智能制造與過去的自動(dòng)化比，進(jìn)步在哪里？智能制造、數(shù)字化工廠不該被輕視的傳感器的重要性；機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器是在智能制造時(shí)代非常重要的傳感器。大力發(fā)展并使用國產(chǎn)化傳感器，以及提高國產(chǎn)化傳感器的可靠性，是智能制造落地的關(guān)鍵路徑。

　　智能制造與原有的自動(dòng)化閉環(huán)的進(jìn)步在哪里?

　　首先我們討論一下“智能”是什么意思?

　　先看一下大家熟悉的最新最熱的智能手機(jī)，理解一下“智能”。

　　華為最新的mate30和蘋果iPhone11

　　兩款新手機(jī)，都突出了前攝、后攝三個(gè)感光鏡頭傳感器，所帶來的智能化拍照功能。

　　尤其是大量宣傳的是后攝的三個(gè)攝影鏡頭。圖像傳感器的智能化合成技術(shù)。

　　這三個(gè)鏡頭同時(shí)在拍同一張圖片，三個(gè)攝影傳感器不同的遠(yuǎn)近焦距、不同的色溫、不同的細(xì)節(jié)關(guān)注點(diǎn)，拍攝得到的三個(gè)圖片通過智能的合成處理成一張圖片，以達(dá)到單反相機(jī)的拍攝效果，甚至某些地方還優(yōu)于單反相機(jī)效果。

　　這就是增加了多個(gè)圖像傳感器后，智能手機(jī)所創(chuàng)造的“智能”化。

　　除了攝影傳感器，這兩部智能手機(jī)還有其它多個(gè)傳感器：

　　3D人臉識(shí)別傳感器，指紋識(shí)別傳感器，聲音識(shí)別傳感器——多重的智能識(shí)別，手機(jī)個(gè)性化；

　　六軸陀螺儀，加速度傳感器，（智能運(yùn)動(dòng)）；

　　三軸電子羅盤，GPS，北斗導(dǎo)航，雙導(dǎo)航傳感系統(tǒng)，提高導(dǎo)航精度與準(zhǔn)確性；

　　氣壓傳感器，溫度傳感器，環(huán)境智能化識(shí)別；

　　色溫傳感器，激光對(duì)焦傳感器，拍照智能化。等等。

　　多個(gè)傳感器協(xié)同融合在一起工作的——這是智能化。

　　多傳感器數(shù)據(jù)可記錄的，可供追溯，可供分析，并且是交互式的可供持續(xù)學(xué)習(xí)的——這是智能化。

　　智能手機(jī)——如果一部手機(jī)里面沒有十個(gè)八個(gè)的傳感器，并且有智能化融合技術(shù)，它都不敢叫智能手機(jī)了。

　　例如智能運(yùn)動(dòng)，不僅可以知道今天走了多少步，還可以有走路的軌跡，還可以判斷登高了多少，還可以將日常的運(yùn)動(dòng)量與消耗的熱量記錄下來，這個(gè)卡路里消耗計(jì)算是不一樣的，這就需要GPS導(dǎo)航傳感器、六軸陀螺儀（重力加速度計(jì)算）、氣壓計(jì)、電子羅盤的多重智能組合計(jì)算。通過這些計(jì)算，促動(dòng)手機(jī)的擁有者加強(qiáng)智能運(yùn)動(dòng)健康。

　　智能化的特征：

　　——多傳感器可協(xié)同融合，共同工作做一件事的，這是智能化;

　　——感知數(shù)據(jù)可積累、可分析，可供持續(xù)學(xué)習(xí)、改進(jìn)提高的，這是智能化。感知的數(shù)據(jù)多多益善，這是智能化的基礎(chǔ)條件。

　　有了更多的感知與積累數(shù)據(jù)，才有了智能功能的創(chuàng)新，給使用者帶來看得到的、有實(shí)在利益的創(chuàng)新智能功能，讓使用者愿意多花錢去購買這項(xiàng)“智能”產(chǎn)品所帶來的功能。

　　除了智能手機(jī)，我們?cè)賮砜匆粋€(gè)最新的汽車。

　　美國通用汽車，紅色部分是傳感器以及它們感知的汽車部件。

　　傳感器的密集協(xié)作。

　　我們小結(jié)一下“智能”究竟是什么？

　　智能制造、數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)感知采集傳感器，多多益善，這是大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)源頭。

　　數(shù)據(jù)采集，必須增加更多的傳感器，多維度感知，才夠“智能”化實(shí)現(xiàn)條件。

　　可靠性突出了

　　另一方面，傳感器多了，無人化的智能了，那更多的傳感器在應(yīng)用后，多器件積累的可靠性問題就突出了。

　　數(shù)據(jù)輸出，必須有可靠性保證，才能放心大膽創(chuàng)新。

　　例如，波音飛機(jī)在五個(gè)月內(nèi)的兩次失事分析，飛機(jī)仰角傳感器錯(cuò)誤，零點(diǎn)位置跑飛了，引起自動(dòng)控制操作系統(tǒng)的混亂失控。

　　事故分析指出，需要加裝更多的傳感器，通過多個(gè)傳感器的比較分析，如果有不同數(shù)據(jù)發(fā)生，供飛行員手動(dòng)選擇。

　　偉大的波音公司這次碰到了大麻煩。

　　波音公司事故失效分析對(duì)自動(dòng)化、智能制造帶來的思考：

　　*傳感器器件的可靠性很重要；

　　*傳感器的選型方案的可靠性評(píng)估很重要。

　　*這需要智能制造自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)者對(duì)于傳感器的原理、應(yīng)用、品質(zhì)可靠性熟悉，在選型時(shí)能夠預(yù)先準(zhǔn)確評(píng)估。

　　*提高可靠性的另外一個(gè)思路，是設(shè)計(jì)傳感器的冗余方案，通過雙重確認(rèn)原則，有更高的可靠性。

　　通過增加不同部位不同類型的多傳感器，可以提高可靠性判斷，提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性，可以提升智能制造用戶使用者的信心。

　　工業(yè)制造的智能化，傳感器成了關(guān)鍵的基礎(chǔ)元器件

　　工業(yè)制造中有大量的機(jī)械裝備，從小型設(shè)備的到大型的流水線、車間，固定的移動(dòng)的，存在大量的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，智能制造就首先需要感知這些機(jī)械運(yùn)動(dòng)，需要加入大量的傳感器。

　　智能制造工廠內(nèi)，大量的機(jī)械運(yùn)動(dòng)自動(dòng)化智能化，代替人的勞動(dòng)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳感器，就會(huì)用到了編碼器，一種角度與長度高度的傳感器。

　　從智能制造目前情況來看，最重要的有兩個(gè)傳感器：一個(gè)是圖像傳感器?，F(xiàn)在的智能化圖像處理技術(shù)突飛猛進(jìn)。

　　但是圖像傳感器還有幾個(gè)瓶頸，對(duì)焦，視角，背景光的明暗，遮擋物包括灰塵水汽。

　　另一個(gè)就是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳感器——編碼器。

　　機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器具有高可靠性。

　　內(nèi)部是多傳感器融合的，包括單圈360度的感知，與多圈傳感器圈數(shù)的感知的融合

　　編碼器有增量編碼器，絕對(duì)值單圈編碼器，也有絕對(duì)值多圈編碼器。

　　其中也有依賴電池記憶的電池多圈編碼器，依賴于韋根發(fā)電微能量存儲(chǔ)代替電池的“韋根電子多圈編碼器”。

　　但是，到了智能制造時(shí)代，要求傳感器多了，而且每個(gè)傳感器需要有智能化關(guān)聯(lián)的，這就對(duì)可靠性有了最高的要求，不允許有傳感器零點(diǎn)位置跑飛了，而無法判斷，尤其是幾十個(gè)幾百個(gè)傳感器在同時(shí)工作時(shí)，如何去判斷傳感器是否輸出準(zhǔn)確，并且歸零位？

　　機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器，由于是機(jī)械式的編碼預(yù)先存在，不受干擾、停電而改變、擦除信息，所以具有高可靠性。

　　內(nèi)部是多傳感器的，不僅每圈有傳感器，而且圈數(shù)上也有絕對(duì)值的傳感器，而且相互比較自檢查。

　　機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器的可靠性原則，所有輸出的編碼是唯一性的，機(jī)械位置預(yù)先存在的，是寧可機(jī)械或者電子部分損壞了、不輸出數(shù)據(jù)了，也不允許提供錯(cuò)誤的零點(diǎn)位置跑飛的數(shù)據(jù)，而可能誤導(dǎo)后面的控制部分，這就叫“絕對(duì)值編碼”。

　　這符合我們前面講的，在智能化要求下，傳感器多多益善，傳感器相互自檢必須增加可靠性。

　　精浦的機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器數(shù)據(jù)輸出：

　　具有各種信號(hào)輸出形式，可以兼容歐系日系所有的PLC的接口：

　　數(shù)字量信號(hào)，模擬量信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)總線，工業(yè)以太網(wǎng)，無線通訊。

　　SSI，RS485，profibus-DP，profinet，Ethercat，Canopen，4—20mA，modbusRTU，TCP；

　　機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器的信息容量大，數(shù)據(jù)預(yù)先機(jī)械存在，不易改變，是可靠的大數(shù)據(jù)傳感器。

　　智能制造時(shí)代，機(jī)械式絕對(duì)值多圈編碼器有四大功能：

　　第一，是機(jī)械位置傳感反饋，角度、長度、高度；感知的。

　　第二，是安全保護(hù)，可靠性加持；可靠與冗余的。

　　機(jī)械式的已經(jīng)存在，不受干擾與停電的改變?cè)季幋a及原點(diǎn)。

　　第三，是多軸多傳感器的統(tǒng)一的坐標(biāo)系，同步、協(xié)同聯(lián)動(dòng)的節(jié)拍器；

　　可以幫助實(shí)現(xiàn)多傳感器的協(xié)作融合，智能了。

　　第四，全位置大數(shù)據(jù)長期記錄，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理。時(shí)間維度的大數(shù)據(jù)積累與學(xué)習(xí)，智能了。

　?。ㄩ_關(guān)類別傳感器的數(shù)據(jù)是有限的，沒有連續(xù)位置變量，例如接近開關(guān)、光電開關(guān)，0或者1。

　　而其他的位置傳感器，非接觸類傳感器，增量編碼器，電池或者韋根電子多圈編碼器，都存在零點(diǎn)位置跑飛的可能性。數(shù)據(jù)記錄可能不唯一性而無法識(shí)別判斷。）

　　其中，如果僅僅是上面的第一項(xiàng)和第二項(xiàng)，只是普通的自動(dòng)化閉環(huán)的反饋傳感器。

　　有了第三項(xiàng)和第四項(xiàng)，才是向智能化進(jìn)步了。

　　第三項(xiàng)，符合多傳感器協(xié)作的同步、協(xié)同的高效安全節(jié)奏，這是智能化發(fā)展。

　　第四項(xiàng)，大數(shù)據(jù)的長期記錄，遠(yuǎn)程監(jiān)控，可追溯可遠(yuǎn)程用戶端，這是智能化發(fā)展的方向。

　　機(jī)械存在的機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器，除非是壞了，自檢校驗(yàn)碼無法通過，而不會(huì)是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)?！煽苛?。

　　機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳感器。連續(xù)可記錄的大數(shù)據(jù)?？芍悄芑?/p>

　　這個(gè)傳感器是數(shù)據(jù)采集獲得的源頭，尤其是大量機(jī)械設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)獲得、記錄積累，大數(shù)據(jù)監(jiān)控及分析，失效追溯管理。

　　例如，智能制造車間的生產(chǎn)流水線

　　單個(gè)機(jī)器人談不上智能制造，只是自動(dòng)化的高級(jí)版；單個(gè)PLC、幾個(gè)PLC連起來，也還談不上智能制造，只是現(xiàn)場(chǎng)總線的升級(jí)版。只有整條生產(chǎn)線的各個(gè)自動(dòng)化設(shè)備的節(jié)奏是同步協(xié)作的、高效安全的、可記錄持續(xù)學(xué)習(xí)改進(jìn)的，這就需要智能化。

　　送料、出料、上下工藝的同節(jié)奏的高效，并且運(yùn)作可靠，并且生產(chǎn)數(shù)據(jù)積累可供記錄，出現(xiàn)不良率可追溯學(xué)習(xí)，持續(xù)改進(jìn)提高的制造，可對(duì)終端用戶透明與誠信的，這才是智能制造。

　　每臺(tái)機(jī)器傳感器不是有一個(gè)兩個(gè)，足夠了，要有更多的機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器的加入。

　　要智能化，就不是一個(gè)“就夠了”，要更多的傳感器一起工作，才是智能。

　　要可靠性，就不止一個(gè)“就夠了”，要更多的傳感器相互自檢，大數(shù)據(jù)記錄，遠(yuǎn)程化可追溯，持續(xù)學(xué)習(xí)提高，這才是智能。

　　只有夠智能，能夠給制造用戶帶來更多的利益，用戶值得花錢投入

　　只有夠可靠，能夠讓制造用戶放心大膽地創(chuàng)新實(shí)踐投入，敢于吃螃蟹。

　　例如所有生產(chǎn)都是從原材料進(jìn)來到成品出廠的一個(gè)生產(chǎn)流動(dòng)過程，在這個(gè)過程中存在大量傳動(dòng)設(shè)備，在傳動(dòng)設(shè)備上加上機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器，增加感知大數(shù)據(jù)積累，這就是向智能化邁步：

　　生產(chǎn)流動(dòng)的傳動(dòng)智能化：

　　傳感器的可靠性工程

　　——國際標(biāo)準(zhǔn)化，分級(jí)認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，找參照物對(duì)標(biāo)，國家級(jí)、國際級(jí)權(quán)威認(rèn)證

　　傳感器可靠性認(rèn)證，這是可靠性系統(tǒng)工程——國際標(biāo)準(zhǔn)的，國際組織的，國際認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證。

　　例如上海精浦機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器多項(xiàng)可靠性參數(shù)通過德國TUV萊因?qū)嶒?yàn)室認(rèn)證。

　　可點(diǎn)擊閱讀關(guān)于編碼器可靠性工程文章，《上》和《下》

　　傳感器選型可靠性評(píng)估——熟悉傳感器的原理、使用場(chǎng)景，

　　或者增加傳感器，雙重確認(rèn)原則的可靠性加持。

　　上海精浦機(jī)電的機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器實(shí)踐案例介紹

　　向智能制造的邁進(jìn)：

　　案例，垃圾處理的無人化車間，

　　多傳感器的、遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)監(jiān)控與記錄的，操作者退出垃圾環(huán)境遠(yuǎn)程操作并記錄并遠(yuǎn)端雙重監(jiān)控。

　　這其中用了多個(gè)機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器，分別監(jiān)控大車位置、大車移動(dòng)同步糾偏、小車位置、吊鉤高度、抓斗開度等多傳感器協(xié)作同步，并視頻監(jiān)控移動(dòng)增加監(jiān)控范圍及定位記錄。

　　案例，國產(chǎn)化寶馬汽車生產(chǎn)線，

　　生產(chǎn)線上的多工位同步控制，車輪檢查紀(jì)錄。

　　案例：大型國產(chǎn)化醫(yī)療核磁共振設(shè)備

　　雙重確認(rèn)原則，在高速端和低速端裝有兩個(gè)編碼器，尤其是低速端是機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器，相互比較自檢。安全可靠性得到了保證，使得這樣的國產(chǎn)化新產(chǎn)品，能夠讓醫(yī)院用戶敢于大膽使用了。

　　安全可靠性加持，讓國產(chǎn)化創(chuàng)新產(chǎn)品加上了可靠性，讓醫(yī)院放心使用。

　　案例：塔式太陽能多反射板聚焦，

　　多反射板的轉(zhuǎn)角傳感器、仰角傳感器的自動(dòng)化跟蹤與智能合成聚焦。

　　這同樣適用于工廠制造回轉(zhuǎn)裝置，轉(zhuǎn)臺(tái)，多工位轉(zhuǎn)臺(tái)。

　　案例，南海挖泥船等大型裝備，

　　大型機(jī)械的多動(dòng)力協(xié)作同步，多傳感器感知協(xié)作。

　　大型機(jī)械的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，很可能是多個(gè)共同動(dòng)力推動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的，這就需要多個(gè)動(dòng)力的協(xié)作合拍，同步性，并且還需要有可靠性安全性，這就有可能需要多個(gè)傳感器的感知同步。

　　案例：國慶慶典展示

　　某機(jī)動(dòng)移動(dòng)裝備一邊在移動(dòng)，一邊還要跟蹤某一個(gè)設(shè)定的目標(biāo)位置，這就需要北斗導(dǎo)航與轉(zhuǎn)角、仰角傳感器的智能化融合計(jì)算。轉(zhuǎn)角仰角安裝的絕對(duì)值編碼器。

　　轉(zhuǎn)角、仰角自動(dòng)跟蹤。

　　對(duì)于中國林業(yè)局的大型運(yùn)輸裝備，一邊要具有大件快遞能力，又要機(jī)動(dòng)靈活，能跑各種路況，就需要16個(gè)車輪的轉(zhuǎn)角智能化轉(zhuǎn)向，以車輛重心為圓心的同步轉(zhuǎn)角，能原地打轉(zhuǎn)掉頭的機(jī)動(dòng)化大型裝備。而對(duì)于大件的擺放與豎起，又需要多個(gè)傳感器的控制平衡與安全性保證，這都是智能化的邁步。

　　案例，大型工廠基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)保改造智能化：

　　北方地區(qū)的環(huán)保是大課題，大型工廠的環(huán)保改造勢(shì)在必行：焚燒類別的無人化封閉管理，自動(dòng)清爐灰。

　　化工廠惡劣環(huán)境下的無人化，安全起見做操作者必須退出不安全環(huán)境，化工電石爐；

　　露天作業(yè)的加頂，少人化管理，遠(yuǎn)程記錄可追溯；

　　廢水廢氣處理（水閘泵站閥門開度的傳感遠(yuǎn)程第三方監(jiān)控）。

　　智能制造，傳感器國產(chǎn)化和整體提高可靠性的意義：

　　關(guān)于數(shù)字化工廠和智能制造我個(gè)人的意見。

　　智能制造不同于自動(dòng)化，并不是自動(dòng)化控制器聯(lián)網(wǎng)了就是智能制造了；并不是購買幾臺(tái)機(jī)器人就是智能制造了，而是要有創(chuàng)新的智能化功能，能夠給制造廠家?guī)砜吹靡姷睦?。這先要解決有數(shù)據(jù)感知獲得源頭，先要有多多益善的傳感器，高可靠性的傳感器，或者傳感器設(shè)計(jì)方案。做數(shù)字化方案設(shè)計(jì)者需要熟悉傳感器及應(yīng)用。各種新的傳感器，會(huì)帶來不同的數(shù)據(jù)要求和不同的智能化功能的派生。

　　因?yàn)椋慷喑鲆环N顛覆類新傳感器，就有可能有新的智能化功能的創(chuàng)新，原有的數(shù)字化方案就要推翻重建。

　　不能削足適履。

　　傳感器數(shù)據(jù)是“你的腳”，去哪兒，去做什么事。而各種協(xié)議數(shù)字化方案是“鞋子”、工具。它適不適合數(shù)據(jù)的要求，使用者的要求？是高了低了？

　　不能腳多大去做什么都還不知道呢，就說鞋子我們幫你買好了，是最好的登山鞋。這鞋子合不合腳？我要去干嗎？你知道嗎？

　　所以，國內(nèi)的智能制造數(shù)字化工廠的落地推廣，首先是傳感器要熱起來，多多益善，并符合低成本高可靠性的要求。其次是要提高傳感器的可靠性，以及傳感器選型設(shè)計(jì)方案的可靠性。

　　而普及推廣智能制造，落地，這需要對(duì)于制造廠家的低成本普惠性。個(gè)別高端工廠實(shí)現(xiàn)僅僅是示范案例，談不上智能制造產(chǎn)業(yè)化。

　　低成本，我們會(huì)想到了國產(chǎn)化的。高可靠性，我們又會(huì)想到了用進(jìn)口的，這成了矛盾。

　　核心元器件要掌握在中國自主手里。

　　智能制造，國產(chǎn)化傳感器是核心基礎(chǔ)元器件，要掌握在自己手中，要多多益善，更要有高可靠性。

　　如果大量還在用進(jìn)口傳感器壟斷，我們一是缺少了自主設(shè)計(jì)能力，智能制造的生態(tài)圈完全被外資品牌控制，被牽著鼻子走；二是成本高，因?yàn)槎鄦幔@樣就難以實(shí)現(xiàn)低成本、普惠性推廣。

　　好比一個(gè)好廚師，就先要有好食材，有多多益善的食材，才能做出好吃的菜品，才會(huì)有創(chuàng)意做出新菜品。

　　那么在智能制造來臨，國產(chǎn)化傳感器的大量崛起，降低的使用成本，增加了我們自主選型自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。

　　關(guān)鍵同時(shí)要狠抓國產(chǎn)傳感器的可靠性，或者傳感器方案，讓創(chuàng)新產(chǎn)品用戶可以大膽的使用。

　　例如，可以加裝機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器，上海精浦具有德國TUV萊因?qū)嶒?yàn)室可靠性認(rèn)證的國產(chǎn)編碼器。