像工業(yè)4.0時(shí)代的其他領(lǐng)域一樣，制造業(yè)4.0是關(guān)于利用數(shù)據(jù)和連接性來(lái)使流程高效和精益，以及使智能系統(tǒng)做出決策。許多技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這種增長(zhǎng)和能力。其中，人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)往往壟斷了焦點(diǎn)；然而，其他一些輔助技術(shù)對(duì)完成這些目標(biāo)至關(guān)重要。本文探討了傳感器、可編程邏輯控制器、低功耗組件和系統(tǒng)以及視覺(jué)系統(tǒng)的作用，它們是幫助推進(jìn)制造業(yè)4.0的重要技術(shù)，盡管未被充分認(rèn)識(shí)到。

傳感器

傳感器在制造4.0中扮演著多種角色。除了捕捉用于洞察和決策的數(shù)據(jù)外，它們還捕捉產(chǎn)品在制造過(guò)程中需要的數(shù)據(jù)。比如說(shuō)。

●位置傳感器是最常見(jiàn)的傳感器類型之一。這些傳感器有助于測(cè)量機(jī)械位置，如氣缸在裝配線上啟動(dòng)下一個(gè)產(chǎn)品之前是否回到原位。

●存在檢測(cè)傳感器是類似的；在這里，光學(xué)存在檢測(cè)傳感器將發(fā)出一束光或激光，除非有東西阻擋它，否則總是可見(jiàn)的，表明在它的視野里有東西 "存在 "或 "不存在"。

●尺寸檢測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)可用于質(zhì)量控制，并確定一個(gè)組件是否可以安全地在生產(chǎn)線上移動(dòng)。

●接觸傳感器可用于感知隔間的門是否打開(kāi)或關(guān)閉，或?qū)е掠餐Ｖ挂苑乐乖O(shè)備損壞--兩者都具有安全意義。

●振動(dòng)傳感器經(jīng)常被用來(lái)確定設(shè)備的健康狀況；也就是說(shuō)，來(lái)自伺服電機(jī)的振動(dòng)表明零件正在磨損。根據(jù)這一數(shù)據(jù)，可以在問(wèn)題發(fā)生之前預(yù)測(cè)維修需求。

沒(méi)有傳感器，制造自動(dòng)化根本不可能發(fā)生。當(dāng)處理一臺(tái)將45,000公斤的壓力壓在另一個(gè)表面上的壓力機(jī)時(shí)，你需要知道該區(qū)域是清楚的。傳感器是自動(dòng)化的數(shù)字眼睛、耳朵、鼻子和手指，它消除了任何猜測(cè)或假設(shè)，這導(dǎo)致了更安全、一致和高效的條件。更重要的是，它們需要堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，可能需要承受高溫、潮濕、油、灰塵和/或各種其他可能的惡劣條件。

從數(shù)據(jù)收集的角度來(lái)看，傳感器是通向你所尋求的洞察力的大門，因?yàn)樗鼈兲峁┰紨?shù)據(jù)，用來(lái)講述生產(chǎn)線上發(fā)生的事情。許多制造商仍然在改造他們的傳統(tǒng)設(shè)備；在這里，有很多努力在開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)接入點(diǎn)，可以連接到舊的可編程邏輯控制器而不影響其功能。其他制造商有來(lái)自多個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)流，并努力想出如何使用這些數(shù)據(jù)以產(chǎn)生有用的見(jiàn)解。

傳感器融合也提高了可以收集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量和類型，以及從數(shù)據(jù)中得出的洞察力的確定性。在這里，你可能使用激光傳感器來(lái)檢測(cè)高度，并使用視覺(jué)傳感器來(lái)確認(rèn)。在許多情況下，使用兩個(gè)或更多不同的傳感器為收集數(shù)據(jù)提供了冗余；然而，傳感器融合使你能夠根據(jù)各種傳感器的優(yōu)勢(shì)結(jié)合數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出洞察力。盡管如此，挑戰(zhàn)還是在于理解如何應(yīng)用當(dāng)今巨大的傳感器技術(shù)來(lái)獲得有用的洞察力。

可編程邏輯控制器

當(dāng)從機(jī)器上收集信息時(shí)，通信不是從傳感器到傳感器，而是從傳感器到制造網(wǎng)絡(luò)中的可編程邏輯控制器（PLC）。PLC是固態(tài)工業(yè)計(jì)算機(jī)，已被加固并用于控制制造過(guò)程。PLC是制造業(yè)的大腦。它是存儲(chǔ)邏輯和過(guò)程信息的地方，也是網(wǎng)絡(luò)通信的開(kāi)始。

PLC的主要功能是接收輸入，做出實(shí)時(shí)的、基于邏輯的決定，并通過(guò)輸出發(fā)送操作指令，最終決定復(fù)雜過(guò)程中的操作順序。PLC的輸入可以來(lái)自開(kāi)關(guān)、傳感器、視覺(jué)系統(tǒng)和其他來(lái)源，而輸出目的地可以包括警報(bào)器、繼電器、指示燈、氣缸、螺線管、模擬輸出、機(jī)器人，甚至是其他可編程邏輯控制器。PLC也會(huì)確保接收到正確的輸入。例如，一臺(tái)機(jī)器可能有一個(gè)啟動(dòng)傳送帶的大紅色按鈕；但是，PLC觀察以確保在傳送帶開(kāi)啟之前，電源開(kāi)啟信號(hào)和可能安全功能已經(jīng)啟動(dòng)。

通過(guò)為閉環(huán)數(shù)字雙胞胎（CLDTs）提供操作數(shù)據(jù)，PLC也在幫助推動(dòng)制造效率。CLDTs的理念是使用一個(gè)虛擬模型，在理想情況下，該模型將影響生產(chǎn)的所有系統(tǒng)和變量都考慮在內(nèi)。

低功耗組件和子系統(tǒng)

與被低估的技術(shù)相關(guān)的還有在每個(gè)電子設(shè)備、電氣設(shè)備和子系統(tǒng)（包括 PLC）中使用低功率組件。低功耗存在于最低級(jí)別的設(shè)計(jì)組件中——晶體管、印刷電路板 (PCB)、電阻器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)……所有這些。就實(shí)現(xiàn)制造 4.0 而言，低功耗是一個(gè)重要的推動(dòng)因素，因?yàn)樗@著減小了組件的尺寸。如果沒(méi)有低功率組件的進(jìn)步，機(jī)電系統(tǒng)可能有一整盒繼電器，可能和你家里的墻一樣大。

隨著組件和子系統(tǒng)變得更小，它們也變得更好，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的熱量更少、效率更高且更緊湊。這些方面使設(shè)計(jì)人員能夠構(gòu)建復(fù)雜的機(jī)械和流程，而無(wú)需占用整個(gè)制造設(shè)施。當(dāng)然，更小的尺寸也意味著更低的成本。我們現(xiàn)在能夠應(yīng)用過(guò)去可用但成本過(guò)高的各種技術(shù)和方法。埃隆·馬斯克在接受采訪時(shí)提到，向火星發(fā)送東西每噸需要 140,000 美元。他的觀點(diǎn)是，我們擁有實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)，但沒(méi)有人會(huì)以這樣的成本資助這樣一個(gè)項(xiàng)目。

視覺(jué)系統(tǒng)

您可能會(huì)將視覺(jué)系統(tǒng)視為能夠識(shí)別物體、將關(guān)鍵信息傳達(dá)給其他系統(tǒng)并根據(jù)所見(jiàn)采取行動(dòng)的高級(jí)機(jī)器人。申請(qǐng)通常屬于以下四類之一：

引導(dǎo)——定位零件的位置和方向

識(shí)別——識(shí)別零件、識(shí)別條形碼、分類庫(kù)存等任務(wù)

測(cè)量——測(cè)量和計(jì)算兩點(diǎn)之間的距離并確定測(cè)量值是否符合規(guī)格

檢查——包括檢測(cè)缺陷或異常

在制造環(huán)境中，可以訓(xùn)練視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別可以測(cè)量、計(jì)數(shù)、解碼或定位的物體。與其他機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序一樣，訓(xùn)練需要大型數(shù)據(jù)集，其中標(biāo)記了形狀、大小、方向、邊緣、圖案、顏色等特征。例如，在訓(xùn)練一個(gè)系統(tǒng)來(lái)識(shí)別翅片管中的缺陷時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)被訓(xùn)練來(lái)識(shí)別具有指定長(zhǎng)度和周長(zhǎng)的帶條翅片（不是金屬絲翅片）的管子，這些翅片是平的（不是鋸齒狀的），焊縫間距為 0.14" . 經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的系統(tǒng)會(huì)存儲(chǔ)一張圖像——以不同形式排列的像素集合——用作比較的基礎(chǔ)。

在使用中，視覺(jué)系統(tǒng)提供通過(guò)/失敗結(jié)果。繼續(xù)這個(gè)例子，當(dāng)翅片管完成其制造過(guò)程時(shí)，系統(tǒng)的攝像頭將獲取翅片管的圖像。圖像由具有黑色、白色、灰色和可能的彩色區(qū)域的捕獲光組成。這被傳送到圖像傳感器，該圖像傳感器捕獲反射光并將其轉(zhuǎn)換為不同形式的像素。然后，系統(tǒng)會(huì)解釋圖像并確定它是否與經(jīng)過(guò)訓(xùn)練可以識(shí)別的像素的確切結(jié)構(gòu)相匹配。

視覺(jué)系統(tǒng)的使用在多個(gè)方面推動(dòng)了制造業(yè)的進(jìn)步，例如提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少浪費(fèi)（材料和時(shí)間）、減少停機(jī)時(shí)間、創(chuàng)建可追溯性和責(zé)任制以及促進(jìn)合規(guī)性。

結(jié)論

得益于驚人的技術(shù)，制造業(yè) 4.0 正在以閃電般的速度前進(jìn)。雖然人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和增材制造經(jīng)常成為頭條新聞，但許多不那么引人注目的技術(shù)也發(fā)揮了重要作用：

●傳感器捕獲用于洞察和決策的數(shù)據(jù)，使產(chǎn)品在制造過(guò)程中平穩(wěn)運(yùn)行。

●PLC 是制造業(yè)的大腦：它是存儲(chǔ)程序、信息和備份的地方，也是進(jìn)行通信的地方。

●低功耗組件和子系統(tǒng)使我們能夠應(yīng)用以前成本和/或尺寸過(guò)高的技術(shù)和方法。

●視覺(jué)系統(tǒng)使機(jī)器人能夠看到物體、將關(guān)鍵信息傳達(dá)給其他系統(tǒng)以及執(zhí)行任務(wù)。

華而不實(shí)的技術(shù)可能會(huì)搶走聚光燈，但這些不那么迷人的技術(shù)對(duì)于制造 4.0 及以后的發(fā)展至關(guān)重要。