【儀器儀表商情網 行業(yè)前瞻】個人電腦的普及奠定了互聯(lián)網基礎，智能手機的發(fā)展已經帶我們進入移動互聯(lián)網時代?，F(xiàn)在，我們正在進入感知時代，并迎來了物聯(lián)網的發(fā)展熱潮。物聯(lián)網中的關鍵技術之一就是傳感器技術。我國傳感器市場的四大應用領域為工業(yè)領域、汽車電子、通信電子、消費電子。無線傳感器網絡(WirelessSensorNetwork，WSN)在工業(yè)物聯(lián)網應用過程中起到了樞紐的作用，負責將獨立的傳感器單元通過無線網絡連接起來，并將各個傳感器采集的數(shù)據傳輸匯總，以實現(xiàn)對空間分散范圍內物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，進而根據這些信息進行相應的分析和處理。由此可見，感知時代的來臨以及工業(yè)4.0的興起為工業(yè)傳感器和工業(yè)無線傳感器網絡產品發(fā)展創(chuàng)造了良好的發(fā)展機遇。
一、 工業(yè)物聯(lián)網發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展因素
物聯(lián)網是中國戰(zhàn)略性新興產業(yè)的重要組成部分，蘊含著巨大的經濟價值，賦予了“兩化融合”更多智能化內涵，用物聯(lián)網改造傳統(tǒng)產業(yè)，必將提升傳統(tǒng)產業(yè)的經濟附加值，有力推動我國經濟發(fā)展方式由生產驅動向創(chuàng)新驅動的轉變,促進我國產業(yè)結構的調整;同時，隨著物聯(lián)網新技術、新產品、新應用、新服務模式的創(chuàng)新，也必將催生一批新興業(yè)態(tài)，成為中國新的經濟增長點。
目前，我國物聯(lián)網發(fā)展與全球同處于起步階段，初步具備了一定的技術、產業(yè)和應用基礎，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。據工業(yè)和信息化部數(shù)據，2014年我國整個物聯(lián)網產業(yè)的銷售收入達到6000億元以上。近幾年我國物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展的綜合增長率達到了30%以上，充分體現(xiàn)了其強勁的發(fā)展勢頭。
物聯(lián)網是由感測終端、信息傳輸、處理中心和應用用戶組成的網絡，其技術已經進入實際應用階段，如智能工業(yè)、智能農業(yè)、智能物流和智能交通等各領域。而工業(yè)是物聯(lián)網應用的重要領域，工業(yè)物聯(lián)網是通過將傳感器嵌入裝配到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、油氣管道等各種工業(yè)設備中，實現(xiàn)物聯(lián)網與工業(yè)過程的有機融合，從而大幅提高生產制造效率，改善產品質量，并降低產品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能工業(yè)。
2014年我國工業(yè)物聯(lián)網規(guī)模達到1157.3億元，在整體物聯(lián)網產業(yè)中的占比約為18%。在政策的推動下，預計2020年，工業(yè)物聯(lián)網在整體物聯(lián)網產業(yè)中的占比將達到25%，規(guī)模將突破4500億元。
從上圖中可以看出，未來幾年我國工業(yè)物聯(lián)網的整體規(guī)模一直保持著25%以上的增長勢頭。制造企業(yè)提升自身競爭力是推動工業(yè)物聯(lián)網發(fā)展的主要原因。我國企業(yè)目前多處于工業(yè)2.0與3.0的邊緣，成本控制、生產效率和流程管理等方面水平較低，需要提升的空間還很大。物聯(lián)網技術為信息化和工業(yè)化融合創(chuàng)造了一個結合點，使得信息化進程和工業(yè)化進程不再獨立進行，而是兩者在技術、產品、管理等各個層面相互交融，以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，幫助企業(yè)進行生產流程、組織管理和服務升級等方面的改造，進而提升企業(yè)在市場中的競爭力。
同時，政策因素有力的推動了工業(yè)物聯(lián)網的發(fā)展。隨著工業(yè)4.0戰(zhàn)略在全球范圍的推進，智能工業(yè)逐漸變成各國的焦點。在鼓勵節(jié)能減排和綠色環(huán)保的大背景下，從2009年基于物聯(lián)網的“感知中國”命題的提出，到2012年工業(yè)和信息化部發(fā)布的《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，再到2015年李克強總理簽批的中國版“工業(yè)4.0”規(guī)劃《中國制造2025》，我國工業(yè)物聯(lián)網的發(fā)展有著良好的政策環(huán)境。
二、 工業(yè)傳感器發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢
傳感器在工業(yè)自動化領域極為重要，扮演著為物理世界和控制系統(tǒng)提供信息連接的重要角色。在工業(yè)過程控制中，計算機技術已經相對成熟，需要采集的信息正在不斷增加，生產過程要求大量的各類傳感器，如壓力傳感器、熱敏傳感器、光敏傳感器、氣體傳感器、濕敏傳感器和磁敏傳感器等，把大量非電量的物化參數(shù)轉化成電信號控制信息，以滿足各個工業(yè)過程中的自動化和智能化的發(fā)展需求。如今，使用數(shù)量較多的有壓力、位移、加速度、角速度、溫度、濕度和氣體傳感器。
中國傳感器產業(yè)整體素質參差不齊，高端產品自給率不足。2014年，我國從事傳感器研制、生產和應用的企事業(yè)單位共2000多家，從事微系統(tǒng)研制、生產的企業(yè)有50多家，產品種類共計6000多種，年總產量40多億只，市場銷售額接近1000億元。其中，2014年傳感器在工業(yè)領域的應用規(guī)模達到143.1億元，約占傳感器市場規(guī)模的15%。
未來幾年，信息技術在工業(yè)領域的全面應用將會促進工業(yè)傳感器市場規(guī)模的迅速增長。“中國制造2025”的提出會促進企業(yè)全面智能化改造，加快產品更新?lián)Q代，提高產品技術含量，逐漸縮短國內與國際先進水平的差距，在生產設備、工業(yè)環(huán)境和流程管理等部分中融入傳感器、微處理器、PLC和數(shù)字通信接口等現(xiàn)代信息技術，提高產品的數(shù)字化、智能化和網絡化的程度，進而提高產品的技術含量和附加價值，最終實現(xiàn)我國制造企業(yè)競爭力的提高以及整體工業(yè)水平的提高。由此可見，傳感器在工業(yè)領域將會有廣闊的應用前景。
然而，傳統(tǒng)的傳感器在工業(yè)領域依舊存在著一些局限性：與總線相連的傳感器代價昂貴，傳感器組網的開銷成本巨大;在人力難以靠近的危險區(qū)域布線困難;不同類型的傳感器和控制系統(tǒng)的軟硬件之間協(xié)議不兼容。
在此背景下，隨著無線傳感器網絡技術的發(fā)展與成熟，無線傳感器網絡產品開始憑借自身獨特的優(yōu)勢，開始逐步替代傳統(tǒng)有線傳感器產品，并滲入到工業(yè)領域的各個環(huán)節(jié)，成為市場上的新興熱點。無線傳感器與傳統(tǒng)有線傳感器相比存在，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1、無線傳感器具有較高的靈活性，適用于有移動需求但不方便布線的情況，如起重機、移動裝瓶設備、交通行業(yè)、自動引導車輛系統(tǒng)和單軌輸送機等。
2、無線傳感器具有較高的可靠性。無線傳感器可以避免運動帶來的損傷，如長拖鏈所帶來的導線彎折、旋轉運動導致電纜線的扭曲折斷等。同時，排除了有線網絡中由連接器引起的故障因素。
3、無線傳感器具有較高的安全性。隨著技術的發(fā)展和新威脅的不斷出現(xiàn)，安全維護的升級能力是必不可少的。新的加密策略和隱蔽的數(shù)據傳送預示著無線的安全級別將超過有線系統(tǒng)。另外在一些危險的極端環(huán)境，如不方便布線的爆破場合，無線傳感器可以保障人員安全。
4、無線傳感器可以大幅度減少人員工作量。受橋梁、河流、山川等地勢影響，線纜無法任意建設的地方，無線傳感器可以減小人力成本和工程周期。故障出現(xiàn)時，無線傳感器檢修點較為集中，可以消除以往沿線巡查的繁瑣事務。
5、無線傳感器成本低廉。無線傳感器相對于有線傳感器安裝、維護、故障診斷和升級配線費用具有明顯的成本優(yōu)勢。
如今，現(xiàn)代化工業(yè)生產向著大型、快速、高效、低耗和環(huán)保的方向發(fā)展。隨著信息技術的發(fā)展，生產的智能化和業(yè)務流程的智能化是整體智能化的前提，企業(yè)紛紛開始實施生產線的改造以及IT設備的升級改造來實現(xiàn)企業(yè)內部的互聯(lián)網化，最終實現(xiàn)新一代信息技術與制造業(yè)深度融合，形成新的生產方式、產業(yè)形態(tài)和商業(yè)模式。無線傳感器因為其靈活、安全、可靠、便捷以及低成本將在未來企業(yè)智能化生產中發(fā)揮特殊的作用。
三、 工業(yè)無線傳感器網絡產品發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
工業(yè)無線傳感器網絡產品為系統(tǒng)級產品，即包括現(xiàn)場無線傳感器、數(shù)據轉發(fā)網關和監(jiān)控主機等在內的整體解決方案。因具有成本低、范圍大、布設靈活、移動支持等特點，工業(yè)無線傳感器網絡產品在力學參數(shù)檢測、工業(yè)監(jiān)控、智能電力、礦山安全、醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān)測等行業(yè)的應用一直廣受重視;與此同時，工業(yè)無線傳感器網絡產品也面臨著延長節(jié)點工作時間、增加通信距離、小型化、標準化等技術挑戰(zhàn)和尋找應用場景等市場挑戰(zhàn)。
隨著工業(yè)無線傳感器網絡技術的不斷成熟，以及市場需求的不斷提升，工業(yè)無線傳感器網絡產品對傳統(tǒng)工業(yè)傳感器替代效果不斷提升。2014年，我國工業(yè)無線傳感器網絡產品在工業(yè)傳感器市場中的占比約為4.3%，規(guī)模達到6.2億元。到2019年，我國工業(yè)無線傳感器網絡產品在工業(yè)傳感器市場中的占比將達到為10.0%，市場規(guī)模預計達到24.2億元，年復合增長率高達27.1%，市場前景廣闊。
從有線網絡到無線網絡的變化將加速無線傳感器網絡的成長，透過無線傳感器網絡可接觸到比有線網路更廣泛、更彈性化以及可擴展的多元應用。隨著近幾年無線傳感器網絡技術的飛速發(fā)展，越來越多的無線傳感器網絡產品開始投入使用。目前無線傳感器網絡產品主要用于檢測和監(jiān)測兩部分市場。
無線傳感器網絡產品在檢測市場主要應用于國防研究、高校、專業(yè)科研及檢測機構和大型裝備制造幾個領域。在這幾個檢測領域中，無線傳感器網絡產品相對于有線產品具有成本低，靈活性高和應用情景廣等顯著特點，無線替代有線已呈現(xiàn)未來的發(fā)展趨勢。國防產品需要進行大量的試驗和測試以確保產品的精確性和穩(wěn)定性，因此對測試國防產品的傳感器提出了高可靠性的要求。近幾年，國家開始實施越來越多的國防重大工程，并致力于自主可控，再加上更換頻率高，對檢測傳感器的需求正在逐步擴大;如今，我國已經具有一定規(guī)模的高校數(shù)量和較為完整的人才培養(yǎng)體系，但與國外相比，教學設備還存在差距。同樣，我國的科研院也存在著實驗設備相對落后的問題。未來隨著我國教育產業(yè)的發(fā)展，相關教學設備和實驗設備的采購需求會快速擴大，檢測傳感器的市場前景較為廣闊;我國正在加大檢測行業(yè)的發(fā)展力度，基礎設施建設如公路、鐵路和橋梁等工程的檢測需求在持續(xù)增長，使得專業(yè)的科研和檢測機構對檢測傳感器的需求增加;隨著智能制造的發(fā)展，我國對高端大型裝備的需求也越來越多。測試裝置可以有效的減少產品研發(fā)周期，提高產品質量，減低產品成本。檢測傳感器已經慢慢成為大型裝備制造企業(yè)在產品研發(fā)過程中測試產品穩(wěn)定性需求，因此檢測傳感器在大型裝備制造領域的市場規(guī)模將呈現(xiàn)上升態(tài)勢。
