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  • 工業物聯網方興未艾,傳感器或將迎來黃金時代
  • 發布時間:2020/3/31 15:06:53   修改時間:2020/3/31 15:06:53 瀏覽次數:1196
  •  現如今,工業物聯網(IIoT)的發展熱潮洶涌,但許多人,甚至工業制造領域的從業人員,對工業物聯網的了解都不是很多,還會把工業物聯網與工業4.0、工業互聯網混淆,今天正式開篇前,筆者先為大家捋一捋。
     
    概念厘清:工業4.0、工業互聯網、中國制造2025、工業物聯網
     
    工業4.0:2013年4月,德國政府在漢諾威工業博覽會上正式推出提出“工業4.0”戰略,目的是為了提高德國工業的競爭力,在新一輪工業革命中占領先機。工業4.0是以智能制造為主導的第四次工業革命,或革命性的生產方法。而智能制造,就是在工廠和整個價值鏈內實現業務、物理和數字流程的智能化、實時協調和優化。基于所有可用的信息,資源和流程將實現自動化、集成化、被監控和持續評估。工業4.0旨在提升制造業的智能化水平,建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠,在商業流程及價值流程中整合客戶及商業伙伴。
     
    工業互聯網:工業互聯網可以視為美國版本的“工業4.0”,但稍有區別,工業4.0是將傳統工廠改造為智能聯網工廠,是制造業的又一次革新,工業互聯網則不僅包含制造業,所有需要對數據與信息進行分析的基礎行業,例如家庭護理、交通運輸、電力能源以及水處理等行業,都是工業互聯網的應用場合。工業互聯網聯盟的概念由GE在2012年提出,GE董事長兼首席執行官杰夫·伊梅爾特指出,我們忽視了IT技術在工業世界所能創造的巨大價值——僅僅生產力提升一項即可帶來8.6萬億美元,這個規模相當于未來互聯網消費市場的兩倍。
     
    中國制造2025:這是在新一輪工業革命浪潮中,中國的強力發聲。2015年3月5日,總理在全國兩會上作《政府工作報告》時首次提出“中國制造2025”計劃。中國制造2025是中國首次將建設制造強國作為戰略目標提出,明確要瞄準新一代信息技術、高端裝備、新材料、生物醫藥等戰略重點,引導社會各類資源聚集,推動優勢和戰略產業快速發展。工信部曾表示,實施《中國制造2025》,建設世界制造強國,是吸取錯失前兩次工業革命的歷史經驗教訓,主動應對新一輪科技革命和產業變革的重大戰略選擇。《福布斯》雜志認為,實施“中國制造2025”將助力中國制造業保持國際競爭力。世界經濟論壇主席施瓦布稱,得益于智能制造業的迅速發展,“中國將成為第四次工業革命的領軍者”。

    工業物聯網:工業物聯網是指將具有感知、監控能力的各類傳感器或控制器以及移動通信、智能分析等技術融入工業生產各個環節,從而大幅提高生產效率,降低生產成本和資源消耗,最終將傳統工業提升到智能化的新階段。當前,工業物聯網正在全球蓬勃發展。西門子、GE等傳統工業巨頭和亞馬遜、微軟等新興互聯網大公司,都在這一領域積極布局。
     
    工業物聯網:智能制造提升的關鍵所在
     
    2017年9月11日,我國《工業物聯網白皮書(2017版)》發布,對工業物聯網的定位是:支撐智能制造的一套使能技術體系。工業物聯網具有六個典型特征:
     
    智能感知——IIoT的基礎,它是利用傳感器、射頻識別等感知手段獲取工業全生命周期內的不同維度的信息數據,具體包括人員、機器、原料、工藝流程和環境等工業資源狀態信息;泛在連通——IIoT的前提,工業資源通過有線或無限的方式彼此連接或與互聯網相連,實現工業資源數據的互聯互通,拓展了機器與機器、機器與人、機器與環境之間聯接的廣度和深度;數字建模——IIoT的方法,數字建模將工業資源映射到數字空間中,在虛擬的世界里模擬工業生產流程,實現對工業生產過程全要素的抽象建模;實時分析——IIoT的手段,在數字空間中實時處理所感知的工業資源數據,將抽象的數據進一步直觀化和可視化,完成對外部物理實體的實時響應;精準控制——IIoT的目的,基于虛擬空間形成的決策,轉換成工業資源實體可以理解的控制命令,實現工業資源精準的信息交互和無間隙協作;迭代優化:達到最優目標。
     
    可以說,工業物聯網正在“顛覆”傳統工業,它對企業的直接回報就是提高營運效率,某些企業曾公布過一項研究,對于一家典型的日產25萬桶的煉油廠,實現卓越運營可比平均水平的企業在設備可靠性和能源效率相關的運營成本方面每年節省大約1230萬美元。換言之,工業物聯網可為全球煉油企業帶來巨大經濟利益,在其他行業亦然。
     
    通過某些企業的研究可以看到,工業物聯網通過普適測量為提高工廠運行性能和安全性提供了解決方案,它可在整個工廠增加無線測點,并利用預測分析技術對這些點進行監測,及時向工作人員預報情況,以便他們及時采取有效措施。通過對泵、電機、疏水閥、熱交換器、閥門、管道系統等設備的健康狀態監測能夠優化生產過程。無線測點就相當于工廠的眼睛,煉油廠的傳感器(即工業物聯網中的“物”)可以提前發現運行性能下降以及即將發生的故障,從而延長設備正常運行時間,提高工廠安全性。
     
    目前,工業物聯網平臺是工業物聯網應用的重要支撐載體。我們看到,植根于工業制造領域的巨頭積極布局工業物聯網平臺,國外有Predix,MindSphere、ProfiCloud等,國內有根云、COSMOPlat、INDICS等;然后,IT巨頭也紛紛借助于云平臺的優勢積極發展工業物聯網平臺。如Azure、AWS、Watson、HANA等,國內BAT等也相繼推出;同時,企業之間展開優勢互補合作擴建工業物聯網生態圈,例如GE在2016年宣布Predix登陸微軟Azure云平臺,ABB于2017年宣布依托于微軟Azure平臺提供工業云服務。
     
    在推出自己的物聯網平臺Plantweb時說,油氣、煉油、石油化工和其它企業現在可以將其在儀表傳感器和通信基礎設施方面的現有投資用于新的應用,從而改進可靠性、能源管理和安全性。今天推出的新產品標志著在幫助客戶部署工業物聯網應用(無需內部行業專家)愿景的道路上邁出了重要的一步。
     
    中控集團也在今年夏天推出工業操作系統supOS,作為工廠通用連接器,可以將工廠各種信息系統、管理軟件系統、自動化系統、智能設備進行銜接,每天產生的大量數據可以被打通、應用。在設計開發平臺,免費提供開發工具、開發包、接口及認證發布服務,借助這些智能工業APP可大大優化工廠運營效率。
     
    傳感器:萬物互聯的核心基礎,工業物聯網的“眼睛”
     
    在《工業物聯網白皮書(2017版)》中,描述了工業物聯網的技術趨勢,在終端智能化上體現在兩個方面,一是底層傳感器設備自身向著微型化和智能化的方向發展,另一方面是工業控制系統的開放性逐漸擴大,使得工業控制系統與各種業務系統的協作成為可能。
     
    我們觀察到,隨著物聯網、云計算、大數據、人工智能的崛起,傳感器已經成為發達國家和跨國企業布局的戰略高地。2017年11月20日,我國工信部也正式下發了《智能傳感器產業三年行動指南(2017-2019)》。
     
    智能傳感器是指具有信息采集、信息處理、信息交換、信息存儲等功能的多元件集成電路,是集成傳感器、通信芯片、微處理器、驅動程序、軟件算法等于一體的系統級產品。《指南》中規劃了通過核心技術攻關工程推動傳感器產業向中高端升級,設立智能傳感器創新中心推動技術、人才、工藝全面提升,并且啟動產業鏈升級工程三項專欄工程完善產業生態布局。
     
    當前,我國一批企業具備了一定的規模和技術實力。自主研發能力提升,設計、制造、封裝等環節產生了一批創新成果,部分技術領域打破了國際壟斷。此外,隨著傳統半導體代工和封測廠商進入智能傳感器領域,國內產業組織模式以專業化分工明確的虛擬IDM模式為主。根據《指南》,到2019年,我國智能傳感器產業取得明顯突破,產業生態較為完善,涌現出一批創新能力較強的國際先進企業,技術水平穩步提升,產品結構不斷優化,供給能力有效提高。
     
    紐倫堡的中國傳感器身影:用品質助力中國智造,用匠心贏得全球市場
     
    在2018年的德國開幕的紐倫堡傳感器展上,全球知名傳感器廠商攜核心產品、新產品亮相,一展覽盡千萬種傳感器核心。我們也看到了中國傳感器的身影,上海立格的單晶硅差壓傳感器、高過載單晶硅壓力傳感器、單晶硅壓力傳感器悉數呈現,同時還見證了新一代單晶硅多參數傳感器的首發。
     
    據筆者了解,以上海立格為代表的專業壓力變送器生產廠商,在德國舉辦的全球專業展會一直非常活躍。德國紐倫堡傳感器、測試測量展覽會SENSOR+TEST 2018是傳感器及測量技術方面最專業的展覽會之一,全方位地展示測試系統、傳感器及計算機方面的專業知識,是歐洲乃至全球最具影響力、規模最大的傳感器展覽會之一。立格負責人說,此次在紐倫堡首發的單晶硅多參數傳感器,可以讓單晶硅差壓變送器工況條件下精度更高,遠遠領先國內,而掌握了多變量技術,則可以集成其他類型的傳感器,比如監控管道振動、溫度、產品自身的狀態,這些基于工業物聯網的產品狀態監測,能夠提供更高的價值。
     
    專業傳感器生產商,和RFID、芯片制造商一樣,處于工業物聯網的設備制造環節。德國紐倫堡傳感器展已經連續18年如火如荼開展,傳感器對工業4.0智能制造所承擔的重要作用不言而喻。現階段我國制造行業的一些公司已經在利用IIOT來提高生產力并開發新的產品和服務,未來,隨著越來越多的先進傳感器、處理能力和數據存儲的發展及普及,主流工業企業及其競爭力將會轉向IIOT以保持競爭力,并尋找新的增長機會。
     
    研究顯示,全球工業物聯網市場規模預計在2020年超過5000億美元,并將持續高速增長。到2030年,預計工業物聯網為世界經濟帶來的收益至少在10萬億美元;而基于持續增加的投入估計,到2030年,工業物聯網帶來的收益可達到14萬億美元。屆時,傳感器生產商也將迎來自己的黃金時代。
     
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