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以先進智慧傳動 實現工業4.0願景
智慧感測是一切基礎

【作者: 王岫晨】   2021年10月28日 星期四

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第四次工業革命已持續了數年,其發展趨勢絲毫不減。


感測技術讓生產流程更為透明,而智慧感測是所有應用的基礎。


透過先進智慧傳動,是實現今天智慧工廠產線的重要關鍵。



智慧傳動元件通常包含了智慧感測器、傳動元件等不同元素,在這當中,最重要的當然是把守第一關訊號擷取的智慧感測器。要談到智慧傳動元件時,或許可以先從智慧感測器談起。智慧感測器是一種從物理環境中擷取輸入訊號,並使用內建的運算資源,在檢測到特定輸入時,執行預先定義功能的設備,並且在傳遞數據之前先行處理數據。


智慧感測器

智慧感測元件可以更準確、更自動化地收集環境數據,並在準確記錄的資訊中減少錯誤的雜訊產生。這些設備使用於各種環境中的監測和控制機制,包括工業4.0、智慧電網、環境偵察、探索和許多科學應用等。


智慧感測元件也是物聯網(IoT)中至關重要且不可或缺的元素,在這種日益普遍的環境中,幾乎可以想像到的任何事物都可以配備特殊標示,並能夠透過物聯網或類似的網路來傳輸數據。智慧感測元件的一種實現方式,是作為無線感測器和執行器網路(WSAN)的組件,其節點數量可達到數千個,每個節點都與一個或多個其他感測器和感測器集線器,以及單獨的執行器連接。


在這其中的運算資源通常由低功耗行動微處理器所提供。一般來說,智慧感測器都是由感測器、微處理器和通信技術所組成。運算資源必須是整體設計的一個組成部分,如果僅只用來發送其數據以進行遠端處理的感測器,並不被視為智慧感測器。這也說明了一件很重要的事:智慧感測器必須具備一定程度的邊緣運算能力。


智慧感測器將基礎感測器與運算資源整合起來,進而能夠處理感測器的輸入訊號。基礎感測器是提供感測能力的元件。它可能用於感應熱量、光線或壓力。通常基礎感測器會產生類比訊號,在使用之前必須對其進行處理。這就是智慧感測器的整合運算技術發揮作用的地方。透過微處理器濾除訊號雜訊並將感測器訊號轉換為可用的數位格式。智慧感測器還包含整合的通訊功能,使它們能夠連接到專用網路或物聯網上。這使得其與外部設備的通訊成為可能。



圖1 : 感測技術讓生產流程更為透明,而智慧感測是所有應用的基礎。
圖1 : 感測技術讓生產流程更為透明,而智慧感測是所有應用的基礎。

智慧感測器有無數的使用方式,對於工業環境尤其重要,這正是工業4.0背後的驅動力。智慧感測器只要整合傳動裝置,就能進行智慧傳動的工業應用。在工廠中,通常使用智慧溫度感測器來確保機器不會過熱,並使用振動感測器來確保機器不會有振動過大的風險。智慧感測器還支援流程控制,用於監控生產流程,例如製造物品,並進行可能需要的任何調整,以滿足高品質的生產目標。在過去,這些都是必須透過手動的方式來進行,但現在只要透過智慧傳動裝置,就可以進行自動化的生產流程管控。


智慧感測器在現代化的安全系統中也發揮著關鍵作用。例如熱成像感測器可用於檢測入侵者的體溫。同樣的,智慧鎖、運動感測器以及門窗感測器等設備通常連接到公共網路。這使得安全感測器能夠協同運作,以全面監控當前的安全狀態。


工業感測應用

工業環境中常見使用的智慧感測器主要有五種類型。儘管現今使用的專用感測器類型很多,但它們通常都是下列五種感測器的其中一種。


●液位感測器:液位感測器用於測量容器中佔據的空間體積。車輛的燃油表可能連接到監控油箱中,監控燃油液位的液位感測器。


●溫度感測器:溫度感測器是一種可以監控工廠環境溫度的感測器,以便在必要時採取防護措施。例如,在工業環境中,溫度感測器可用於確保機器不會過熱。


●壓力感測器:壓力感測器通常用於監測管道中氣體或流體的壓力。壓力突然下降可能表示存在洩漏或流量控制問題。


●紅外感測器:紅外感測器,可以用於熱成像相機或非接觸式紅外溫度計,或者用於溫度監測。另一些紅外感測器還包括光學感測器,其頻率使其能夠看到紅外光譜中的光。這些類型的感測器可用於醫療設備,例如脈搏血氧儀設備,以及設計用於遙控操作的電子設備等。


●接近感測器:接近感測器用於檢測人或物體相對於感測器的位置。在工業環境中,接近感測器可以跟?整個產線中的人員活動。


實現智慧工廠


圖2 : 今日智慧工廠將操作性生產層面與IT層面相結合,因此帶來了新的數位化挑戰。
圖2 : 今日智慧工廠將操作性生產層面與IT層面相結合,因此帶來了新的數位化挑戰。

近年來,開始有人提出了完全聯網工廠的概念。在今天,第四次工業革命已持續了數年,其發展趨勢絲毫不減。幾乎隨時都會增加新的內容,例如人工智慧、深度學習、數位雙生等,這些在智慧型感測器中都有相應的應用,而工業環境也憑藉這些技術推動新的變革,並不斷突破原有的極限。


工業中的變革無所不在。在不久之前,我們還以為工業變革的內容主要是透過生產的智慧聯網,而今天則遠不止於此。今日的智慧工廠將操作性生產層面與IT層面相結合,因此帶來了新的數位化挑戰。


第四次工業革命很早就已透過機器的數位化與工業物聯,改變了一切生產流程與方式。新技術讓生產與物流中的真實與虛擬世界融合,這種發展被稱為工業4.0。機器可自主相互通訊,並進一步優化流程。工業4.0明確地說,就是代表著工業領域中的網路化。


結語

感測技術讓工業4.0中的生產流程更為透明,而其中,智慧感測器是所有下游應用的基礎。簡而言之:沒有智慧感測技術,就沒有工業4.0。與傳統的未網路化感測器相比,工業4.0感測器提供的不僅僅是量測資料,還包括整合的分散式運算能力和靈活的可程式設計。智慧感測與控制共通應用技術包含感測器、軟體、驅動控制組件系統等不同層面。並且透過傳動器的整合,進一步成為了更先進的智慧傳動系統,這也成為了實現今天智慧工廠產線的重要元素。


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