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工业智能传感器正驱动工业互联网终端变革

2022-11-22自动化博览

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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,能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。

1 工业智能传感器发展背景

    1.1 发展工业互联网已成为各国面向未来的共同选择

    工业互联网是制造业和互联网之间的桥梁,它既通过技术创新促进了生产力的发展,又通过模式创新丰富和重塑了生产关系,发展工业互联网已经成为各国争相投入的共同选择,大力加快制造业的数字化、网络化、平台化、智能化转型则是核心所在,通过高质量、突破性的技术革命降低人工依赖,以充分发挥人的价值,减少无效劳动,推进各国工业社会的高质量、高效率和可持续发展。

    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,能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。

图1

图1 三大应用场

图2 

图2 四大应用成效

    1.2 随着工业互联网的快速发展,工业智能传感器时代加速到来

    工业互联网完成的关键在于数据信息,因此前端用于采集数据的传感器对于所有生态系统的智能系统尤为重要。工业的发展离不开传感器的进步和迭代,随着工业互联网、工业4.0和智能制造的快速发展,应用需求越来越细分垂直化、碎片化,快速升级迭代的智能传感器正驱动着工业互联网终端的变革,工业传感器也正在加速进入“工业传感器4.0”或工业智能传感器时代。

图3 

图3 工业智能传感器的发展演进

2 工业智能传感器的生态系统

    工业智能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,它们还有助于质量评估、资产跟踪,甚至工人安全。基于云计算的分析软件和人工智能的出现也允许使用传感器数据,通过流程优化和预测性维护来降低生产成本。

    工业智能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。各种类型的工业传感器正在不断改进和优化,以满足以上使用目的。最常见的工业智能传感器类型有: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工业传感器类型。

    工业智能传感器集成了信号调理、MEMS技术和固件,从而能够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,对于优化和降低工业运营成本具有巨大的潜力。

图4 

图4 工业智能传感器产业链全景图

3 全球工业智能传感器发展环境

    3.1 智能传感器市场增速较快,为工业智能传感器的发展奠定了产品基础

    受汽车、工业自动化、医疗、环保、消费等领域的智能化、数字化市场需求的持续带动,2020年全球传感器市场规模保持稳步增长,为工业智能传感器的发展奠定了产品基础。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。

图5 

数据来源:赛迪顾问,2021年6月

图5 2018~2023年全球传感器及智能传感器市场规模

图6 

数据来源:赛迪顾问,2021年6月

图6 2020年全球智能传感器产业结构

    3.2 工业互联网加速发展,为工业智能传感器的发展提供了应用场景

    疫情防控时期,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,为工业智能传感器的发展提供了应用场景。

图7 

数据来源:赛迪顾问,2021年6月

图7 

图7 2018~2023年全球工业互联网市场规模

4 全球工业智能传感器市场分析

    4.1 从企业产品布局来看,压力、液位、温度、光电产品居多

    赛迪顾问通过统计30多家来自不同国家和地区的工业智能传感器企业,以及各企业的重点产品(共100余种产品类型,600余种产品型号)及应用领域,来对全球市场情况进行分析,从各家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,中国企业的产品类型则主要集中在压力、温度、加速度传感器。

图8 

数据来源:赛迪顾问,2021年6月

图8 2020年全球工业智能传感器市场按产品类型划分产品数量占比

图9 

数据来源:赛迪顾问,2021年6月

图9 2020年全球工业智能传感器市场按产品类型划分各国产品数量占比

    4.2 从产品应用领域来看,生命科学与健康、机械加工制造、汽车领域较集中

    从产品应用领域的统计结果来看,占比排名前十位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,美国的产品类型主要集中在生命科学与健康领域,日韩的产品类型主要集中在汽车、半导体和电子领域,欧洲的产品类型主要集中在机械加工制造领域,中国的产品类型则主要集中在石油天然气、工业自动化、航空航天领域。

图10 

数据来源:赛迪顾问,2021年6月

图10 2020年全球工业智能传感器市场按应用领域划分产品数量占比

图11 

数据来源:赛迪顾问,2021年6月

图11 2020年全球工业智能传感器市场按应用领域划 分各国产品数量占比

5 工业智能传感器发展展望和建议

    作为新基建的重要组成部分,工业互联网的快速发展,给工业智能传感器带来巨大的发展机遇,与此同时也面临着多场景、低成本、低功耗、安全、可靠等诸多挑战,因此,工业智能传感器及传感系统企业需抓住机遇,找准定位,加快技术创新,打造产业生态,进一步助力工业互联网的高质量发展。

    5.1工业智能传感器发展展望

    (1)工业互联网等新基建的建设带来巨大的市场机遇

    工业互联网是新基建重要组成部分之一,工业互联网建设的全面推进和落地执行,必定助力传感器产业发生全方位、深层次、革命性的变革。工业智能传感器为工业物联网运行提供所需的关键信息及测量数据,也将迎来巨大的市场机遇,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,工业智能传感器将在工业自动化领域得到广泛应用。

    (2)工业互联网的高质量发展要求推动工业智能传感器的技术创新

    工业智能传感器更新迭代速度的不断加快,新型、低成本、微功耗、高性能传感器的不断涌现,将持续降低传感器的应用成本。为完成工业智能传感器各阶段产业链的深度融合,促进工业智能传感器产业生态快速成长,应不断提高工业互联网底层设备的感知能力,加快感知技术的大规模部署。推动工业智能传感器制造、设计开发、优化迭代等各环节的技术创新。

    (3)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,包含软硬件的智能感知系统是工业智能传感器的发展趋势,跨越从边缘设备到云服务的鸿沟,将可信的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。

    (4)工业智能传感器的安全性和可靠性等级将逐步提高

    工业智能传感器正逐渐普及,但很多工业和企业智能化设备存在大量安全漏洞,为保证工业互联网的数据安全和防止数据泄露,应用场景普遍提升了工业智能感知设备的隐私要求,提升旧设备安全可靠等级、提高新设备准入门槛,以充分保障数据的安全可靠性。

    5.2 工业智能传感器发展建议

    (1)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要求差别亦不同,工业智能传感器及传感系统企业需要有全球化的视野,应找准自身定位,瞄准工业互联网发展趋势,识别工业智能传感器产业的蓝海市场,提纯有效市场,实现最终的产值和利润。

    (2)加强产业链上下游合作完善产业生态

    对于政府及产业载体,应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,大力推动公共创新平台共建,积极导入新设计,引入新工艺,加快产品转化。充分强化市场应用对产业的需求牵引作用,促进产业合作,整合产业链上下游。以多种政策激励应用厂商通过投资入股、商业合作、产业联盟等创新方式参与智能传感器的研发与制造。

    (3)提升系统整体解决方案能力扩大产业化应用

    对于企业和投资机构,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。

    (4)注重开发智能传感器的新原理、新技术、新材料

    对于科研院所和企业,应注重研究集成化、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,通过数据采集类型及领域的拓宽,推进不同领域间的数据共享,促进智能化水平提升。

    (以上内容整理自《2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书》)

     摘自《自动化博览》2022年9月刊

责任编辑:杨培
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