浅谈工业4.0与传感器技术

　　工业4.0战略告诉我们，新技术与产业的融合将会带给我们一个全新的世界。传感器技术作为信息技术的三大基础之一，本文通过对工业4.0的简介阐述了传感器技术在工业4.0中的关键作用及其发展方向。

　　“工业4.0概念”即是以智能制造为主导的第四次工业革命或革命性的生产方法、“工业4.0”项目主要分为三大主题：一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网路化分布式成产设施的实现;二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理，人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等;三是“智能物流”，主要通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。

　　真正工业4.0的实现，以目前的软件和硬件水平无法到达，但自动化和信息化是实施工业4.0的基础。如何利用好自动化和信息化促进工业升级，如何节约成本，减少人为误差，提高质量和工业化水平更是当前值得思考和重视的问题。而实现自动化和信息化的基础就是检测数据的准确可靠，智能化、网络化、模拟化是对检测传感器新的要求。

　　一：传感器的研制和创新是影响工业4.0的重要因素之一

互联网、物联网，智能化都需要大量的信息，这些信息的产生都是来自仪表仪器或直接来自于各种传感器。智能制造，智能生产没有计量检测便无从谈起。根据我国工业和信息化部制定和发布的智能制造装备产生发展路线图规划，智能制造装备的发展重点表现在两个方面，一是九大关键智能基础共性技术，包括：新型传感器技术，模块化，嵌入式控制系统设计，先进控制与优化技术，系统协同技术，故障诊断与健康维护技术，高可靠实时通信网络技术，功能安全技术，特种工艺与精密制造技术，识别技术等。二是八项核心智能测控装置与部件。

包括：新型传感器及其系统，智能控制系统现场总线，智能仪表，精密仪器，工业机器人与专业机器人，精密传动装置，伺服控制机构，液气密元件及系统。从以上两个发展重点不难看出，传感技术和传感器的研究是其中的重点项目，而其他重点项目的研究都离不开计量测试的使用、计量测试精度和能力的保障，传感器和传感器技术是计量测试的一种表现形式，传感器及传感器技术的发展和创新将成为工业4.0革命关键中的关键。

　　二：传感器是智能工厂的生产基础设施

智能的生产基础设施主要包括智能机器、工业机器人，各种传感器以及它们通过网络组合在一起的智能工厂。在未来的智能工厂，每个生产环节都清晰可见，整个车间有序高效地运转。“工业4.0”中，自动化设备在原有的控制功能基础上，附加一定的新功能，就可以实现产品生命周期管理、安全性、可追踪性与节能性等智能化要求。

为设备添加新功能是指通过为生产线配置传感器，让设备具有感知能力，将所检测的信息通过无线网络传送到云计算数据中心，通过大数据分析决策进一步使自动化设备具有自律管理的智能功能，从而实现设备智能化。

未来的智能工厂还会部署大量的传感设备，并组成传感网络。传感设备的作用在于识别物料和产品，生产线工艺监测、安防、计数、监测环境参数，监控能源消耗等。这些传感器通过网络组织在一起，并与生产设备进行交互，为生产过程提供必要的数据支持。现在很多企业为了安全生产及安保需要，会部署视频监控设备，实现生产的可视化管理。

通过视频监控的方式，弥补自动化生产设备的不足。最新发展的智能监控系统，不仅仅是对现场的监控，还能够利用计算机视觉技术对视频信号进行处理，分析和理解。在不需要人为干预的情况下，这些都需要传感器，能够实时检测上传数据。

通过对动态图像自动分析，对监控场景中的变化进行定位，识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，能在异常情况发生时及时发出报警或提供有用的信息，有效的协助管理人员处理危机，并最大限度地降低误报和漏报现象。

随着先进的检测技术在制药行业的应用，全密闭真空投料，红外技术控制过程质量在线澄明度检测仪等在生产中的应用，或许会导致药品生产离线检测被禁止(即目前的产品检验方式)，一切检验工作均在生产过程中完成。

利用PAT(过程分析技术)可以提供实时且连续的质量信息这一特点，从而将药品“批量生产”转变为“连续化生产”过程，即在生产过程中不间断地进行质量检测，而不必进行最终质量检查就可在产品生产出来后马上放行到市场上去，实施连续化生产的方式后，生产成本会下降50﹪(人工下降75%，所需的生产空间下降70%，物流转移下降65%，废料处理下降60%，水电汽下降65%，产品检验费用下降30%，运营成本下降30%)。

在可以预知的将来，采用“连续化生产”方式的药企可以采用足够多的原材料并集中生产出大量药品满足市场需求，其优势在于提高设备使用效率，实现更高的生产率并确保药品的高质量。这将对现有生产普药的制药企业的生存带来极大的挑战。

　　三：工业4.0给计量测试及传感器技术带来的思考

　　“工业4.0”是以智能制造，智能生产为核心，以互联为手段，以计量测试为重要的核心技术。这对计量测试技术的挑战是全面的，综合的，全方位的，我们应从以下方面对计量测试发展进行思考。

　　1、应从更高准确性，可靠性，一致性上思考如何进一步提高计量检测能力，计量测试技术的准确性，可靠性和一致性是实现工业4.0的基础。

　　2、应从传感器技术的快速发展来思考仪器仪表产业发展问题以及对传感器的量值传递和溯源问题。

　　3、应从嵌入式软件全方位应用及互联网的快速发展来思考计量相关软件的检定、校准或检测问题。

　　4、应从多学科融合的角度来思考计量人才的培养问题。

　　5、应从计量检定、校准的扁平化来思考计量技术机构的设置及发展方向问题。

　　6、应从工程控制系统的角度来思考计量的行政管理问题。

　　四：结论

　　传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术。然而我们应当看到，我国在传感器技术方面的研究和应用实力仍不及世界上的很多国家。在当前各国大力发展工业4.0的环境下，传感器技术的发展道路上充满机遇。在不久的将来，一定会得到更快速、迅猛的发展。

　　作者：韩峰 来源：中国科技博览 2016年12期