传感器是工业4.0与中国制造2025的核心技术.PDF

传感器是“工业4.0”和“中国制造2025”的核心技术 中国运载火箭技术研究院第702 研究所 刘九卿 【摘 要】本文从“工业 4.0”、“中国制造 2025”新工业革命是以制造业智能化、网络 化、柔性化、绿色化、服务化为核心，将使要素配置方式、生产方式、组织模式等发生革 命性转变这一特征出发，阐述了传感器是“工业4.0”、“中国制造2025”的核心技术及其对 传感器的新要求；分析了为适应新要求传感器应从传统型向全新型转型发展，并开发新 结构、新敏感机理的新型传感器；简要的介绍了无线传感器、无线传感器网络及其应用 实例。 【关键词】传感器；“工业4.0”；“中国制造2025” ；新工业革命；信息物理互联系统； 智能制造 一、概述 “工业1.0”和“工业 2.0”前两次工业革命造就了机械和电气技术，分别创造了 机械化工厂和人工流水线生产系统，均对传感技术和传感器没有需求。20 世纪70 年代 开始的第三次工业革命即“工业3.0”造就了信息技术，将计算机、可编程控制技术等 应用于工厂产品的批量生产，出现了自动化流水线生产系统。对于机械类工作，计算机 越来越多的代替人类，是生产力上的又一重大转折点。自动化流水线的制程管理、计算 机代替人工作等都需要采集大量信息，而信息采集的源头就是传感器，“工业3.0 “及信 息技术对传感器有较大需求。正因为如此，20 世纪80 年代世界工业发达国家都极其重 视传感器的研究、开发和应用，并把它定为国家优先考虑的重大科技项目。美国 22 个 国家重大发展项目中涉及传感器的就有三个项目，并将 “传感器及信号处理”列为对国 家安全和经济发展有重要影响的关键技术；西欧各国把传感器技术作为优先发展的重点 技术；日本把传感器列为六大核心技术之一。美、日等国社会劳动力总数的一半以上， 从事信息工作，美国直接在传感器领域工作的人员已占科技人员总人数的25%。传感器 的需求量不断增加，至使 80 年代世界各国几乎同时掀起了一股 “传感器热”的风潮， 这是“工业3.0”和信息技术强力牵引的结果。这股传感器热浪也吹到正在改革开放的 1 中国，我国在多个五年计划中，都把发展传感器技术列为一级学科项目，并在各重点科 技攻关项目中，把传感器研究、开发放在十分重要的位置。目前，我国研制生产的敏感 元件及传感器共 10 大类，24 小类，6000 多个品种。共有1688 个厂商，但综合实力较 强的骨干企业较少。 2011 年德国在汉诺威工业展览会上提出的 “工业4.0”概念，更多地是针对制造业 领域的CPS（信息物理互联系统），核心是增加更多传感器以更好地了解设备的工作状态， 同时也制造出大量数据，通过大数据和云计算等信息基础设施，把信息从终端市场传递 回制造业。“工业4.0”的实质是将软件、传感器和通信系统集成于信息物理互联系统， 通过虚拟与现实世界的交汇，为人们构思、优化、测试和设计产品提供一种更巧妙的途 径。由此不难看出， “工业4.0”不仅需要传感器采集信息和新的数据储存技术，更需 要通过算法产生分析能力，从而更好地进行产品设计与制造、资产与产业链管理。 在这一轮 “工业 4.0”新工业革命来临之时，我国不失时机的提出了 “中国制造 2025”战略，将给我国制造业注入强大的发展动力，也给传感器行业带来无限发展商机。 《中国制造2025》的精髓是工业化与信息化融合，加快推进我国制造业由大变强，提升 我国制造业的国际竞争力。“中国制造2025”的核心驱动力是抓智能制造，它是解决中 国制造业由大国变强国的根本路径。“中国制造2025”是升级版的中国制造，体现：四 大转变、一条主线和八大对策。 四大转变：由要素驱动向创新驱动转变；由低成本竞争优势向质量效益竞争优势转 变；由资源消耗大、污染物排放多的粗放制造向绿色制造转变；由生产型制造向服务型 制造转变。 一条主线：以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化、网络化、智能化制造为 主线。 八大对策：推行数字化、网络化、智能化制造；提升产品设计能力；完善制造业技 术创新体系；强化制造基础；提升产品质量；推行绿色制造；培养具有全球竞争力的企 业群体和优势产业；发展现代制造服务业。 顺应 “互联网+”的发展趋势，以信息化与工业化深度融合为主线，国家重点发展 的十大领域为传感器转型发展与扩大应用指明了方向，这十大领域是：新一代信息技术； 高档数控机床和机器人；航空航天装备；海洋工程装备及高技术船舶；先