智能制造中對智能傳感器技術的創新與運用

韓洋祺 鄭亞清 胡廣雪

摘要：在工業4.0時代，智能制造技術在人工智能、機械加工等領域有良好的發展前景，智能傳感器技術作為信息獲取的重要手段，在智能制造中發揮不可或缺的作用。文章基于智能傳感器技術在智能制造中的發展現狀，結合傳感器技術在機械生產現場監控、精確識別異常數據、自動化報警系統以及運行環境監測及識別等方面的作用，提出智能傳感器技術在機械加工、內燃機控制系統以及機器人研發中的創新與運用。

關鍵詞：智能制造;傳感器技術;創新與運用

一、智能傳感器技術在智能制造中的發展現狀

傳感器在智能制造中的應用在不同行業有不同的應用特點，例如傳統工業、制造業中，多采用較為傳統但是穩定性高的傳感器，而高端制造業中，多采用世界頂尖技術的傳感器，總體表現為本土化較低，特別是一些特殊部件，我國傳感器制造技術與國外相比在技術和穩定性上仍存在一定的差距，如高溫高壓傳感器等。隨著我國科學技術的快速發展，國家對相關領域愈加重視，國內企業目前傳感器技術進步較大，特別是智能制造戰略的實施，MEMS技術等在工業物聯中發展迅速。我國工業體系中互聯網+技術的應用為工業物聯網帶來了巨大的發展空間，國內傳感器制造企業應在技術發展的同時注重質量發展。

就目前來看，傳感器在智能制造中的應用仍存在較多的問題，在工業4.0時代，傳感器技術除了要有良好的穩定性以外，傳感器的精度要求也越來越高。在國際技術壁壘愈加嚴重的當下，國內傳感器技術發展面臨巨大壓力。一方面，我國傳感器技術目前仍存在一定的優化空間，特別是在精細化、整體化方面亟需進步;另一方面，隨著國家生態環境要求越來越高，傳感器技術中心清潔性要求也應隨之發展，例如，切削液在傳感器技術中的過量消耗除了導致成本高昂以外，對環境生態也造成一定危害。基于此，推動傳感器技術智能化、精細化發展是工業4.0時代的切實需求，機電系統自動化的發展與此有密切關系。結合我國傳感器技術在智能制造中的發展現狀，我國傳感器制造商應布局未來，積極發展傳感器智能化技術，做好質量管理與控制，例如，工業智能機器人力量傳感器雖然當前并未大量普及，但是在智能制造時代，其在未來應用中的作用不容忽視，傳感器技術應積極布局未來，敢于向新技術、新領域進軍才能在智能制造時代發揮更加重要的作用。

二、智能傳感器技術在智能制造中的作用

（一）機械生產現場監控

隨著科學技術的快速發展，機械設備發展愈加重視質量和精度，這也是發展智能制造的基礎，傳感器技術可以為機械生產在不同環境下作業起到環境和狀態感知，保障作業安全的作用。傳感器技術可以在機械生產中起到現場監控的作用，特別是在阻抗、機械震動等方面有良好的在線測量作用，可有效識別多項異常狀態并及時進行反饋和調控，確保機械生產安全穩定。例如，在機械生產中，工件表面以及尺寸精確性對車刀刀尖性狀有較高要求，將傳感器技術應用到車床車刀相關位置，可對車刀刀尖性狀實施精確化測量，一旦車刀刀尖性狀發生改變傳感器可及時反饋，確保機械生產質量保障。

（二）精確識別異常數據

在智能制造時代，傳感器在機械裝置中的作用愈加重要，例如職能機器人技術，通過對多項數據進行采集并將其轉換為固定格式，從而實現數據信息高效化傳輸。智能機器人的數據傳輸量是隨著動作和功能的增多而幾何倍數增加，傳感器技術的應用可對收取的數據信息進行檢測，一旦識別到異常數據會及時反饋并進行調整，從而確保機器人系統運行的穩定。傳感器在智能化設備中的應用可以更加全面的掌握機器運行狀態，形成全方位的數據信息調度集中化處理，形成技術感知的優化從而在各項活動中穩定運行。

（三）自動化報警系統

在智能制造中，機械元件與智能控制系統共同作用以完成各項既定任務，在機械運行的過程中，可能受制于技術或者環境等多項因素影響而產生各項故障，如果不能準確掌握故障產生的部位及原因則無法及時有效進行處理。傳感器技術的應用可對異常部件進行及時信號采集，并將其轉化為電信號傳輸給控制系統，控制系統以參數代碼的形式展現給技術人員，便于技術人員精準識別并進行故障排除和處理，確保系統安全穩定運行避免發生異常事故，從而產生安全隱患。

（四）運行環境監測及識別

在智能制造精細化部件的運行過程中，環境因素對智能制造運行綜合效率有密切關聯，運行環境惡劣則可能會導致運行效率降低甚至發生故障。傳感器在智能制造中的應用可精準分析系統的運行情況，對于可能影響部件運行的各項不穩定因素進行監測和識別，將相關數據信息整合后通過系統自動發送給技術調度人員，從而實現對智能制造運行規范化調控。當前，傳感器技術應用于環境監測已經相對成熟，且整體消耗成本較低，監測及識別效率有效提升，提高了智能制造的操作便捷性。技術人員對復雜環境的掌控可利用傳感器技術遠程實施，同時對復雜環境的構成要素進行精準把握，便于及時調整部件，降低因環境因素導致的系統故障，確保自動化系統穩定運行。

三、智能制造中對智能傳感器技術的創新與運用

（一）傳感器技術在機械加工中的創新運用

在智能制造機械加工中，傳感器技術的使用可以確保制造效率，有效提升質量水平，并使部件的工作更加可靠和安全。利用傳感器可以及時將機械加工中的異常情況傳輸到控制中心，以確保相關通信和安全監督的順利進行。由于智能制造的機械加工并非一成不變的，可以適當調整傳感器的控制方式，在不同的機械加工作業中均可以發揮其效用，起到安全檢測的作用。同時，技術調控人員也應該對機械中傳感器部件進行定期的檢測和維護，確保傳感器保持正常的工作狀態。傳感器技術在機械加工中的創新運用主要體現在以下幾個層面：首先，智能制造機械加工中，精度控制是十分重要的，可利用掃描傳感器技術，以高頻率動態化的對機械部件進行連續測量，獲取部件加工的實時準確信息，并有效識別部件狀態;其次，要及時掌握和辨別加工現場的現狀，利用傳感器技術準確監測加工過程中的相關參數，包括機器的速度和位置，掌握和了解各種加工過程中的相關影響因素，并采用更精確的加工工藝，這將有助于降低勞動強度。

（二）傳感器技術在內燃機控制系統的創新運用

在內燃機控制系統是汽車的重要構成部件，傳感器技術在內燃機控制系統中的運用主要是通過電子控制單元將相關控制信號傳輸給內燃機各個部件，智能傳感器技術在其中起到在壓力、轉速表、車速、氣體濃度和流量等方面進行檢測和識別的作用。例如，壓力傳感器可以對儲壓器的壓力、輸出油泵的閉合、斷開信號或者油壓等異常信號進行有效識別，一旦發現異常將快速將信息傳輸到汽車中控顯示屏，以便駕駛員及時發現并排除故障。壓力傳感器目前在汽車中應用較為廣泛，主要分為電容式傳感器、壓阻式傳感器、差動變壓器傳感器等，不同的傳感器的機制均存在差異，例如電容式傳感器主要以電容器作為傳感元件，將測量量轉變為物理量或者機械量轉化為電容量，廣泛應用于汽車速度、角度、壓力等方面的測量;壓阻式傳感器主要是依據力的作用在電阻，通過電阻的變化形成不同的信號，主要應用于拉力、壓力差等。可將不同的傳感器進行功能集合或者互補，形成更加穩定、可靠的傳感器作用，未來可應用于自動駕駛等領域。

（三）傳感器技術在機器人研發中的創新運用

利用傳感器技術，通過對復雜數據的分析，獲取機器人的運動控制參數，形成相應的動作指令。由于機器人當前的發展逐漸向更加自主化、智能化方向側重，傳感器在機器人研發中的作用也應更加集成和完善，因谷底機器人不同位置的電機數據進行有效搜集從而形成獨特的動作指令。目前，機器人傳感器主要分為內外兩個部分，外部傳感器主要負責機器人周邊環境的檢測和識別，確保機器人周邊環境的安全，內部傳感器主要負責分散執行機器人的各個部分的指令和自己的協調指令，確保機器人自動化運行，內外傳感器相互配合使機器人更加智能。

四、智能制造中智能傳感器技術的發展趨勢

科學技術的高速發展為智能制造夯實了基礎，在工業4.0時代，隨著國家智能制造戰略的推進與落實，傳感器技術在其中發揮的作用將愈加顯著。機械的集成化、自動化、智能化要求傳感器技術趨于小型化、一體化和數字化，通過對傳感器的有效調整，可以改善生產活動的狀態，有助于降低能耗，促進生產系統功率的有效轉換。根據當前國家對智能制造的規劃結合當前傳感器技術的發展現狀，實現傳感器技術的節能、穩定，對傳感器技術不斷創新和發展，從而有效提升我國智能制造的核心競爭能力，助推我國工業生產能力的有效提升。

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