“工業(yè)4.0”最核心的方面是智能化制造，不管網(wǎng)絡(luò)化還是數(shù)字化，最前端都將是智能化，但所有的這些都將離不開傳感器。那么國內(nèi)的傳感器有著哪些種類，它們是怎樣操作的，有著怎樣的市場(chǎng)應(yīng)用呢?請(qǐng)看環(huán)球智控網(wǎng)的相關(guān)分析報(bào)道。
工業(yè)4.0是什么?工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式中端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)。通過這個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器、以及服務(wù)與服務(wù)之間，能夠形成一個(gè)互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端到端的高度集成。
傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。實(shí)質(zhì)上，傳感器就是工業(yè)4.0的重要硬件之一。
工業(yè)4.0的軟件有工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全、工業(yè)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算平臺(tái)、MES系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、知識(shí)工作自動(dòng)化等;硬件是工業(yè)機(jī)器人(包括高端零部件)、傳感器、RFID、3D打印、機(jī)器視覺、智能物流(AGV)、 PLC、數(shù)據(jù)采集器、工業(yè)交換機(jī)等。
目前對(duì)傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種：按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器; 按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器;按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量(“1”和 “0”或“開”和“關(guān)”)的開關(guān)型傳感器輸出為模擬型傳感器輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。
目前中國的傳感器產(chǎn)品已由過去的少數(shù)品種擴(kuò)展到光敏、熱敏、力敏、電壓敏、磁敏、氣敏、濕敏、聲敏、射線敏、離子敏、生物敏等各種傳感器，以及 變送器、二次儀表等多種類、多形式產(chǎn)品，與國外研制領(lǐng)域相當(dāng)。多學(xué)科、多種高新技術(shù)的交叉融合，推動(dòng)了新一代傳感器的誕生與發(fā)展。
“工業(yè)4.0不管網(wǎng)絡(luò)化還是數(shù)字化，最前端都將是智能化，但所有的這些都將離不開傳感器，就像一個(gè)人一樣，眼睛其實(shí)就是視覺傳感器，鼻子是嗅覺 傳感器，而皮膚就是觸覺傳感器，正因?yàn)槿擞兄@么多智能化的器官，人類才是高等智慧化的動(dòng)物。除此，人還有執(zhí)行器，如手、腿，包括眨眼、撇嘴這種動(dòng)作，都 是某些組織通過神經(jīng)傳輸給大腦，大腦將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理然后在指示給器官，器官才能做出各種動(dòng)作和行為。
在整個(gè)控制理論里，所有的控制實(shí)現(xiàn)都是要經(jīng)過前端的感知，雖然有些系統(tǒng)屬于預(yù)先性的設(shè)置，但是預(yù)先性的設(shè)置和條件式的反應(yīng)完全是兩回事，在智能化方面也是兩個(gè)性質(zhì)的。
在智能化方面，傳感器的角色就是這種關(guān)鍵性的，沒有了感知，智能化將無從體現(xiàn)。如果整個(gè)系統(tǒng)都是很多經(jīng)驗(yàn)性或者預(yù)測(cè)性的，這里面首先就需要超大數(shù)據(jù)的支撐，另一面在實(shí)際情況中各種變化都是新的，不可能先有一種預(yù)先對(duì)其準(zhǔn)確無誤的預(yù)測(cè)，這就會(huì)給實(shí)際的生產(chǎn)造成某種隱患。
那么傳感器的工作原理是怎樣的呢?傳感器工作原理主要是物理傳感器的物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
在整個(gè)工業(yè)4.0過程中，傳感器也可以說需求巨大，市場(chǎng)廣闊，應(yīng)用廣泛。國內(nèi)傳感器行業(yè)大致可劃分成三大塊，物理傳感器，化學(xué)傳感器，生物傳感 器。在中國市場(chǎng)內(nèi)，傳感器行業(yè)就是一個(gè)朝陽產(chǎn)業(yè)，因?yàn)椴还苁堑聡墓I(yè)4.0，還是中國的工業(yè)2025，具體到物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、智能家具，這些的前端核 心都是傳感器。
以上為傳感器在各行各業(yè)市場(chǎng)的應(yīng)用比例，可以看出傳感器最大的市場(chǎng)應(yīng)用在于數(shù)碼相機(jī)行業(yè)，應(yīng)用市場(chǎng)最小的在其他手持式通訊設(shè)備行業(yè)。
上圖為傳感器在汽車市場(chǎng)方面的應(yīng)用，可以看出，從2011年開始至2015年，傳感器的應(yīng)用總體基本上是穩(wěn)步增長的趨勢(shì)。隨著數(shù)據(jù)量的增大，集成了處理器的智能傳感器將成為今后的重要發(fā)展方向。
汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)其采用各種傳感器，是整個(gè)汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體 濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣量、冷卻水溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與加減速等狀況轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入控制器，控制器將這些信息與儲(chǔ)存信息比 較、精確計(jì)算后輸出控制信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)不僅可以 精確控制燃油供給量，以取代傳統(tǒng)的化油器，而且可以控制點(diǎn)火提前角和怠速空氣流量等，極大地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
據(jù)市場(chǎng)研究公司TransparencyMarketResearch測(cè)算，這類智能傳感器的銷售額可能會(huì)以每年10%的速度遞增，到2018 年有望達(dá)到69億美元。對(duì)于未來智能傳感器的發(fā)展，WinterGreen公司給出了充滿希望的預(yù)測(cè)，集成處理器的智能傳感器將在2019年達(dá)到2.8萬 億個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2013年的6500萬個(gè)。
上圖為傳感器2014年——2019年的市場(chǎng)營收收入以及增長率，總體上兩者都是呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。傳感器作為21世紀(jì)最具影響力和發(fā)展前景高新技術(shù)，正引起國內(nèi)外電子信息界的高度重視。同時(shí)，工業(yè)4.0熱潮襲來也讓國內(nèi)行業(yè)人士懂得抓住機(jī)遇，抓住工業(yè)4.0帶來的機(jī)遇從而推進(jìn)傳感器的發(fā)展!