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独家专题丨工业进化的“新质”引擎,探索智能传感器的变革之路

独家专题丨工业进化的“新质”引擎,探索智能传感器的变革之路

2024/4/9 18:18:08

在当今快速发展的工业时代,传感器技术无疑成为了制造业、汽车行业以及航空领域进步的关键驱动力。随着智能化和精准化概念的不断深入人心,工业传感器技术也迎来了前所未有的飞速发展。从生产线的自动化控制到汽车的自动驾驶系统,再到航空器的高精度导航,处处都离不开先进的传感器技术。这些传感器不仅提高了生产效率和产品质量,还为安全监控和环境监测提供了强有力的技术支撑。今天,我们很高兴邀请到了五家在工业传感器领域具有重要影响力的企业——ADI、安森美、思谋科技、弓望电子、海伯森,它们将分享各自对于当前工业传感器技术智能化和精准化发展趋势的看法,以及这些趋势在未来十年内如何影响相关行业的洞察。


一、智能化与精准化感知能力是推动产业发展的前驱

在探讨工业传感器技术的智能化和精准化趋势时,我们不仅见证了技术进步的惊人速度,也体会到了这些进步对于制造业、汽车行业和航空行业的深远影响。

智能化趋势体现在传感器的自我处理和决策能力上。ADI中国区工业市场总监蔡振宇表示:“随着业务向智能化转型,企业需求日益多样化,这要求传感器具备更高的灵敏度和响应速度。特别是在工业物联网领域,传感器不仅需监控环境和评估生产线状态,还要能够提供必要的处理能力,实现机器的完全自主运行。例如,ADI通过集成先进的深度计算技术和激光驱动器,推出的ADTF3175模块,不仅具备高像素、低噪音、超高精度等特点,还能够在设备端直接进行复杂的数据处理,这大大提高了制造流程的灵活性和智能水平。这也意味着,现代工业传感器已不仅仅是数据采集的工具,而是成为智能决策的参与者。”

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在讨论了智能化趋势,特别是传感器技术在自我处理和决策能力方面的发展之后,我们可以看到,这种技术进步不仅提升了制造流程的灵活性和智能水平,而且标志着传感器在工业自动化中角色的根本变化。这一变化体现了工业生态系统对于更高效、更灵活的生产流程的迫切需求。此外,随着企业向智能化转型的步伐加快,对传感器的需求也变得更加多样化和复杂。这种需求的演变推动了传感器技术的快速发展,不仅要求传感器有更高的灵敏度和响应速度,还要求它们能够在复杂的工业环境中作出智能决策。

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随着技术的发展,传感器不再是单纯的数据收集器,而是变成了具备自主处理和分析能力的智能设备。这种转变意味着传感器技术正处于一个重要的转折点,它们将在实现更加灵活和智能的制造流程中发挥关键作用。安森美模拟与混合信号事业部中国区市场经理 Jagger Yan表示:“精准化则关乎传感器提供的数据质量,安森美通过其高精度与高速度性能的NCS32100双电感式旋转位置传感器展现了精准化的重要性。这种传感器的高性能对于实现精密的运动控制和提高自动化生产线的监控质量至关重要。这不仅提升了生产流程的精确度,还保障了产品质量的一致性和可靠性。”

在IoT和AI技术的赋能下,思谋科技智能传感器系列产品经理魏少康通过案例进一步证明了智能化传感器在处理复杂工业环境中的强大能力,他认为数据互操作性和智能化升级在这一过程中起到了关键作用,它们使得传感器能够更加高效地管理和分析数据,提升其对复杂环境的适应性。这种技术融合不仅为传感器带来了新的机遇,也为整个工业领域的发展打开了新的视野。

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工控网认为,工业传感器的智能化和精准化趋势正在为制造业、汽车行业和航空行业带来革命性的变化。随着这些技术的不断发展和应用的不断拓展,智能化、精准化的工业传感器将在推动全球工业发展中扮演更加关键的角色。而在工业数智化和新质生产力的趋势推动下,工业将会是智能化传感器最重要的应用场景之一,同时不断创新的传感器技术也会带给各行各业新的机遇。


二、IoT和AI技术整合的挑战与创新策略

整合物联网(IoT)和人工智能(AI)技术面临诸多挑战,包括数据安全、能耗管理和技术兼容性等。面对这些挑战,采取创新策略至关重要:通过端到端加密和强大认证机制加强数据保护,利用低功耗技术和能量收集减少能耗,以及使用开放标准和模块化设计提高系统间的兼容性和互操作性。这些策略不仅帮助克服整合过程中的难题,而且促进智能工业应用的发展,实现更高效、安全和可持续的生产环境。

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安森美智能感知部工业及消费应用大中华区市场经理 Annie Tao认为,IoT和AI技术整合到传感器中会促进主流工业应用场景的创新,例如工业检测、工业扫码及机器人等,实现追求精准、智能和高效的目标。其中图像传感器作为视觉系统的眼睛,如何在更复杂多样的环境中更精准、快速的输出场景信息至关重要。同时,她还分享了安森美在机器人应用和AR/VR领域中,如何通过技术创新应对在不利光照条件下的图像捕获挑战。例如,安森美的AR0822传感器具备eHDR功能,可以在复杂的光照条件下准确捕获图像,为自主机器人视觉系统的设计提供了更大的灵活性和稳定性。

从工控网视角来看,随着设备变得更加智能和连接性更强,数据安全问题变得尤为突出。保护传输中和静态中的敏感数据,防止未授权访问和数据泄露,是技术整合的重要考虑点。此外,随着传感器数量的增加和计算需求的提升,能耗管理也成为一个重要问题。为此,开发低功耗设备和算法,优化能源使用,是确保可持续性和减少运营成本的关键。

海伯森市场经理叶庆耀则从高度集成的微处理器、先进的通信协议、大数据分析算法和机器学习模型等方面谈到了整合IoT和AI技术的创新策略。他指出,虽然这些技术的整合为智能传感器带来了巨大的机遇,但也面临着数据安全和传感器能耗管理等挑战。因此,海伯森致力于研发更加高效、安全的数据传输和处理方案,以及优化能源管理的解决方案,以确保智能传感器系统的稳定性和可靠性。

在面临挑战的同时,我们也看到了一些机遇。当下,企业对于传感器要求不仅仅是数据采集点,而是变成了智能设备,能够在数据产生的地点即时处理和分析数据。这种转变大大减少了对中心服务器的依赖,降低了数据传输的延迟和成本,同时提高了数据处理的效率和安全性。边缘计算的兴起使得传感器能够实现更加快速的决策和响应,对于实时监控、预测性维护和自动化控制等应用至关重要。这不仅为传感器技术的未来发展开辟了新的道路,也为各行各业带来了革新的可能,使其能够更好地适应快速变化的市场需求和技术环境。

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ADI OtoSense智能电机传感器解决方案

ADI中国区工业市场总监蔡振宇表示,智能传感、人工智能驱动的边缘计算和无处不在的连接亦能为智能边缘带来新的功能、应用和市场。在工业领域,预测性维护技术通过提前预警和判断,有助于避免安全风险和减少停机时间。他介绍到,ADI OtoSense智能电机传感器解决方案(Smart Motor Sensor, SMS)是一个针对三相鼠笼异步电机设计的AI基础预测性维护平台。这个解决方案整合了微机电系统(MEMS)、温度、磁感等多种传感技术,并通过AI实现边缘计算能力,能够初步诊断出电机的9种异常情况。通过持续监控并跟踪传感器异常,该系统可以预计未来可能出现的问题,如断裂,并提前发出警告。此外,通过将收集到的数据上传到云端进行分析并学习,系统能够通过更新软件算法并将其传输到边缘设备上,实现技术的持续迭代和优化。

同时,弓望电子董事长邓高强强调了边缘计算和能源效率在智能传感器发展中的创新策略。他认为,将数据处理和分析功能移到传感器设备本身可以减少对中央服务器的依赖,降低了数据传输的成本和延迟,并提高了系统的响应速度和传感器的易用性。此外,通过采用节能型传感器芯片和优化能源管理算法,可以进一步降低传感器系统的能耗,延长设备的使用寿命。

三、发展产业智能化,深入场景化的能力至关重要

产业智能化已成为推动经济增长和技术创新的关键因素。企业和行业深入挖掘场景化应用的能力,不仅对于优化现有生产流程至关重要,更是实现持续创新和维持竞争优势的核心。通过深入场景化的应用,智能传感器不仅能够提高生产效率,降低运营成本,还能够预防潜在的安全风险,保障生产安全。

ADI中国区工业市场总监蔡振宇介绍到,ADI MEMS传感器技术已经广泛应用在风电产业的智能风机中,实现了对风机塔筒的实时监测,从而提高风电设备的运行安全性。ADI精密惯导测量单元(IMU)和低噪声、低漂移加速度计的部署允许对塔筒的振动、倾斜等关键状态进行监控,通过预测性维护避免事故发生。此外,ADI的MAX40109低功耗、精密传感器接口SoC为传统压力传感器提供了一种新的校准方法,减少了生产复杂性和成本。这一创新不仅简化了校准过程,还显著缩小了整体解决方案的尺寸。ADI持续在压力传感器市场进行创新,旨在提供支持各种压力传感器技术的通用解决方案,满足工业市场对功能安全日益增长的需求。

思谋科技智能传感器系列产品经理魏少康以光伏行业中的智能传感器和在制造业中的智能工业平台应用为例,说明智能传感器如何实现生产效率的大幅提升和产品质量的显著增强。他指出,智能传感器可以实现对光伏组件的快速检测和识别,提高了生产线的生产效率和产品的一致性。同时,智能工业平台可以实现对生产数据的实时监测和分析,为生产过程的优化提供了数据支持。

风电智能传感器的广泛应用,以及光伏行业的快速检测与识别到制造业的实时监控和数据分析,体现制造业向高度自动化和智能化生产的必然趋势。这种趋势不仅优化了生产流程,减少了人为错误,还提高了资源利用效率和生产的可持续性。进一步地,智能传感器在机器人技术中的应用,尤其是在视觉感知和精准定位方面的进步,展现了智能制造领域的新边界。这些技术的集成不仅使机器人能够更加灵活地应对复杂环境,还大大扩展了其应用场景,从而为行业带来了新的增长机遇。

安森美智能感知部工业及消费应用大中华区市场经理 Annie Tao表示:“机器人具备视觉感知能力,这得益于图像传感器使它们能够在复杂环境中自如穿梭,精准检测并辨识各类物体。安森美的全局快门技术为机器人提供了强大的导航和防碰撞能力,确保其在行动过程中能够迅速响应周围状况。针对光线复杂的混合照明场景,高动态范围(HDR)技术确保机器人视觉系统能准确捕捉高对比度环境下的细节信息。至于需要精确测距和物品精确定位的任务,则由高分辨率、大面积的图像传感器担纲,确保机器人动作的毫米级精度。”

四、独家观点及预测

通过前面三部分与企业的交流,让我们对当下智能传感器的技术创新和应用有了更为清晰的认识。但是面对新质生产力、新型工业化以及供应链安全的趋势驱动,传感器企业对未来会有更为细致的认知,例如,更加细分的市场,一直坚守的传统领域和“嗷嗷待哺”的新兴产业。

安森美中国区汽车现场应用工程经理 William Chen表示:“汽车图像传感器市场正在迅速发展,分辨率的需求正从当前的800万像素向1200万和1600万像素转变,同时500万和800万像素的传感器被广泛应用于车辆座舱中。随着市场对更高分辨率的需求增加,图像传感器的发展趋向于更小的像素尺寸,面临的主要挑战是在低光照条件和高温环境下保持优异性能。安森美的最新一代图像传感器采用更小的2.1 µm像素,相较于3 µm方案在微光性能、高动态范围(HDR超过150 dB)以及减少LED闪烁方面表现更佳,提供了卓越的色彩保真度和图像清晰度。”

在汽车领域,图像传感器市场的快速发展及其对更高分辨率和更小像素尺寸的追求,反映了技术进步和市场需求的动态平衡。这种进步不仅是技术创新的结果,也是应对复杂驾驶环境挑战的必然要求。这一点不仅体现了在汽车安全和自动驾驶技术方面的应用需求,也预示了未来汽车图像传感器技术发展的方向。从这一趋势转向工业自动化领域,智能传感器的创新和应用展现了对高效、智能生产方式的追求的同时,也依然要求技术和市场需求处于动态平衡的状态。


海伯森市场经理叶庆耀从高精度智能传感器产品的创新和供应链安全角度,分享了公司对工业自动化未来发展的看法。他认为,高精度智能传感器将成为工业自动化的重要组成部分,为制造业带来更高效、更智能的生产方式。同时,他也强调了高精度智能传感器的供应链安全问题,指出了保护知识产权和数据安全的重要性。

弓望电子董事长邓高强认为,在编码器和位置传感器行业,智能传感器正引领着向高精度和高可靠性的新标准转变,推动着集成化和模块化设计的趋势,以适应极端环境并降低成本。同时,通过融合AI和边缘计算,这些传感器不仅提高了数据处理速度和系统效率,还赋予了自我监测和诊断的能力,实现预测性维护。此外,随着智能传感器越来越多地连接到互联网,数据安全和隐私保护也成为设计和开发过程中的关键考虑因素。

工控网点评

智能化与精准化正在根本上改变工业传感器的角色和能力,引领制造业、汽车行业、航空领域等关键工业部门进入一个全新的发展阶段。这些进步不仅使传感器从简单的数据采集器转变为具有自主处理和实时决策能力的智能单元,而且在提高生产效率、确保产品质量以及增强安全和环境监控方面起到了决定性作用。随着IoT和AI技术的融合深化,面临的数据安全、能耗管理和技术兼容性挑战也促使行业不断创新,以维持技术的前沿地位和应用的广泛性。智能传感器技术的持续进步预示着工业领域将更加强调系统的集成性和操作的智能化,为实现高度自动化和智能化的工业4.0愿景铺平道路。


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柳威
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