2016年中国工业无线传感器网络产品市场应用趋势分析

 中国电子报、电子信息产业网  作者:赛迪顾问高级分析师李龙
发布时间:2016-09-13
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  进入二十一世纪后,传感器市场一直以来都是全球经济发展的热点领域,虽然在2012和2013年受全球经济不景气与国际经济形势的影响,全球传感器市场增长乏力,但随后几年的传感器市场规模在物联网热潮的推动实现了稳步提升。从传感器的应用领域来看,近几年中国汽车、工业机器人、智能手机、平板电脑等相关产品发展迅速。在工业领域,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN) 在工业物联网应用过程中起到了枢纽的作用,负责将独立的传感器单元通过无线网络连接起来,并将各个传感器采集的数据传输汇总,以实现对空间分散范围内物理或环境状况的协作监控,进而根据这些信息进行相应的分析和处理。如今,全球物联网热潮带来的感知时代和各国制造业地位的再度提升为工业领域传感器相关产品的发展创造了良好的发展机遇。

  一、 工业物联网发展现状及发展因素

  自2009年我国第一次提出“感知中国”战略起,物联网产业开始进入了高速发展的快车道。经过十多年的发展,物联网产业已经成为我国战略性新兴产业的重要组成部分,通过新一代信息技术的高度集成和综合运用,对改造传统产业,促进传统产业转型升级,以及加速新一轮产业变革和经济社会绿色、智能、可持续发展具有重要意义。"十三五"期间,工信部将推动物联网规模应用,推进物联网在消费领域的应用创新,以及加快物联网与工业、能源、环保等领域的深度融合。

  目前,我国物联网发展与全球同处于起步阶段,初步具备了一定的技术、产业和应用基础,呈现出良好的发展态势。据赛迪顾问数据统计,2015年我国整个物联网产业的销售收入超过7500 亿元以上,预计到2020年,我国物联网规模将突破17000亿元。

  

图 1 2011-2020年中国物联网整体规模与增长预测

  

  

数据来源:赛迪顾问 2016,7

  目前,工业作为物联网应用的重要领域,正处于智能转型的关键阶段。工业和信息化部部长苗圩提出,“十三五”时期是我国制造业提质增效、由大变强的关键期。实现“数字化、网络化、智能化”制造,是制造业发展的新趋势,也是新一轮科技革命和产业变革的核心所在。工业物联网融合了“数字化、网络化、智能化”的趋势需求,通过将传感器嵌入装配到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、油气管道等各种工业设备中,实现物联网与工业过程的有机融合,从而大幅提高生产制造效率,改善产品质量,并降低产品成本和资源消耗,将传统工业提升到智能工业。

  2015年我国工业物联网规模达到1475.6亿元,在整体物联网产业中的占比由2014年的18%上升至19.6%。在政策的推动下,预计2020年,工业物联网在整体物联网产业中的占比将达到25%,规模将突破4300亿元。

  

图 2 2011-2020年中国工业物联网整体规模与增长预测

  

  

数据来源:赛迪顾问 2016,7

  从上图中可以看出,未来几年我国工业物联网的整体规模一直保持着接近25%的增长势头。制造企业提升自身竞争力是推动工业物联网发展的主要原因。我国企业目前多处于工业2.0与3.0的边缘,成本控制、生产效率和流程管理等方面水平较低,需要提升的空间还很大。物联网技术为信息化和工业化融合创造了一个结合点,使得信息化进程和工业化进程不再独立进行,而是两者在技术、产品、管理等各个层面相互交融,以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,帮助企业进行生产流程、组织管理和服务升级等方面的改造,进而提升企业在市场中的竞争力。

  同时,政策因素有力的推动了工业物联网的发展。随着工业4.0战略在全球范围的推进,智能工业逐渐变成各国的焦点。在鼓励节能减排和绿色环保的大背景下,从2009年基于物联网的“感知中国”命题的提出,到2012年工业和信息化部发布的《物联网“十二五”发展规划》,再到2015年李克强总理签批的中国版“工业4.0”规划《中国制造2025》,我国工业物联网的发展有着良好的政策环境。

  二、 工业传感器发展现状及未来趋势

  我国物联网技术已经融入到了纺织、冶金、机械、石化、制药等工业制造领域。目前在工业领域已经可以做到用互联网监控并管理生产链、物资供应链。其中传感器在工业自动化过程中极为重要,扮演着为物理世界和控制系统提供信息连接的重要角色。在工业过程控制中,计算机技术已经相对成熟,需要采集的信息正在不断增加,生产过程要求大量的各类传感器,如压力传感器、热敏传感器、光敏传感器、气体传感器、湿敏传感器和磁敏传感器等,把大量非电量的物化参数转化成电信号控制信息,以满足各个工业过程中的自动化和智能化的发展需求。如今,使用数量较多的有压力、位移、加速度、角速度、温度、湿度和气体传感器。

  随着我国物联网、大数据、云计算等新兴领域的持续带动,传感器在智能手机、可穿戴设备、工业自动化设备、汽车电子、环保检测与治理、医疗器械、智能家电等整机产品中的应用更为广泛,不断拉升了我国传感器产品的市场规模。其中,2015年,带有芯片的传感器在工业领域的应用规模达到160.7亿元,约占传感器市场规模的14%。

  

图 3 2011-2020年中国工业传感器市场规模与增长预测

  

  

数据来源:赛迪顾问 2016,7

  未来几年,信息技术在工业领域的全面应用将会促进工业传感器市场规模的迅速增长。“中国制造2025”的提出会促进企业全面智能化改造,加快产品更新换代,提高产品技术含量,逐渐缩短国内与国际先进水平的差距,在生产设备、工业环境和流程管理等部分中融入传感器、微处理器、PLC和数字通信接口等现代信息技术,提高产品的数字化、智能化和网络化的程度,进而提高产品的技术含量和附加价值,最终实现我国制造企业竞争力的提高以及整体工业水平的提高。由此可见,传感器在工业领域将会有广阔的应用前景。

  然而,传统的传感器在工业领域依旧存在着一些局限性:与总线相连的传感器代价昂贵,传感器组网的开销成本巨大;在人力难以靠近的危险区域布线困难;不同类型的传感器和控制系统的软硬件之间协议不兼容。

  在此背景下,随着无线传感器网络技术的发展与成熟,无线传感器网络产品开始凭借自身独特的优势,开始逐步替代传统有线传感器产品,并渗入到工业领域的各个环节,成为市场上的新兴热点。无线传感器与传统有线传感器相比存在,其优势主要体现在以下几个方面:

  1、无线传感器具有较高的灵活性,适用于有移动需求但不方便布线的情况,如起重机、移动装瓶设备、交通行业、自动引导车辆系统和单轨输送机等。

  2、无线传感器具有较高的可靠性。无线传感器可以避免运动带来的损伤,如长拖链所带来的导线弯折、旋转运动导致电缆线的扭曲折断等。同时,排除了有线网络中由连接器引起的故障因素。

  3、无线传感器具有较高的安全性。随着技术的发展和新威胁的不断出现,安全维护的升级能力是必不可少的。新的加密策略和隐蔽的数据传送预示着无线的安全级别将超过有线系统。另外在一些危险的极端环境,如不方便布线的爆破场合,无线传感器可以保障人员安全。

  4、无线传感器可以大幅度减少人员工作量。受桥梁、河流、山川等地势影响,线缆无法任意建设的地方,无线传感器可以减小人力成本和工程周期。故障出现时,无线传感器检修点较为集中,可以消除以往沿线巡查的繁琐事务。

  5、无线传感器成本低廉。无线传感器相对于有线传感器安装、维护、故障诊断和升级配线费用具有明显的成本优势。

  如今,现代化工业生产向着大型、快速、高效、低耗和环保的方向发展。随着信息技术的发展,生产的智能化和业务流程的智能化是整体智能化的前提,企业纷纷开始实施生产线的改造以及IT设备的升级改造来实现企业内部的互联网化,最终实现新一代信息技术与制造业深度融合,形成新的生产方式、产业形态和商业模式。无线传感器因为其灵活、安全、可靠、便捷以及低成本将在未来企业智能化生产中发挥特殊的作用。

  

图 4 2011-2020年无线工业传感器在工业传感器中的占比与预测

  

  

数据来源:赛迪顾问 2016,7

  三、 工业无线传感器网络产品发展现状及趋势

  工业无线传感器网络产品为系统级产品,即包括现场无线传感器、数据转发网关和监控主机等在内的整体解决方案。因具有成本低、范围大、布设灵活、移动支持等特点,工业无线传感器网络产品在力学参数检测、工业监控、智能电力、矿山安全、医疗健康、环境监测等行业的应用一直广受重视;与此同时,工业无线传感器网络产品也面临着延长节点工作时间、增加通信距离、小型化、标准化等技术挑战和寻找应用场景等市场挑战。

  随着工业无线传感器网络技术的不断成熟,以及市场需求的不断提升,工业无线传感器网络产品对传统工业传感器替代效果不断提升。2015年,我国工业无线传感器网络产品在工业传感器市场中的占比约为4.9%,规模达到7.8亿元。到2020年,我国工业无线传感器网络产品在工业传感器市场中的占比将达到为11.7%,市场规模预计达到36亿元,年复合增长率高达35.8%,市场前景广阔。

  

图 5 2011-2020年中国工业无线传感器网络产品市场规模与增长预测

  

  

数据来源:赛迪顾问 2016,7

  从有线网络到无线网络的变化将加速无线传感器网络的成长,透过无线传感器网络可接触到比有线网路更广泛、更弹性化以及可扩展的多元应用。随着近几年无线传感器网络技术的飞速发展,越来越多的无线传感器网络产品开始投入使用。目前无线传感器网络产品主要用于检测和监测两部分市场。

  无线传感器网络产品在检测市场主要应用于国防研究、高校、专业科研及检测机构和大型装备制造几个领域。在这几个检测领域中,无线传感器网络产品相对于有线产品具有成本低,灵活性高和应用情景广等显著特点,无线替代有线已呈现未来的发展趋势。国防产品需要进行大量的试验和测试以确保产品的精确性和稳定性,因此对测试国防产品的传感器提出了高可靠性的要求。近几年,国家开始实施越来越多的国防重大工程,并致力于自主可控,再加上更换频率高,对检测传感器的需求正在逐步扩大;如今,我国已经具有一定规模的高校数量和较为完整的人才培养体系,但与国外相比,教学设备还存在差距。同样,我国的科研院也存在着实验设备相对落后的问题。未来随着我国教育产业的发展,相关教学设备和实验设备的采购需求会快速扩大,检测传感器的市场前景较为广阔;我国正在加大检测行业的发展力度,基础设施建设如公路、铁路和桥梁等工程的检测需求在持续增长,使得专业的科研和检测机构对检测传感器的需求增加;随着智能制造的发展,我国对高端大型装备的需求也越来越多。测试装置可以有效的减少产品研发周期,提高产品质量,减低产品成本。检测传感器已经慢慢成为大型装备制造企业在产品研发过程中测试产品稳定性需求,因此检测传感器在大型装备制造领域的市场规模将呈现上升态势。

  无线传感器网络产品在监测市场主要应用于以下几个领域:

  1、 工业环境监测

  工业环境的监测范围已经涉及到整个生态环境的各个方面,包括日常环境监测,如大气,水,电磁辐射和放射性监测等;同时还存在一些特殊的区域环境监测,如沙漠、高山和存在放射源等区域的监测。这些环境对传感器产品的灵活性、可靠性和安全性提出了高要求。无线传感器网络产品可以突破传统的监测方法,在满足了灵活性、可靠性和安全性的同时,为工业环境的监测降低了成本,同时也大幅度缩减了传统监测的繁琐流程,为随机性的研究数据获取提供了便利。随着人们对于工业环境的关注程度越来越高,需要采集的环境数据也越来越多,对无线传感器网络产品的需求将逐步扩大。

  2、 智能电网

  当前,全球能源、环境、气候变化等问题日益突出,世界各国纷纷把开发利用清洁能源作为能源发展与变革的重点。智能电网如今已经成为物联网技术的重要应用之一,也是电网发展的必然趋势。智能电网通过先进的传感测量技术、通讯技术、先进的控制方法和决策支持系统技术的应用,确保电力供应的安全性、可靠性和经济性。为了使智能电网的持续运营,设备安全保障已经成为了关键问题。由于电网设备长期处于高电压、大电流等工作状态,同时面临雷雨等极端自然环境的威胁,对设备实施智能监控显得尤为重要。无线传感器网络产品可对电网设备进行远程的监控,了解设备的工作状态,并将数据传输到控制中心,对设备进行统一管理,同时实时监控也提高了维护效率。随着智能电网计划的推进,对电网设备的智能化监控需求形成了巨大的无线传感器网络产品市场。

  3、 数字化油田

  经济发展与社会需求的不断扩大加速着油井数量的迅速上升,油田开发整体范围也呈扩大趋势。因此,油田生产、管理与经营的智能化成为发展趋势,数字化油田应运而生。在油田的数字化过程中,无线传感器网络产品可以对油井环境和井口设备实现实时监控,将工作现场的设备状态,环境参数等重要信息传到控制中心,在必要时刻即刻发出警报并安排调度。随着无线传感器网络产品在油田的深入推广和广泛示范,数字化油田的数量也将逐渐增加,无线传感器网络产品的市场需求将呈现高速增长的态势。

  4、智能工业

  我国工业制造业正面临新一轮产业革命的契机,制造企业利用物联网技术进行改造升级的需求十分迫切,信息技术企业也在积极借助物联网技术,以其为突破口迅速向工业领域渗透。以智能化为核心的工业4.0的提出,契合了物联网技术向工业领域融合的趋势,未来市场发展潜力巨大。智能制造中的核心之一是工业过程的智能监测。

  将无线传感器网络技术应用到智能监测中,将有助于工业生产过程工艺的优化,同时可以提高生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平,使得生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。随着物联网的快速发展和工业4.0的进一步推进,以智能化为核心的工业过程控制将得到快速发展,进而拉动对基于无线传感器网络技术的工业过程监测系统解决方案的市场需求。

  工业无线传感器网络产品飞速增长的主要原因是随着整个物联网生态环境的成熟,工业物联网也由政府主导开始慢慢发展。中国工业感测终端的数量保持着飞速增长的态势,预计伴随着中国制造2025的推行,到2020年,中国工业感测终端将突破20亿个。同时,无线通信、功耗、极端微型化(驱动力之一是MEMS传感器)以及嵌入式计算方面的发展,也促成了面向苛刻工业环境的无线传感器网络的兴起。工业无线传感器网络产品会随着“中国制造2025”的提出所带动的企业生产线改造和IT设备升级改造一直高速增长到2020年,并一直保持着上升趋势。


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:赵晨
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