前言

從德國(guó)的“工業(yè)4.0”、美國(guó)的“先進(jìn)制造伙伴戰(zhàn)略”到英國(guó)的“高價(jià)值戰(zhàn)略”，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為主要工業(yè)國(guó)家搶占國(guó)際制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。作為當(dāng)前產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)和戰(zhàn)略焦點(diǎn)，智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有著緊密的聯(lián)系。

智能制造的概念始于20世紀(jì)80年代末，紐約大學(xué)P.K.Wright教授和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)D.A.Bourne教授出版了Manufacturing Intelligence一書(shū)，首次提出智能制造的概念，并指出智能制造的目的是通過(guò)集成知識(shí)工程，制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器控制，對(duì)制造技術(shù)人員的技能和專(zhuān)家知識(shí)進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)。

隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，智能制造也不斷被賦予新的意義，目標(biāo)變得更加宏大。我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，當(dāng)前我國(guó)制造業(yè)面臨著提高生產(chǎn)制造效率、節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略任務(wù)?！吨悄苤圃彀l(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》指出：

• 推進(jìn)智能制造，能夠有效縮短產(chǎn)品研制周期，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低運(yùn)營(yíng)成本和資源能源消耗，加快發(fā)展智能制造，對(duì)于提高制造業(yè)供給結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性和靈活性、培育經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)新動(dòng)能都具有十分重要的意義。

制造業(yè)從傳統(tǒng)模式向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)變，從粗放型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變，從高污染、高能耗向綠色制造轉(zhuǎn)變，從生產(chǎn)型向“生產(chǎn)+服務(wù)”型轉(zhuǎn)變。在此轉(zhuǎn)變過(guò)程中，智能制造是重要手段。?智能制造較為普適的定義是：

• 面向產(chǎn)品的全生命周期，以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以制造系統(tǒng)為載體，在其關(guān)鍵環(huán)節(jié)或過(guò)程，具有一定自主感知、學(xué)習(xí)、分析、決策、通信與協(xié)調(diào)控制能力，能動(dòng)態(tài)適應(yīng)制造環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)某些優(yōu)化目標(biāo)。

上述定義對(duì)智能制造提出了明確的目標(biāo)和期望—高效率、低成本和高質(zhì)量，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)路徑提出了方法論的指導(dǎo)。強(qiáng)調(diào)自主感知，通過(guò)萬(wàn)物互聯(lián)，連接一切可數(shù)字化的事物，利用數(shù)據(jù)和算法獲得智能。

智能制造不僅要采用新型制造技術(shù)和裝備，還要將快速發(fā)展的信息通信技術(shù)滲透到工廠(chǎng)，在制造領(lǐng)域構(gòu)建信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System，CPS），改變制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式和人際關(guān)系，帶來(lái)研發(fā)制造方式和商業(yè)模式的創(chuàng)新轉(zhuǎn)變。

什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)？

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)已成為智能制造和工業(yè)4.0的代名詞。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)能夠根據(jù)需要部署人工智能(AI)、機(jī)器學(xué)習(xí)、增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)(AR/VR)、數(shù)字孿生/線(xiàn)程、云/邊緣計(jì)算等智能技術(shù)并且已滲透至所有智能制造的方方面面。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還能提供支持智能制造應(yīng)用的平臺(tái)，傳感器、設(shè)備、機(jī)器、控制器、數(shù)據(jù)庫(kù)和信息系統(tǒng)之間的通信主干，能夠連接到現(xiàn)有技術(shù)并包裝及擴(kuò)展其功能和使用壽命。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的最大益處是收集后分析的各種數(shù)據(jù)。制造商能夠使用該數(shù)據(jù)改善質(zhì)量控制、可持續(xù)和環(huán)保舉措、供應(yīng)鏈可追溯性及提升供應(yīng)鏈效率。

此外，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還能助力現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員確定何時(shí)需要維修機(jī)器、檢測(cè)煉油廠(chǎng)管道內(nèi)的腐蝕程度、監(jiān)控工業(yè)運(yùn)營(yíng)中的基礎(chǔ)設(shè)施甚至資產(chǎn)跟蹤。

在自動(dòng)化、優(yōu)化及更好的供應(yīng)鏈和物流方面，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)為這些行業(yè)提供更強(qiáng)大的系統(tǒng)集成。通過(guò)使用智能傳感器和執(zhí)行器，從業(yè)者能夠更輕松、更高效地監(jiān)控和控制運(yùn)輸、公用事業(yè)和醫(yī)療保健等運(yùn)營(yíng)中的基礎(chǔ)設(shè)施。這種智能通信網(wǎng)絡(luò)能極大地改變和改進(jìn)工業(yè)流程的潛力。

傳感器在工業(yè)4.0中的運(yùn)用

傳感器是指具有信息采集、信息處理、信息交換、信息存儲(chǔ)功能的多元件集成電路，是集成傳感芯片、通信芯片、微處理器、驅(qū)動(dòng)程序、軟件算法等于一體的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品，是關(guān)系制造業(yè)發(fā)展全局和國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器應(yīng)用市場(chǎng)正呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2019年我國(guó)傳感器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1660億元，未來(lái)五年(2019-2023)年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為11.65%，2023年將達(dá)到2580億元。

在政策和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)趨于完備，設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等重點(diǎn)環(huán)節(jié)均有骨干企業(yè)布局。目前全國(guó)從事傳感器研究的相關(guān)企業(yè)接近2000家，其中上市公司近30家，各類(lèi)傳感器產(chǎn)品基本滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。

智能傳感器是用于各種工業(yè)場(chǎng)景如能源、石油、化工、冶金、電力、機(jī)械制造、汽車(chē)等工業(yè)制造過(guò)程中的各類(lèi)傳感器，泛指在工業(yè)制造過(guò)程能將感受的力、熱、光、磁、聲、濕、電、環(huán)境等被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件與裝置。是一類(lèi)涉及多學(xué)科基礎(chǔ)技術(shù)融合的工業(yè)產(chǎn)品。具有技術(shù)密集、多品種、小批量、使用靈活及應(yīng)用分布廣泛的典型特征。

德國(guó)傳感和測(cè)量技術(shù)協(xié)會(huì)(AMA)在《傳感器技術(shù)2022——讓創(chuàng)新互聯(lián)》報(bào)告中指出，傳感器技術(shù)是很多機(jī)器、設(shè)備和車(chē)輛競(jìng)爭(zhēng)力的核心技術(shù)，是提升其價(jià)值增值的手段。與當(dāng)前快速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)一樣，傳感器的發(fā)展為其帶來(lái)機(jī)遇與挑戰(zhàn)。未來(lái)傳感器的先進(jìn)程度決定了機(jī)械制造、汽車(chē)、過(guò)程控制和制造領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

美國(guó)則在上世紀(jì)80年代就成立了國(guó)際技術(shù)小組(BGT)，從國(guó)家層面協(xié)調(diào)政府資源、企業(yè)和相關(guān)部門(mén)在傳感器技術(shù)、功能材料等全方面開(kāi)展工作，服務(wù)于美國(guó)工業(yè)制造、智能制造和軍工領(lǐng)域。日本在上世紀(jì)末就已經(jīng)將傳感器技術(shù)列為本世紀(jì)十大技術(shù)之首，日本工商界直接認(rèn)為，“支配了傳感器技術(shù)就能支配新時(shí)代”，并將傳感器技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用列為本世紀(jì)國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展六大核心技術(shù)之一。

結(jié)語(yǔ)

而如今，智能城市、智能家居和智能建筑的出現(xiàn)也需要傳感器技術(shù)，工業(yè)5.0中的許多傳感器創(chuàng)新已經(jīng)在其他技術(shù)導(dǎo)向型市場(chǎng)中等到應(yīng)用，如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 在新車(chē)型中的快速部署，以及電動(dòng)汽車(chē)、半自動(dòng)和全自動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，都與工業(yè)系統(tǒng)一樣對(duì)傳感器應(yīng)用有著巨大的需求。

從工業(yè)4.0的持續(xù)發(fā)展到工業(yè)5.0概念的提出，傳感器的重要性不言自明。半導(dǎo)體行業(yè)的不斷技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)傳感器技術(shù)應(yīng)用落到實(shí)處，在推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展的同時(shí)，也為我們創(chuàng)造一個(gè)更美好、智能的生活。