工业传感器加速迈进智能时代

来源:《中国电子报》2021年06月04日

智能传感器是指具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储等功能的多元件集成电路,是集传感器、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品。随着工业互联网、工业4.0和智能制造的快速发展,工业传感器正在加速进入“工业传感器4.0”或工业智能传感器时代。

传感器在工业互联网中发挥关键作用

工业互联网围绕工业现场生产过程的优化、企业运营及产品优化、社会化生产的资源优化配置与协同三大应用场景,为工业企业带来强化安全和降低成本、产品及服务优化、供应链优化、创造新模式和新价值四方面的成效。

工业互联网的关键在于数据信息的搜集,而前端用于采集数据、为工业互联网全生态构建提供基础数据支撑的传感器,则是工业互联网的神经末梢。与此同时,随着工业互联网、工业4.0和智能制造的快速发展,应用需求越来越垂直化、碎片化,采集最前端、最初始数据的智能传感器正快速升级迭代,驱动工业互联网终端智能化变革,“工业传感器4.0”或工业智能传感器时代正在到来。

传感器在现代工厂中起着各种各样的作用。除了为过程控制提供数据外,还广泛应用于质量评估、资产跟踪,工人安全保障等方面。传感器采集的数据经过联网应用后,就可以用于从供应管理到全球生产资源协调等各种用途。各种类型的传感器正在不断改进和优化,以满足以上使用目的,最常见的传感器类型有照明、温度、运动、位置、存在、视觉、力、流、化学成分等。

几乎每一种工艺或环境条件都有与其适配的传感器类型。智能传感器集成了信号调理、MEMS技术和固件,从而满足工业设计工程师易使用、低成本、多样化的感知需求,大大减轻了设计工程师的开发负担,在优化和降低工业运营成本方面拥有巨大潜力。

2020年智能传感器市场规模达358.1亿美元

在汽车、工业自动化、医疗、环保、消费等领域智能化、数字化市场需求的持续带动下,2020年全球传感器市场规模保持稳步增长。2020年,智能传感器市场规模达到358.1亿美元,占总体规模的22.3%。美国智能传感器产值占比最高,达到43.3%,欧洲次之,占比29.7%,欧美成为全球智能传感器的主要生产基地,占比超过70%,而亚太地区(如中国、印度等)仍将保持较快的增速。

未来,各国企业数字化转型脚步普遍加速。相较而言,发达国家工业经济基础坚实、技术基础雄厚、创新能力强劲。美国、欧洲、亚太地区是工业互联网发展的重点区域,其中美国企业优势显著,GE、微软、罗克韦尔、亚马逊等巨头积极布局,加之各类初创企业着力前沿创新,有望助力美国保持行业主导地位。而欧洲工业巨头如西门子、博世、ABB、SAP等凭借自身在制造业的基础优势亦进展迅速。工业互联网的蓬勃发展,给智能传感器带来了巨大的发展机遇。

赛迪顾问通过统计20多家来自全球不同国家和区域的工业智能传感器企业,以及各企业的重点产品和应用领域,对全球市场情况进行分析。从各企业产品类型的统计结果来看,占比排在前十位的分别是压力、液位、温度、光电、编码器、接近、超声波、流量、视觉/图像、振动。从企业分布来看,美国企业的产品类型主要集中在编码器、振动、温度、超声波传感器,日韩企业的产品类型主要集中在视觉/图像、编码器和接近传感器, 欧洲企业的产品类型主要集中在流量、接近、超声波传感器,中国企业则主要集中在压力、温度、加速度传感器。

从各企业产品应用领域的统计结果来看,占比排在前十位的分别是生命科学与健康、机械加工制造、汽车、半导体及电子、工业自动化、交通物流、能源电力、食品、石油天然气、航空航天。从企业分布来看,美国企业主要集中在生命科学与健康,日韩企业主要集中在汽车、半导体和电子,欧洲企业主要集中在机械加工制造,中国则主要集中在石油天然气、工业自动化、航空航天领域。

从企业全球办事处区域分布来看,主要集中在亚太地区,由此可以看出各企业对亚太市场的重视,其中中国企业分支机构数量占亚太地区的90%以上。从国家分布来看,亚太地区主要集中于中国(51%)、日本、印度,北美主要集中在美国(50%)和墨西哥,南美主要是巴西,欧洲则以德国(23%)、法国、英国、西班牙为主。从国内视角来看,华东地区企业主要集中在上海、苏州等地,中南地区主要以深圳、广州为主,华北地区主要以北京、天津为主,西南主要以成都、重庆为主。从城市分布来看,上海、北京、深圳占据了前三名,占比分别达到10%、8%和7%。

四个方面重点发力推动工业智能传感器发展

工业互联网等新基建的建设为传感器产业带来了巨大的市场机遇。工业互联网的建设,将对传感器产业产生全方位、深层次、革命性的影响,同时,智能传感器将为工业物联网运行提供所需的关键信息及测量数据,其市场机遇不言而喻。随着工业互联网应用场景逐渐向广度和深度拓展,更多的功能和设计细节将会出现,智能传感器将在工业自动化领域得到广泛应用。

工业智能传感器的技术创新将推动工业互联网的高质量发展。随着新型、低成本、微功耗、高性能工业智能传感器的不断推出,传感器应用的成本将不断降低。一方面提高工业互联网底层设备的感知能力,另一方面能够实现感知技术的大规模部署,这将推动智能传感器制造、设计开发、优化迭代等各阶段产业链的深度融合,促进智能传感器产业生态的快速成长,从而更好地推动工业互联网产业的高质量发展。

工业智能传感器将向着工业智能感知系统加速演进。工业智能传感器是工业控制的基础,而将工业智能传感器转变为工业物联网系统则是一个巨大挑战。随着工业互联网时代的来临,工业智能传感器正向着包含软硬件的智能感知系统加速发展,跨越从边缘设备到云服务的鸿沟,将数据安全地存入云端,在云端通过人工智能和大数据技术进一步分析,形成可用的解决方案。

工业智能传感器的安全性和可靠性等级将逐步提高。很多工业和企业智能化设备具有大量可被黑客利用的安全漏洞,随着智能传感器在工业领域的逐渐普及,为确保工业互联网的数据安全可靠,越来越多的工业场景对智能感知设备数据安全可靠性提出了更高要求,即提升旧设备的安全可靠等级、提高新设备的准入门槛。

工业智能传感器未来发展需从四个方面重点发力,一是立足全球视野找准定位,把握机遇实现自身价值。工业互联网发展的不同阶段对智能传感器的要求不尽相同,智能传感器及传感系统产业企业需要有全球化视野,不仅要看到工业互联网给智能传感器产业发展带来的蓝海,更要挖掘有效市场,实现最终的产值和利润。

二是加强产业链上下游合作,完善产业生态。基于工业互联网应用市场需求,积极提升产业配套能力,鼓励建设产业集聚园区和公共创新平台,加速新设计、新工艺导入,缩短产品转化周期。强化市场应用对产业的需求牵引作用,鼓励应用厂商通过商业合作、投资入股等方式参与智能传感器的研发与制造,整合产业链上下游,形成产业合作。

三是提升系统整体解决方案能力,扩大产业化应用。需把握住新兴应用领域带来的新增市场空间,从应用技术、解决方案等层面着力提升竞争力,以应用需求为牵引,在产品软硬件、安全工具、网络、存储和系统集成等方面进行整合,给出整体系统解决方案,带动技术进步,促进产业发展。

四是注重开发智能传感器的新原理、新技术、新材料。注重研究集成化、无线能量、软件算法更新等技术,不断增加智能传感器的功能种类,促使工作模式更加智能,实现多领域复杂环境的应用,同时扩宽数据采集,实现不同领域之间的数据共享,提高智能化水平。

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