1.2 基于人机物协同的智慧工业关键技术研究现状及发展趋势

1.2.1 智能感知

智慧工业通过全面感知信息、广泛传递信息、智慧高效处理信息，提高管理与运转效率。具有高维度感知能力的智能化集成传感器应用于智慧工业的感知层，有利于提高城市感知信息的准确度，提高感知信息效率，降低信息传输量。智能化传感网关作为智慧城市的底层汇聚节点，将大大降低信息传输代价，有利于智慧工业感知信息的深层次泛化，有利于全面感知的深化。通过对现场环境系统中的在线感知，利用异构网络融合、信息汇聚、决策诊断和反馈控制，能够实现智慧工业的系统监测、控制与管理。

在智慧工业中，要实现各类设备能够互联互通互操作，必须在一个完整的物联网架构中完成，主要包含三个层次：底层是用来感知信息、获取数据的感知层，相当于人的五官；中间层是进行数据传输的网络层，通过无线局域网、5G技术等移动通信网将获得的信息传递给应用层，同时将应用层的指令信息传递给感知层，相当于人的神经系统；上层则是完成控制决策、数据可视化的应用层，通过与企业的具体应用场合的深度融合，结合企业资源计划（ERP）系统以及制造执行系统（MES）、云计算等技术，来完成设备间的智能感知与互联。

传感器作为物联网采集信息的终端工具，就如同物联网的“眼睛”“鼻子”和“耳朵”，是一种不可或缺的存在。目前传感器主要采用压电技术、热式传感技术、微流控BioMEMS技术、磁传感技术和柔性传感技术等。为满足各种应用需求，传感器类别非常多样化，如温度传感器、惯性传感器、模拟类传感器、磁性传感器、生物传感器、力传感器和超声波传感器等。以温度传感器为例，其发展大概经历了以下三个阶段：传统分立式温度传感器、模拟集成温度传感器和智能温度传感器。目前的智能温度传感器包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器和接口电路，有的产品还带有多路选择器、中央控制器等。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器，并且是在硬件的基础上通过软件实现测试功能，其智能化程度取决于软件开发水平。智能压力传感器是微处理器与压力传感器的结合，按它们的实现途径可以分为非集成化智能压力传感器、集成化智能压力传感器和混合型智能压力传感器。非集成化智能压力传感器是把传统的压力传感器、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合成一体的智能压力传感器系统，其实际上是在传统压力传感器系统上增加了微处理器的连接。

一个真正意义的智能传感器应具有如下功能：①自校准、自标定和自动补偿功能；②自动采集数据、逻辑判断和数据处理功能；③自调整、自适应功能；④一定程度的存储、识别和信息处理功能；⑤双向通信、标准数字化输出或者符号输出功能；⑥算法判断、决策处理功能。与传统传感器相比，智能传感器具有高精度、高可靠性与高稳定性、高信噪比与高分辨率、较强自适应性、高性价比等特点，无疑是未来高新技术的发展热点之一。集成化是智能传感器未来发展的一个重要标准，这是实现微小化体积的一个重要方法，而且多位一体的智能传感器功能更加强大，性价比更高。另外，智能传感器的网络化也是未来发展的一个重要趋势，多个传感器构成的智能网络可以对某一个节点的错误进行自行诊断与校正。无线技术的应用也是未来智能传感器的重要发展趋势之一。利用无线连接技术，智能传感器的外观以及性能更加简洁强大，传统传感器因其线缆过多导致其体积臃肿的问题于此便可以很好地解决了。人工智能和智能算法与传感器的结合也会是传感器未来发展的重要方向，多组数据在优化算法下无疑会更加精准。

无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是智慧工业中的重要组成部分，是由众多位置分散且相互协作的传感器节点组成的自组织、多跳无线通信网络。通过分布式的传感器节点，人们可以获取监控区域内所需的环境信息。WSN涉及无线通信技术、计算机技术和传感器技术等，是一项交叉技术学科，在军事要地监测、工业生产、环境监测等有广泛应用。相较于有线监控网络，WSN具有一定的优势：①可以通过大量部署节点，实现对区域高密度的监测；②使用无线通信传输数据，节点易于部署且对原有环境影响极小。随着近年来世界各国对WSN这一领域的重视和深入、广泛的研究，WSN在基础理论、关键技术和现场应用等方面已取得显著成果，这也极大地促进了WSN的发展。随着无线传感器技术的日趋成熟，在现有的研究成果基础之上，一些无线传感器设备和基于WSN的系统也逐渐在商业方面发挥价值，越来越多的相关产品正在投入使用，包括医疗护理、智能家居、环境监测等方面，给企业带来了一个更加经济的选择。随着WSN研究的进一步深入和不断完善，WSN将在各个领域得到越来越广泛的应用，让人们的生活和工作更加便捷、高效。