智能制造中传感器及其可靠性的重要作用。机械多圈绝对值编码器的四个功能

智能制造与过去的     自动化   比，进步在哪里？智能制造、数字化工厂不该被轻视的传感器的重要性；机械多圈绝对值编码器是在智能制造时代非常重要的传感器。大力发展并使用国产化传感器，以及提高国产化传感器的可靠性，是智能制造落地的关键路径。

智能制造与原有的自动化闭环的进步在哪里?

首先我们讨论一下“智能”是什么意思?

先看一下大家熟悉的最新最热的智能手机，理解一下“智能”。

华为最新的mate30和苹果iPhone11

两款新手机，都突出了前摄、后攝三个感光镜头传感器，所带来的智能化拍照功能。

尤其是大量宣传的是后摄的三个摄影镜头。图像传感器的智能化合成技术。

这三个镜头同时在拍同一张图片，三个摄影传感器不同的远近焦距、不同的色温、不同的细节关注点，拍摄得到的三个图片通过智能的合成处理成一张图片，以达到单反相机的拍摄效果，甚至某些地方还优于单反相机效果。

这就是增加了多个图像传感器后，智能手机所创造的“智能”化。

除了摄影传感器，这两部智能手机还有其它多个传感器：

3D人脸识别传感器，指纹识别传感器，声音识别传感器——多重的智能识别，手机个性化；

六轴陀螺仪，加速度传感器，（智能运动）；

三轴电子罗盘，GPS，北斗导航，双导航传感系统，提高导航精度与准确性；

气压传感器，温度传感器，环境智能化识别；

色温传感器，激光对焦传感器，拍照智能化。等等。

多个传感器协同融合在一起工作的——这是智能化。

多传感器数据可记录的，可供追溯，可供分析，并且是交互式的可供持续学习的——这是智能化。

智能手机——如果一部手机里面没有十个八个的传感器，并且有智能化融合技术，它都不敢叫智能手机了。

例如智能运动，不仅可以知道今天走了多少步，还可以有走路的轨迹，还可以判断登高了多少，还可以将日常的运动量与消耗的热量记录下来，这个卡路里消耗计算是不一样的，这就需要GPS导航传感器、六轴陀螺仪（重力加速度计算）、气压计、电子罗盘的多重智能组合计算。通过这些计算，促动手机的拥有者加强智能运动健康。

智能化的特征：

——多传感器可协同融合，共同工作做一件事的，这是智能化;

——感知数据可积累、可分析，可供持续学习、改进提高的，这是智能化。感知的数据多多益善，这是智能化的基础条件。

有了更多的感知与积累数据，才有了智能功能的创新，给使用者带来看得到的、有实在利益的创新智能功能，让使用者愿意多花钱去购买这项“智能”产品所带来的功能。

除了智能手机，我们再来看一个最新的汽车。

美国通用汽车，红色部分是传感器以及它们感知的汽车部件。

    传感器   的密集协作。

我们小结一下“智能”究竟是什么？

智能制造、数字化工厂的数据感知采集传感器，多多益善，这是大数据的基础源头。

数据采集，必须增加更多的传感器，多维度感知，才够“智能”化实现条件。

可靠性突出了

另一方面，传感器多了，无人化的智能了，那更多的传感器在应用后，多器件积累的可靠性问题就突出了。

数据输出，必须有可靠性保证，才能放心大胆创新。

例如，波音飞机在五个月内的两次失事分析，飞机仰角传感器错误，零点位置跑飞了，引起自动控制操作系统的混乱失控。

事故分析指出，需要加装更多的传感器，通过多个传感器的比较分析，如果有不同数据发生，供飞行员手动选择。

伟大的波音公司这次碰到了大麻烦。

波音公司事故失效分析对自动化、智能制造带来的思考：

*传感器器件的可靠性很重要；

*传感器的选型方案的可靠性评估很重要。

*这需要智能制造自动化系统设计者对于传感器的原理、应用、品质可靠性熟悉，在选型时能够预先准确评估。

*提高可靠性的另外一个思路，是设计传感器的冗余方案，通过双重确认原则，有更高的可靠性。

通过增加不同部位不同类型的多传感器，可以提高可靠性判断，提高创新设计产品的可靠性，可以提升智能制造用户使用者的信心。

工业制造的智能化，传感器成了关键的基础元器件

工业制造中有大量的机械装备，从小型设备的到大型的流水线、车间，固定的移动的，存在大量的机械运动，智能制造就首先需要感知这些机械运动，需要加入大量的传感器。

智能制造工厂内，大量的机械运动自动化智能化，代替人的劳动，机械运动的传感器，就会用到了编码器，一种角度与长度高度的传感器。

从智能制造目前情况来看，最重要的有两个传感器：一个是图像传感器。现在的智能化图像处理技术突飞猛进。

但是图像传感器还有几个瓶颈，对焦，视角，背景光的明暗，遮挡物包括灰尘水汽。

另一个就是机械运动的传感器——编码器。

机械多圈绝对值编码器具有高可靠性。

内部是多传感器融合的，包括单圈360度的感知，与多圈传感器圈数的感知的融合

编码器有增量编码器，绝对值单圈编码器，也有绝对值多圈编码器。

其中也有依赖电池记忆的电池多圈编码器，依赖于韦根发电微能量存储代替电池的“韦根电子多圈编码器”。

但是，到了智能制造时代，要求传感器多了，而且每个传感器需要有智能化关联的，这就对可靠性有了最高的要求，不允许有传感器零点位置跑飞了，而无法判断，尤其是几十个几百个传感器在同时工作时，如何去判断传感器是否输出准确，并且归零位？

机械多圈绝对值编码器，由于是机械式的编码预先存在，不受干扰、停电而改变、擦除信息，所以具有高可靠性。

内部是多传感器的，不仅每圈有传感器，而且圈数上也有绝对值的传感器，而且相互比较自检查。

机械多圈绝对值编码器的可靠性原则，所有输出的编码是唯一性的，机械位置预先存在的，是宁可机械或者电子部分损坏了、不输出数据了，也不允许提供错误的零点位置跑飞的数据，而可能误导后面的控制部分，这就叫“绝对值编码”。

这符合我们前面讲的，在智能化要求下，传感器多多益善，传感器相互自检必须增加可靠性。

精浦的机械多圈绝对值编码器数据输出：

具有各种信号输出形式，可以兼容欧系日系所有的PLC的接口：

数字量信号，模拟量信号，现场总线，工业以太网，无线通讯。

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

机械多圈绝对值编码器的信息容量大，数据预先机械存在，不易改变，是可靠的大数据传感器。

智能制造时代，机械式绝对值多圈编码器有四大功能：

第一，是机械位置传感反馈，角度、长度、高度；感知的。

第二，是安全保护，可靠性加持；可靠与冗余的。

机械式的已经存在，不受干扰与停电的改变原始编码及原点。

第三，是多轴多传感器的统一的坐标系，同步、协同联动的节拍器；

可以帮助实现多传感器的协作融合，智能了。

第四，全位置大数据长期记录，远程数据管理。时间维度的大数据积累与学习，智能了。

（开关类别传感器的数据是有限的，没有连续位置变量，例如接近开关、光电开关，0或者1。

而其他的位置传感器，非接触类传感器，增量编码器，电池或者韦根电子多圈编码器，都存在零点位置跑飞的可能性。数据记录可能不唯一性而无法识别判断。）

其中，如果仅仅是上面的第一项和第二项，只是普通的自动化闭环的反馈传感器。

有了第三项和第四项，才是向智能化进步了。

第三项，符合多传感器协作的同步、协同的高效安全节奏，这是智能化发展。

第四项，大数据的长期记录，远程监控，可追溯可远程用户端，这是智能化发展的方向。

机械存在的机械多圈绝对值编码器，除非是坏了，自检校验码无法通过，而不会是错误的数据。——可靠了。

机械运动传感器。连续可记录的大数据。可智能化。

这个传感器是数据采集获得的源头，尤其是大量机械设备的机械运动的数据获得、记录积累，大数据监控及分析，失效追溯管理。

例如，智能制造车间的生产流水线

单个机器人谈不上智能制造，只是自动化的高级版；单个PLC、几个PLC连起来，也还谈不上智能制造，只是现场总线的升级版。只有整条生产线的各个自动化设备的节奏是同步协作的、高效安全的、可记录持续学习改进的，这就需要智能化。

送料、出料、上下工艺的同节奏的高效，并且运作可靠，并且生产数据积累可供记录，出现不良率可追溯学习，持续改进提高的制造，可对终端用户透明与诚信的，这才是智能制造。

每台机器传感器不是有一个两个，足够了，要有更多的机械多圈绝对值编码器的加入。

要智能化，就不是一个“就够了”，要更多的传感器一起工作，才是智能。

要可靠性，就不止一个“就够了”，要更多的传感器相互自检，大数据记录，远程化可追溯，持续学习提高，这才是智能。

只有够智能，能够给制造用户带来更多的利益，用户值得花钱投入

只有够可靠，能够让制造用户放心大胆地创新实践投入，敢于吃螃蟹。

例如所有生产都是从原材料进来到成品出厂的一个生产流动过程，在这个过程中存在大量传动设备，在传动设备上加上机械多圈绝对值编码器，增加感知大数据积累，这就是向智能化迈步：

生产流动的传动智能化：

传感器的可靠性工程

——国际标准化，分级认标准，找参照物对标，国家级、国际级权威认证

传感器可靠性认证，这是可靠性系统工程——国际标准的，国际组织的，国际认可的实验室的认证。

例如上海精浦机械多圈绝对值编码器多项可靠性参数通过德国TUV莱因实验室认证。

可点击阅读关于编码器可靠性工程文章，《上》和《下》

传感器选型可靠性评估——熟悉传感器的原理、使用场景，

或者增加传感器，双重确认原则的可靠性加持。

上海精浦机电的机械多圈绝对值编码器实践案例介绍

向智能制造的迈进：

案例，垃圾处理的无人化车间，

多传感器的、远程的数据监控与记录的，操作者退出垃圾环境远程操作并记录并远端双重监控。

这其中用了多个机械多圈绝对值编码器，分别监控大车位置、大车移动同步纠偏、小车位置、吊钩高度、抓斗开度等多传感器协作同步，并视频监控移动增加监控范围及定位记录。

案例，国产化宝马汽车生产线，

生产线上的多工位同步控制，车轮检查纪录。

案例：大型国产化医疗核磁共振设备

双重确认原则，在高速端和低速端装有两个编码器，尤其是低速端是机械多圈绝对值编码器，相互比较自检。安全可靠性得到了保证，使得这样的国产化新产品，能够让医院用户敢于大胆使用了。

安全可靠性加持，让国产化创新产品加上了可靠性，让医院放心使用。

案例：塔式太阳能多反射板聚焦，

多反射板的转角传感器、仰角传感器的自动化跟踪与智能合成聚焦。

这同样适用于工厂制造回转装置，转台，多工位转台。

案例，南海挖泥船等大型装备，

大型机械的多动力协作同步，多传感器感知协作。

大型机械的机械运动，很可能是多个共同动力推动而运动的，这就需要多个动力的协作合拍，同步性，并且还需要有可靠性安全性，这就有可能需要多个传感器的感知同步。

案例：国庆庆典展示

某机动移动装备一边在移动，一边还要跟踪某一个设定的目标位置，这就需要北斗导航与转角、仰角传感器的智能化融合计算。转角仰角安装的绝对值编码器。

转角、仰角自动跟踪。

对于中国林业局的大型运输装备，一边要具有大件快递能力，又要机动灵活，能跑各种路况，就需要16个车轮的转角智能化转向，以车辆重心为圆心的同步转角，能原地打转掉头的机动化大型装备。而对于大件的摆放与竖起，又需要多个传感器的控制平衡与安全性保证，这都是智能化的迈步。

案例，大型工厂基础设施的环保改造智能化：

北方地区的环保是大课题，大型工厂的环保改造势在必行：焚烧类别的无人化封闭管理，自动清炉灰。

化工厂恶劣环境下的无人化，安全起见做操作者必须退出不安全环境，化工电石炉；

露天作业的加顶，少人化管理，远程记录可追溯；

废水废气处理（水闸泵站阀门开度的传感远程第三方监控）。

智能制造，传感器国产化和整体提高可靠性的意义：

关于数字化工厂和智能制造我个人的意见。

智能制造不同于自动化，并不是自动化控制器联网了就是智能制造了；并不是购买几台机器人就是智能制造了，而是要有创新的智能化功能，能够给制造厂家带来看得见的利益。这先要解决有数据感知获得源头，先要有多多益善的传感器，高可靠性的传感器，或者传感器设计方案。做数字化方案设计者需要熟悉传感器及应用。各种新的传感器，会带来不同的数据要求和不同的智能化功能的派生。

因为，每多出一种颠覆类新传感器，就有可能有新的智能化功能的创新，原有的数字化方案就要推翻重建。

不能削足适履。

传感器数据是“你的脚”，去哪儿，去做什么事。而各种协议数字化方案是“鞋子”、工具。它适不适合数据的要求，使用者的要求？是高了低了？

不能脚多大去做什么都还不知道呢，就说鞋子我们帮你买好了，是最好的登山鞋。这鞋子合不合脚？我要去干吗？你知道吗？

所以，国内的智能制造数字化工厂的落地推广，首先是传感器要热起来，多多益善，并符合低成本高可靠性的要求。其次是要提高传感器的可靠性，以及传感器选型设计方案的可靠性。

而普及推广智能制造，落地，这需要对于制造厂家的低成本普惠性。个别高端工厂实现仅仅是示范案例，谈不上智能制造产业化。

低成本，我们会想到了国产化的。高可靠性，我们又会想到了用进口的，这成了矛盾。

核心元器件要掌握在中国自主手里。

智能制造，国产化传感器是核心基础元器件，要掌握在自己手中，要多多益善，更要有高可靠性。

如果大量还在用进口传感器垄断，我们一是缺少了自主设计能力，智能制造的生态圈完全被外资品牌控制，被牵着鼻子走；二是成本高，因为多吗，这样就难以实现低成本、普惠性推广。

好比一个好厨师，就先要有好食材，有多多益善的食材，才能做出好吃的菜品，才会有创意做出新菜品。

那么在智能制造来临，国产化传感器的大量崛起，降低的使用成本，增加了我们自主选型自主创新设计的能力。

关键同时要狠抓国产传感器的可靠性，或者传感器方案，让创新产品用户可以大胆的使用。

例如，可以加装机械多圈绝对值编码器，上海精浦具有德国TUV莱因实验室可靠性认证的国产编码器。