浅谈一下传感器在工业4.0中传感器的运用

前言

从德国的“工业4.0”、美国的“先进制造伙伴战略”到英国的“高价值战略”，工业互联网已成为主要工业国家抢占国际制造业竞争的制高点。作为当前产业变革的核心驱动和战略焦点，智能制造与工业互联网有着紧密的联系。

智能制造的概念始于20世纪80年代末，纽约大学P.K.Wright教授和卡内基梅隆大学D.A.Bourne教授出版了Manufacturing Intelligence一书，首次提出智能制造的概念，并指出智能制造的目的是通过集成知识工程，制造软件系统、机器视觉和机器控制，对制造技术人员的技能和专家知识进行建模，以使智能机器在没有人工干预的情况下进行小批量生产。

随着时代的发展和技术的进步，智能制造也不断被赋予新的意义，目标变得更加宏大。我国是制造业大国，制造业是国民经济的主体，当前我国制造业面临着提高生产制造效率、节能减排、产业结构调整的战略任务。《智能制造发展规划（2016—2020年）》指出：

• 推进智能制造，能够有效缩短产品研制周期，提高生产效率和产品质量，降低运营成本和资源能源消耗，加快发展智能制造，对于提高制造业供给结构的适应性和灵活性、培育经济增长新动能都具有十分重要的意义。

制造业从传统模式向数字化、网络化、智能化转变，从粗放型向质量效益型转变，从高污染、高能耗向绿色制造转变，从生产型向“生产+服务”型转变。在此转变过程中，智能制造是重要手段。 智能制造较为普适的定义是：

• 面向产品的全生命周期，以新一代信息技术为基础，以制造系统为载体，在其关键环节或过程，具有一定自主感知、学习、分析、决策、通信与协调控制能力，能动态适应制造环境的变化，从而实现某些优化目标。

上述定义对智能制造提出了明确的目标和期望—高效率、低成本和高质量，并对其实现路径提出了方法论的指导。强调自主感知，通过万物互联，连接一切可数字化的事物，利用数据和算法获得智能。

智能制造不仅要采用新型制造技术和装备，还要将快速发展的信息通信技术渗透到工厂，在制造领域构建信息物理系统（Cyber Physical System，CPS），改变制造业的生产组织方式和人际关系，带来研发制造方式和商业模式的创新转变。

什么是工业物联网？

工业物联网(IIoT)已成为智能制造和工业4.0的代名词。工业物联网能够根据需要部署人工智能(AI)、机器学习、增强/虚拟现实(AR/VR)、数字孪生/线程、云/边缘计算等智能技术并且已渗透至所有智能制造的方方面面。

工业物联网还能提供支持智能制造应用的平台，传感器、设备、机器、控制器、数据库和信息系统之间的通信主干，能够连接到现有技术并包装及扩展其功能和使用寿命。

工业物联网的最大益处是收集后分析的各种数据。制造商能够使用该数据改善质量控制、可持续和环保举措、供应链可追溯性及提升供应链效率。

此外，工业物联网还能助力现场技术人员确定何时需要维修机器、检测炼油厂管道内的腐蚀程度、监控工业运营中的基础设施甚至资产跟踪。

在自动化、优化及更好的供应链和物流方面，工业物联网网络为这些行业提供更强大的系统集成。通过使用智能传感器和执行器，从业者能够更轻松、更高效地监控和控制运输、公用事业和医疗保健等运营中的基础设施。这种智能通信网络能极大地改变和改进工业流程的潜力。

传感器在工业4.0中的运用

传感器是指具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储功能的多元件集成电路，是集成传感芯片、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品，是关系制造业发展全局和国家经济安全的基础性、先导性和战略性产业。

随着工业互联网、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术的快速发展，传感器应用市场正呈现爆发式增长态势。据市场研究机构预测，2019年我国传感器市场规模将达到1660亿元，未来五年(2019-2023)年均复合增长率约为11.65%，2023年将达到2580亿元。

在政策和市场驱动下，我国传感器产业生态趋于完备，设计、制造、封测等重点环节均有骨干企业布局。目前全国从事传感器研究的相关企业接近2000家，其中上市公司近30家，各类传感器产品基本满足国内市场需求。

智能传感器是用于各种工业场景如能源、石油、化工、冶金、电力、机械制造、汽车等工业制造过程中的各类传感器，泛指在工业制造过程能将感受的力、热、光、磁、声、湿、电、环境等被测量转换成电信号输出的器件与装置。是一类涉及多学科基础技术融合的工业产品。具有技术密集、多品种、小批量、使用灵活及应用分布广泛的典型特征。

德国传感和测量技术协会(AMA)在《传感器技术2022——让创新互联》报告中指出，传感器技术是很多机器、设备和车辆竞争力的核心技术，是提升其价值增值的手段。与当前快速发展的互联网一样，传感器的发展为其带来机遇与挑战。未来传感器的先进程度决定了机械制造、汽车、过程控制和制造领域的国际竞争力。

美国则在上世纪80年代就成立了国际技术小组(BGT)，从国家层面协调政府资源、企业和相关部门在传感器技术、功能材料等全方面开展工作，服务于美国工业制造、智能制造和军工领域。日本在上世纪末就已经将传感器技术列为本世纪十大技术之首，日本工商界直接认为，“支配了传感器技术就能支配新时代”，并将传感器技术的开发利用列为本世纪国家重点发展六大核心技术之一。

结语

而如今，智能城市、智能家居和智能建筑的出现也需要传感器技术，工业5.0中的许多传感器创新已经在其他技术导向型市场中等到应用，如高级驾驶辅助系统 （ADAS） 在新车型中的快速部署，以及电动汽车、半自动和全自动汽车的发展，都与工业系统一样对传感器应用有着巨大的需求。

从工业4.0的持续发展到工业5.0概念的提出，传感器的重要性不言自明。半导体行业的不断技术创新，推动传感器技术应用落到实处，在推动工业生产不断发展的同时，也为我们创造一个更美好、智能的生活。