制造業(yè)已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)生產(chǎn)中笨重的齒輪和杠桿的束縛。今天，我們正處于一個(gè)制造系統(tǒng)是機(jī)械工程和數(shù)據(jù)科學(xué)的復(fù)雜融合的時(shí)代。
傳感器是這一復(fù)雜裝置中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過提供機(jī)器性能的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，充當(dāng)現(xiàn)代制造單位的眼睛和耳朵。讓我們深入探討為什么傳感器在當(dāng)今的制造領(lǐng)域不僅有益而且必不可少。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的重要性
對(duì)于工業(yè) 4.0，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)已成為卓越運(yùn)營(yíng)的貨幣。互聯(lián)工作人員平臺(tái)通過將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成到集中式系統(tǒng)中來放大實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的價(jià)值。從機(jī)器操作員到高層管理人員，各種利益相關(guān)者都可以訪問數(shù)據(jù)并根據(jù)數(shù)據(jù)采取行動(dòng)。
這不再只是收集數(shù)據(jù)——而是實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)并使其立即可操作。
這代表了一種范式轉(zhuǎn)變，以前的數(shù)據(jù)是你一周都囤積的東西，只是為了在周一早上的會(huì)議上分析它以供未來決策。現(xiàn)在，您可以利用連接的工作人員平臺(tái)啟用的即時(shí)反饋循環(huán)，允許現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的重要性遍及制造的各個(gè)方面，從質(zhì)量控制和設(shè)備監(jiān)控到復(fù)雜任務(wù)的執(zhí)行。這些任務(wù)通常需要一定程度的精確度和時(shí)間安排，只有即時(shí)的、可操作的數(shù)據(jù)才能提供。
圖 1.狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器示例。圖片由巴魯夫提供
原因一：監(jiān)控設(shè)備
監(jiān)控設(shè)備不再是例行檢查和被動(dòng)維護(hù)的問題。有了傳感器，我們就進(jìn)入了預(yù)測(cè)性甚至規(guī)范性維護(hù)的領(lǐng)域。振動(dòng)傳感器、溫度監(jiān)視器和聲學(xué)傳感器可以預(yù)測(cè)機(jī)械磨損，使您能夠在發(fā)生災(zāi)難性故障之前安排維護(hù)。
這些傳感器的工作原理是連續(xù)監(jiān)測(cè)振動(dòng)頻率、溫度變化和聲學(xué)模式等各種參數(shù)。然后，這些數(shù)據(jù)被輸入到機(jī)器學(xué)習(xí)算法中，該算法可以預(yù)測(cè)機(jī)器部件何時(shí)可能發(fā)生故障。實(shí)時(shí)監(jiān)控不僅可以防止停機(jī)，還可以優(yōu)化機(jī)器性能并延長(zhǎng)資產(chǎn)壽命。
考慮一下金屬制造單元中 CNC 機(jī)床的示例。通過結(jié)合使用溫度和振動(dòng)傳感器，該裝置可以提前兩周預(yù)測(cè)主軸故障，從而將計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間減少 60%。
如果您仍然依賴基于日歷的維護(hù)，那么是時(shí)候升級(jí)了。從關(guān)鍵資產(chǎn)開始，逐步擴(kuò)展基于傳感器的監(jiān)控系統(tǒng)。確保將其與您的制造執(zhí)行系統(tǒng) ??(MES) 集成，以實(shí)現(xiàn)無縫數(shù)據(jù)流和分析。
原因二：質(zhì)量控制
質(zhì)量控制已從后期生產(chǎn)活動(dòng)發(fā)展成為制造過程的一個(gè)組成部分。借助視覺系統(tǒng)、激光掃描儀和光譜儀等實(shí)時(shí)傳感器，您可以實(shí)現(xiàn)近乎完美的檢測(cè)率。
這些傳感器可以識(shí)別從尺寸不準(zhǔn)確到材料不一致等缺陷。例如，視覺系統(tǒng)使用高分辨率相機(jī)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法來識(shí)別最微小的缺陷。
例如，在半導(dǎo)體制造單位中，激光掃描傳感器的實(shí)施將缺陷率降低了 40%。這不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，還顯著減少了浪費(fèi)。
將實(shí)時(shí)質(zhì)量控制傳感器集成到您的生產(chǎn)線中，但請(qǐng)記住 - 傳感器的好壞取決于其背后的算法。投資優(yōu)質(zhì)軟件和定期校準(zhǔn)。
圖 2.機(jī)器人手臂上的力-扭矩傳感器示例。圖片由Robotiq提供
原因 3：促進(jìn)復(fù)雜任務(wù)的完成
復(fù)雜的制造任務(wù)，例如多軸加工或增材制造，需要達(dá)到人力無法達(dá)到的精度水平。傳感器提供用于實(shí)時(shí)調(diào)整的反饋回路，使這些任務(wù)可行且高效。
例如，機(jī)械臂中的力-扭矩傳感器可確保機(jī)械臂在組裝過程中施加適當(dāng)?shù)膲毫Α?/font>同樣，3D 打印機(jī)中的光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)調(diào)整激光焦點(diǎn)，確保高分辨率輸出。
力扭矩傳感器使航空航天制造單位的機(jī)械臂能夠以 0.01 毫米的精度組裝渦輪葉片，這是人類操作員無法實(shí)現(xiàn)的。
在實(shí)施復(fù)雜任務(wù)的傳感器時(shí)，精度是關(guān)鍵。選擇高分辨率傳感器并確保它們與您現(xiàn)有的系統(tǒng)兼容。此外，還要投資培訓(xùn)您的團(tuán)隊(duì)來解釋傳感器數(shù)據(jù)并采取行動(dòng)。
原因四：安全措施
制造中的安全已經(jīng)從被動(dòng)演變?yōu)?/font>主動(dòng)，這在很多方面都?xì)w功于傳感器。被動(dòng)安全措施要求制造商在事件發(fā)生后做出響應(yīng)，而主動(dòng)安全措施旨在通過預(yù)測(cè)分析和監(jiān)控首先防止事件發(fā)生。
氣體傳感器、紅外攝像機(jī)，甚至工人的可穿戴傳感器正在使工作場(chǎng)所比以往任何時(shí)候都更安全。這些傳感器持續(xù)監(jiān)控環(huán)境條件和機(jī)器操作。例如，氣體傳感器可以檢測(cè)危險(xiǎn)泄漏，紅外攝像機(jī)可以識(shí)別電氣系統(tǒng)中的熱點(diǎn)。
氣體傳感器的實(shí)施使化工廠的危險(xiǎn)事故減少了 70% ，因?yàn)樗鼈兛梢栽跉怏w泄漏達(dá)到臨界水平之前檢測(cè)到泄漏。
安全傳感器在任何制造設(shè)置中都應(yīng)該是不可協(xié)商的。根據(jù)您運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)狀況對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，并確保將它們集成到您的應(yīng)急響應(yīng)協(xié)議中。
原因 5：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的見解
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的洞察力是現(xiàn)代制造業(yè)的頂峰。支持物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的傳感器使這些數(shù)據(jù)立即可操作，從而更進(jìn)一步。
這些傳感器將數(shù)據(jù)輸入可以做出實(shí)時(shí)決策的分析平臺(tái)。例如，組織可以根據(jù)實(shí)時(shí)機(jī)器性能數(shù)據(jù)優(yōu)化能源消耗模式。
食品加工單位使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器來監(jiān)控其存儲(chǔ)單位的溫度和濕度。他們利用這些數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整 HVAC 設(shè)置，將能源成本降低 20%。
如果您尚未在制造運(yùn)營(yíng)中利用物聯(lián)網(wǎng)的力量，請(qǐng)立即開始。但請(qǐng)記住，數(shù)據(jù)安全至關(guān)重要：確保您的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全，以防止任何潛在的漏洞。
挑戰(zhàn)與解決方案
在制造環(huán)境中實(shí)施傳感器并非沒有挑戰(zhàn)。從數(shù)據(jù)安全到傳感器校準(zhǔn)，有幾個(gè)障礙需要克服：
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傳感器漂移：隨著時(shí)間的推移，傳感器可能會(huì)失去準(zhǔn)確性。定期校準(zhǔn)應(yīng)該成為維護(hù)計(jì)劃的一部分。
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數(shù)據(jù)安全：傳感器受損可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)操作癱瘓。投資多層網(wǎng)絡(luò)安全措施，包括數(shù)據(jù)加密和安全訪問控制。
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集成問題：來自不同制造商的傳感器通常存在兼容性問題。選擇符合 OPC-UA 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的傳感器，以確保無縫集成。
盡管存在挑戰(zhàn)，但它們遠(yuǎn)非不可克服。正確的規(guī)劃和遵循最佳實(shí)踐將使您能夠充分利用傳感器技術(shù)的潛力。
傳感器技術(shù)的未來
當(dāng)我們站在新技術(shù)時(shí)代的門檻時(shí)，量子傳感器和邊緣計(jì)算成為了熱門話題。它們是傳感器技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)合乎邏輯的步驟。
例如，量子傳感器提供了前所未有的靈敏度和準(zhǔn)確性，為我們夢(mèng)想的應(yīng)用打開了大門。邊緣計(jì)算可以在數(shù)據(jù)生成的地方進(jìn)行更快的處理，從而減少延遲并增強(qiáng)實(shí)時(shí)功能。
然而，最終的目標(biāo)仍然是一樣的：獲得可立即應(yīng)用的可操作的見解，以提高運(yùn)營(yíng)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這些新技術(shù)應(yīng)該用于增強(qiáng)我們現(xiàn)有的系統(tǒng)，使它們更加強(qiáng)大和響應(yīng)能力更強(qiáng)，而不是僅僅作為目的。
傳感器已經(jīng)從單純的數(shù)據(jù)收集器發(fā)展成為現(xiàn)代制造業(yè)的基石。他們是工廠車間的眼睛和耳朵，不斷為數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。
如果您尚未將先進(jìn)的傳感器技術(shù)集成到您的制造流程中，那么您就在積極倒退。未來是傳感器驅(qū)動(dòng)的，是時(shí)候加入進(jìn)來了，否則就有在競(jìng)爭(zhēng)中落后的風(fēng)險(xiǎn)。