‧ 工業 4.0 將無處不在的感測器形成一個智慧型網路

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「工業4.0」最核心的方面是智慧化製造，不管網路化還是數位化，最前端都將是智慧化，但所有的這些都將離不開感測器。那麼感測器有著哪些種類，它們是怎樣操作的，有著怎樣的市場應用呢?請看以下相關分析報導。

工業4.0是什麼?工業4.0將無處不在的感測器、嵌入式中端系統、智慧控制系統、通信設施通過CPS形成一個智慧型網路。通過這個智慧型網路，使人與人、人與機器、機器與機器、以及服務與服務之間，能夠形成一個互聯，從而實現橫向、縱向和端到端的高度整合。

感測器是一種檢測裝置，能感受到被測量的資訊，並能將檢測感受到的資訊，按一定規律變換成為電的信號或其他所需形式的資訊輸出，以滿足資訊的傳輸、處理、儲存、顯示、記錄和控制等要求。實質上，感測器就是工業4.0的重要硬體之一。

工業4.0的軟體有工業物聯網、工業網路安全、工業大數據、雲端運算平臺、MES系統、虛擬實境、人工智慧、知識工作自動化等;硬體是工業機器人(包括高端零組件)、感測器、RFID、3D列印、機器視覺、智慧物流(AGV)、 PLC、資料獲取器、工業交換機等。

目前對感測器尚無一個統一的分類方法，但比較常用的有如下三種：按感測器的實體量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等感測器;按感測器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等感測器;按感測器輸出信號的性質分類，可分為：輸出為開關量(「1」和「0」或「開」和「關」)的開關型感測器;輸出為類比型感測器;輸出為脈衝或代碼的數位型感測器。

目前市場上的感測器產品已由過去的少數品種，擴展到光敏、熱敏、力敏、電壓敏、磁敏、氣敏、濕敏、聲敏、射線敏、離子敏、生物敏等各種感測器，以及變送器、二次儀錶等多種類、多形式產品。多學科、多種創新技術的交叉融合，推動了新一代感測器的誕生與發展。

「工業4.0」不管網路化還是數位化，最前端都將是智慧化，但所有的這些都將離不開感測器，就像一個人一樣，眼睛其實就是視覺感測器，鼻子是嗅覺感測器，而皮膚就是觸覺感測器，正因為人有著這麼多智慧化的器官，人類才是高等智慧化的動物。

除此，人還有執行器，如手、腿，包括眨眼、撇嘴這種動作，都是某些組織通過神經傳輸給大腦，大腦將這些資料進行計算和處理，然後在指示給器官，器官才能做出各種動作和行為。

在整個控制理論裡，所有的控制實現都是要經過前端的感知，雖然有些系統屬於預先性的設置，但是預先性的設置和條件式的反應完全是兩回事，在智慧化方面也是兩個性質的。

在智慧化方面，感測器的角色就是這種關鍵性的，沒有了感知，智慧化將無從體現。如果整個系統都是很多經驗性或者預測性的，這裡面首先就需要超大數據的支撐，另一面在實際情況中，各種變化都是新的，不可能先有一種預先對其準確無誤的預測，這就會給實際的生產造成某程度上的隱憂。

那麼感測器的工作原理是怎樣的呢?感測器工作原理主要是物理感測器的實體效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。

在整個工業4.0過程中，感測器也可以說需求巨大，市場廣闊，應用廣泛。市場上的感測器行業大致可劃分成三大塊，物理感測器、化學感測器、生物感測器。在目前市場不斷朝智慧化的發展趨勢走向，感測器行業就是一個朝陽產業，因為不管是德國的工業4.0，還是的工業網路，或是中國的工業2025，具體到物聯網、智慧汽車、智慧傢俱，這些的前端核心都是感測器。

以上為感測器在各行各業市場的應用比例，可以看出感測器最大的市場應用，在於數位相機行業，應用市場最小的在其他掌上型通訊設備行業。

上圖為感測器在汽車市場方面的應用，可以看出，從2011年開始至2015年，感測器的應用總體基本上是穩步增長的趨勢。隨著資料量的增大，整合了微處理器的智慧感測器，將成為今後的重要發展方向。

汽車的發動機管理系統其採用各種感測器，是整個汽車感測器的核心，種類很多，包括溫度感測器、壓力感測器、位置和轉速感測器、流量感測器、氣體濃度感測器和爆震感測器等。

這些感測器將發動機吸入空氣量、冷卻水溫度、發動機轉速與加減速等狀況，轉換成電信號送入控制器，控制器將這些資訊與儲存資訊比較、精確計算後，輸出控制信號。發動機管理系統不僅可以精確控制燃油供給量，以取代傳統的化油器，而且可以控制點火提前角和怠速空氣流量等，極大地提高了發動機的性能。

據市場研究公司Transparency Market Research估測，這類智慧感測器的銷售額可能會以每年10%的速度遞增，到2018年有望達到69億美元。對於未來智慧感測器的發展，Winter Green公司給出了充滿希望的預測，整合微處理器的智慧感測器，將在2019年達到2.8萬億個，遠遠高於2013年的6500萬個。