shù)控制過程質(zhì)量在線澄明度檢測(cè)儀等在生產(chǎn)中的應(yīng)用，或許會(huì)導(dǎo)致藥品生產(chǎn)離線檢測(cè)被禁止(即目前的產(chǎn)品檢驗(yàn)方式)，一切檢驗(yàn)工作均在生產(chǎn)過程中完成。
利用PAT(過程分析技術(shù))可以提供實(shí)時(shí)且連續(xù)的質(zhì)量信息這一特點(diǎn)，從而將藥品“批量生產(chǎn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑B續(xù)化生產(chǎn)”過程，即在生產(chǎn)過程中不間斷地進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，而不必進(jìn)行最終質(zhì)量檢查就可在產(chǎn)品生產(chǎn)出來后馬上放行到市場(chǎng)上去，實(shí)施連續(xù)化生產(chǎn)的方式后，生產(chǎn)成本會(huì)下降50﹪(人工下降75%，所需的生產(chǎn)空間下降70%，物流轉(zhuǎn)移下降65%，廢料處理下降60%，水電汽下降65%，產(chǎn)品檢驗(yàn)費(fèi)用下降30%，運(yùn)營成本下降30%)。
在可以預(yù)知的將來，采用“連續(xù)化生產(chǎn)”方式的藥企可以采用足夠多的原材料并集中生產(chǎn)出大量藥品滿足市場(chǎng)需求，其優(yōu)勢(shì)在于提高設(shè)備使用效率，實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)率并確保藥品的高質(zhì)量。這將對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)普藥的'制藥企業(yè)的生存帶來極大的挑戰(zhàn)。
三：工業(yè)4.0給計(jì)量測(cè)試及傳感器技術(shù)帶來的思考
“工業(yè)4.0”是以智能制造，智能生產(chǎn)為核心，以互聯(lián)為手段，以計(jì)量測(cè)試為重要的核心技術(shù)。這對(duì)計(jì)量測(cè)試技術(shù)的挑戰(zhàn)是全面的，綜合的，全方位的，我們應(yīng)從以下方面對(duì)計(jì)量測(cè)試發(fā)展進(jìn)行思考。
1、應(yīng)從更高準(zhǔn)確性，可靠性，一致性上思考如何進(jìn)一步提高計(jì)量檢測(cè)能力，計(jì)量測(cè)試技術(shù)的準(zhǔn)確性，可靠性和一致性是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。
2、應(yīng)從傳感器技術(shù)的快速發(fā)展來思考儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題以及對(duì)傳感器的量值傳遞和溯源問題。
3、應(yīng)從嵌入式軟件全方位應(yīng)用及互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展來思考計(jì)量相關(guān)軟件的檢定、校準(zhǔn)或檢測(cè)問題。
4、應(yīng)從多學(xué)科融合的角度來思考計(jì)量人才的培養(yǎng)問題。
5、應(yīng)從計(jì)量檢定、校準(zhǔn)的扁平化來思考計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的設(shè)置及發(fā)展方向問題。
6、應(yīng)從工程控制系統(tǒng)的角度來思考計(jì)量的行政管理問題。
四：結(jié)論
傳感器技術(shù)作為信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)之一，是當(dāng)前各發(fā)達(dá)國家競(jìng)相發(fā)展的高技術(shù)。然而我們應(yīng)當(dāng)看到，我國在傳感器技術(shù)方面的研究和應(yīng)用實(shí)力仍不及世界上的很多國家。在當(dāng)前各國大力發(fā)展工業(yè)4.0的環(huán)境下，傳感器技術(shù)的發(fā)展道路上充滿機(jī)遇。在不久的將來，一定會(huì)得到更快速、迅猛的發(fā)展。
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