智能制造中对智能传感器技术的创新与运用

韩洋祺 郑亚清 胡广雪

摘要：在工业4.0时代，智能制造技术在人工智能、机械加工等领域有良好的发展前景，智能传感器技术作为信息获取的重要手段，在智能制造中发挥不可或缺的作用。文章基于智能传感器技术在智能制造中的发展现状，结合传感器技术在机械生产现场监控、精确识别异常数据、自动化报警系统以及运行环境监测及识别等方面的作用，提出智能传感器技术在机械加工、内燃机控制系统以及机器人研发中的创新与运用。

关键词：智能制造;传感器技术;创新与运用

一、智能传感器技术在智能制造中的发展现状

传感器在智能制造中的应用在不同行业有不同的应用特点，例如传统工业、制造业中，多采用较为传统但是稳定性高的传感器，而高端制造业中，多采用世界顶尖技术的传感器，总体表现为本土化较低，特别是一些特殊部件，我国传感器制造技术与国外相比在技术和稳定性上仍存在一定的差距，如高温高压传感器等。随着我国科学技术的快速发展，国家对相关领域愈加重视，国内企业目前传感器技术进步较大，特别是智能制造战略的实施，MEMS技术等在工业物联中发展迅速。我国工业体系中互联网+技术的应用为工业物联网带来了巨大的发展空间，国内传感器制造企业应在技术发展的同时注重质量发展。

就目前来看，传感器在智能制造中的应用仍存在较多的问题，在工业4.0时代，传感器技术除了要有良好的稳定性以外，传感器的精度要求也越来越高。在国际技术壁垒愈加严重的当下，国内传感器技术发展面临巨大压力。一方面，我国传感器技术目前仍存在一定的优化空间，特别是在精细化、整体化方面亟需进步;另一方面，随着国家生态环境要求越来越高，传感器技术中心清洁性要求也应随之发展，例如，切削液在传感器技术中的过量消耗除了导致成本高昂以外，对环境生态也造成一定危害。基于此，推动传感器技术智能化、精细化发展是工业4.0时代的切实需求，机电系统自动化的发展与此有密切关系。结合我国传感器技术在智能制造中的发展现状，我国传感器制造商应布局未来，积极发展传感器智能化技术，做好质量管理与控制，例如，工业智能机器人力量传感器虽然当前并未大量普及，但是在智能制造时代，其在未来应用中的作用不容忽视，传感器技术应积极布局未来，敢于向新技术、新领域进军才能在智能制造时代发挥更加重要的作用。

二、智能传感器技术在智能制造中的作用

（一）机械生产现场监控

随着科学技术的快速发展，机械设备发展愈加重视质量和精度，这也是发展智能制造的基础，传感器技术可以为机械生产在不同环境下作业起到环境和状态感知，保障作业安全的作用。传感器技术可以在机械生产中起到现场监控的作用，特别是在阻抗、机械震动等方面有良好的在线测量作用，可有效识别多项异常状态并及时进行反馈和调控，确保机械生产安全稳定。例如，在机械生产中，工件表面以及尺寸精确性对车刀刀尖性状有较高要求，将传感器技术应用到车床车刀相关位置，可对车刀刀尖性状实施精确化测量，一旦车刀刀尖性状发生改变传感器可及时反馈，确保机械生产质量保障。

（二）精确识别异常数据

在智能制造时代，传感器在机械装置中的作用愈加重要，例如职能机器人技术，通过对多项数据进行采集并将其转换为固定格式，从而实现数据信息高效化传输。智能机器人的数据传输量是随着动作和功能的增多而几何倍数增加，传感器技术的应用可对收取的数据信息进行检测，一旦识别到异常数据会及时反馈并进行调整，从而确保机器人系统运行的稳定。传感器在智能化设备中的应用可以更加全面的掌握机器运行状态，形成全方位的数据信息调度集中化处理，形成技术感知的优化从而在各项活动中稳定运行。

（三）自动化报警系统

在智能制造中，机械元件与智能控制系统共同作用以完成各项既定任务，在机械运行的过程中，可能受制于技术或者环境等多项因素影响而产生各项故障，如果不能准确掌握故障产生的部位及原因则无法及时有效进行处理。传感器技术的应用可对异常部件进行及时信号采集，并将其转化为电信号传输给控制系统，控制系统以参数代码的形式展现给技术人员，便于技术人员精准识别并进行故障排除和处理，确保系统安全稳定运行避免发生异常事故，从而产生安全隐患。

（四）运行环境监测及识别

在智能制造精细化部件的运行过程中，环境因素对智能制造运行综合效率有密切关联，运行环境恶劣则可能会导致运行效率降低甚至发生故障。传感器在智能制造中的应用可精准分析系统的运行情况，对于可能影响部件运行的各项不稳定因素进行监测和识别，将相关数据信息整合后通过系统自动发送给技术调度人员，从而实现对智能制造运行规范化调控。当前，传感器技术应用于环境监测已经相对成熟，且整体消耗成本较低，监测及识别效率有效提升，提高了智能制造的操作便捷性。技术人员对复杂环境的掌控可利用传感器技术远程实施，同时对复杂环境的构成要素进行精准把握，便于及时调整部件，降低因环境因素导致的系统故障，确保自动化系统稳定运行。

三、智能制造中对智能传感器技术的创新与运用

（一）传感器技术在机械加工中的创新运用

在智能制造机械加工中，传感器技术的使用可以确保制造效率，有效提升质量水平，并使部件的工作更加可靠和安全。利用传感器可以及时将机械加工中的异常情况传输到控制中心，以确保相关通信和安全监督的顺利进行。由于智能制造的机械加工并非一成不变的，可以适当调整传感器的控制方式，在不同的机械加工作业中均可以发挥其效用，起到安全检测的作用。同时，技术调控人员也应该对机械中传感器部件进行定期的检测和维护，确保传感器保持正常的工作状态。传感器技术在机械加工中的创新运用主要体现在以下几个层面：首先，智能制造机械加工中，精度控制是十分重要的，可利用扫描传感器技术，以高频率动态化的对机械部件进行连续测量，获取部件加工的实时准确信息，并有效识别部件状态;其次，要及时掌握和辨别加工现场的现状，利用传感器技术准确监測加工过程中的相关参数，包括机器的速度和位置，掌握和了解各种加工过程中的相关影响因素，并采用更精确的加工工艺，这将有助于降低劳动强度。

（二）传感器技术在内燃机控制系统的创新运用

在内燃机控制系统是汽车的重要构成部件，传感器技术在内燃机控制系统中的运用主要是通过电子控制单元将相关控制信号传输给内燃机各个部件，智能传感器技术在其中起到在压力、转速表、车速、气体浓度和流量等方面进行检测和识别的作用。例如，压力传感器可以对储压器的压力、输出油泵的闭合、断开信号或者油压等异常信号进行有效识别，一旦发现异常将快速将信息传输到汽车中控显示屏，以便驾驶员及时发现并排除故障。压力传感器目前在汽车中应用较为广泛，主要分为电容式传感器、压阻式传感器、差动变压器传感器等，不同的传感器的机制均存在差异，例如电容式传感器主要以电容器作为传感元件，将测量量转变为物理量或者机械量转化为电容量，广泛应用于汽车速度、角度、压力等方面的测量;压阻式传感器主要是依据力的作用在电阻，通过电阻的变化形成不同的信号，主要应用于拉力、压力差等。可将不同的传感器进行功能集合或者互补，形成更加稳定、可靠的传感器作用，未来可应用于自动驾驶等领域。

（三）传感器技术在机器人研发中的创新运用

利用传感器技术，通过对复杂数据的分析，获取机器人的运动控制参数，形成相应的动作指令。由于机器人当前的发展逐渐向更加自主化、智能化方向侧重，传感器在机器人研发中的作用也应更加集成和完善，因谷底机器人不同位置的电机数据进行有效搜集从而形成独特的动作指令。目前，机器人传感器主要分为内外两个部分，外部传感器主要负责机器人周边环境的检测和识别，确保机器人周边环境的安全，内部传感器主要负责分散执行机器人的各个部分的指令和自己的协调指令，确保机器人自动化运行，内外传感器相互配合使机器人更加智能。

四、智能制造中智能传感器技术的发展趋势

科学技术的高速发展为智能制造夯实了基础，在工业4.0时代，随着国家智能制造战略的推进与落实，传感器技术在其中发挥的作用将愈加显著。机械的集成化、自动化、智能化要求传感器技术趋于小型化、一体化和数字化，通过对传感器的有效调整，可以改善生产活动的状态，有助于降低能耗，促进生产系统功率的有效转换。根据当前国家对智能制造的规划结合当前传感器技术的发展现状，实现传感器技术的节能、稳定，对传感器技术不断创新和发展，从而有效提升我国智能制造的核心竞争能力，助推我国工业生产能力的有效提升。

参考文献：

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