在剛剛結(jié)束的全國兩會(huì)上,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)再一次被寫入政府工作報(bào)告,并從“打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)”,升級為更加全面的“發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”。作為工業(yè)裝備的“眼耳鼻舌”,傳感器被認(rèn)為是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心。傳感器在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮怎樣的作用?工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對傳感器提出哪些新需求?新基建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)給傳感器產(chǎn)業(yè)帶來哪些機(jī)會(huì)?

傳感器與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相輔相成互促共進(jìn)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物,通過對人、機(jī)、物的全面互聯(lián),構(gòu)建起全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈、全面連接的新型生產(chǎn)制造和服務(wù)體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)據(jù)流、硬件、軟件和智能的交互。

南京高華科技股份有限公司董事長李維平告訴《中國電子報(bào)》記者,傳感器是自動(dòng)化智能設(shè)備的關(guān)鍵部件,通過“望、聞、聽、切”來感知產(chǎn)品、設(shè)備和工業(yè)環(huán)境的各種狀態(tài)信息。“望”包括各種視覺傳感器、紅外傳感器、射線傳感器,“聞”包括各種氣體傳感器,“聽”包括各種聲音傳感器,“切”包括各種壓力、溫濕度、振動(dòng)、位移等傳感器。他表示,工業(yè)互聯(lián)的核心之一是工業(yè)過程、工業(yè)環(huán)境的智能監(jiān)測。將傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到智能監(jiān)測中,有助于工業(yè)生產(chǎn)過程工藝的優(yōu)化,同時(shí)可以提高生產(chǎn)線過程檢測、實(shí)時(shí)參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平,使得生產(chǎn)過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護(hù)水平不斷提高。

從20世紀(jì)80年代起,在世界范圍內(nèi)逐步掀起一股“傳感器熱”,各先進(jìn)工業(yè)國家都極為重視傳感技術(shù)和傳感器的研究、開發(fā)和生產(chǎn),傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)。西安航天自動(dòng)化股份有限公司副總經(jīng)理張建奇在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中,為實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián),必須構(gòu)建完善的工業(yè)傳感組網(wǎng)體系,因?yàn)楣I(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代就是將機(jī)器、設(shè)備、人員、物料等通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)進(jìn)行連接,同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯聚、處理、分析,并為工業(yè)的生產(chǎn)提供決策依據(jù),最終提升制造業(yè)與工業(yè)企業(yè)的智能化水平。

因此,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,傳感器是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的根源,是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢,為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全生態(tài)構(gòu)建提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐?！叭绻覀儗⒁粋€(gè)系統(tǒng)或者說是一個(gè)稍微智能的系統(tǒng)CYBER空間數(shù)據(jù)流動(dòng)的閉環(huán)過程描述為‘狀態(tài)感知-實(shí)時(shí)分析-自主決策-精準(zhǔn)執(zhí)行-學(xué)習(xí)提升’的話,那么傳感器就提供了數(shù)據(jù)的最前端即最初始的來源,為系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)支撐?！?/span>

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和傳感器是相輔相成、互促共進(jìn)的關(guān)系?！敝袊娮有畔a(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究室徐靖提出,“傳感器是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集入口,是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵部件。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為傳感器采集的數(shù)據(jù)提供了數(shù)據(jù)清洗、存儲(chǔ)、交換以及價(jià)值挖掘的平臺(tái),促進(jìn)數(shù)據(jù)在更大范圍、更寬領(lǐng)域、更深層次應(yīng)用?！?/span>

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對傳感器提出新挑戰(zhàn)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展,在給傳感器帶來巨大機(jī)會(huì)的同時(shí),也對傳感器提出了新的要求。

李維平認(rèn)為,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展從低級到高級具有明顯的階段性。不管是發(fā)展到哪個(gè)階段,都離不開傳感器的廣泛應(yīng)用?！肮I(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的不同階段對傳感器的要求不盡相同。以眼下的應(yīng)用情況來說,傳感器主要被企業(yè)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)收集與分析,隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段的不斷深入,未來對傳感器的精度和相關(guān)技術(shù)的要求也會(huì)越來越高,主要體現(xiàn)在對靈敏度、穩(wěn)定性、可靠性等方面的要求會(huì)更高。”李維平說。

張建奇進(jìn)一步分析了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代傳感器的發(fā)展方向,他指出,傳感器將向智能化、微型化、多功能、低功耗、高精度等方向發(fā)展。首先,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代要求萬物互聯(lián),這要求作為數(shù)據(jù)匯聚感知的傳感器成本要低,只有低成本傳感器才能真正實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。德國工業(yè)4.0之父孔翰寧也指出,低成本的傳感器是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的必要條件。其次,在傳感器低成本的要求下,還需要確保傳感器感知精度符合工業(yè)場景要求,保證感知數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。再次,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代對傳感器功耗提出了較高要求,只有確保感知元器件功耗足夠低,才能確保實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)下感知終端節(jié)能降耗的目標(biāo)。目前基于生物能、太陽能等供電的感知終端正在不斷涌現(xiàn),為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代傳感器發(fā)展提供了新的技術(shù)支撐點(diǎn)。最后,為確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全可靠,目前越來越多的工業(yè)場景對傳感設(shè)備數(shù)據(jù)安全可靠性提出了高要求。傳感器高可靠性是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代傳感器發(fā)展面臨的一大挑戰(zhàn),特別是近期頻出的網(wǎng)絡(luò)安全問題給傳感器的安全特性提出了新課題。

此外,傳統(tǒng)的傳感器正加速升級為智能終端,為構(gòu)建新的“端-邊-云”架構(gòu)打下基礎(chǔ)。張建奇告訴記者,隨著低成本傳感器的大量接入,海量的數(shù)據(jù)隨之產(chǎn)生。如果這些數(shù)據(jù)都不加處理直接發(fā)送到云端,將會(huì)對云端造成災(zāi)難性的后果。因此,傳統(tǒng)的傳感器正在加速升級為智能終端,經(jīng)過邊緣側(cè)的優(yōu)化與處理,將可靠可信的數(shù)據(jù)上傳到云端。

徐靖認(rèn)為,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對傳感器的采集密度、運(yùn)行條件、自主可控提出更高要求。在采集密度方面,工業(yè)生產(chǎn)中需要高頻度、大通量、無損全時(shí)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集能力。在運(yùn)行條件方面,與消費(fèi)領(lǐng)域的傳感器不同,工業(yè)領(lǐng)域的傳感器需要具有耐高溫和極寒、耐鹽類腐蝕和酸堿性腐蝕、耐潮濕、耐飛沙走石和灰塵、耐劇烈振動(dòng)和沖擊,以及耐噪聲的能力。在自主可控方面,當(dāng)前我國傳感器產(chǎn)業(yè)空心化嚴(yán)重,90%的高端工業(yè)傳感器被國外廠商壟斷,我國廠商大多處于中低端領(lǐng)域,存在數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)。過去,數(shù)據(jù)泄露局限在一個(gè)廠房或一家企業(yè),而在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全面互聯(lián)的大背景下,數(shù)據(jù)泄露可能擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈,造成整個(gè)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益損失。

新基建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)進(jìn)一步帶動(dòng)傳感器發(fā)展

作為新基建的重要組成部分,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè),將對傳感器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生全方位、深層次、革命性的影響,我國傳感器產(chǎn)業(yè)將迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。有數(shù)據(jù)表明,今年國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場預(yù)計(jì)將增長7%。

張建奇告訴《中國電子報(bào)》記者,在新基建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中,將重點(diǎn)增強(qiáng)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)感知能力,加強(qiáng)底層設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息采集力度,提高工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)底層神經(jīng)末梢的感知靈敏度,這將推動(dòng)傳感器制造、設(shè)計(jì)開發(fā)、優(yōu)化迭代等各階段產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合,促進(jìn)傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)的快速成長,從而使傳感器產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大,以便更好地推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給我國傳感器產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的市場,拉動(dòng)了傳感器需求上升。徐靖對《中國電子報(bào)》記者說:“我國傳感器產(chǎn)業(yè)存在‘小、散、亂、弱’問題。我國傳感器企業(yè)可以借此機(jī)會(huì)抓住市場機(jī)遇,提升企業(yè)實(shí)力,擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。”

傳感器產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的元件、芯片、電路、微控制器、涂覆材料等企業(yè),中游的封裝和制造企業(yè),下游的應(yīng)用企業(yè)。徐靖認(rèn)為,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈連接的樞紐,對促進(jìn)傳感器產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同,形成產(chǎn)業(yè)合力,具有十分重要的推動(dòng)作用。