過去十年來，很多統(tǒng)計機(jī)構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)公司都預(yù)測物聯(lián)網(wǎng)市場將穩(wěn)定增長。展望未來，物聯(lián)網(wǎng)市場有望迎來更大的增長。據(jù)《財富商業(yè)洞察》報道，至 2028 年全球物聯(lián)網(wǎng)市場總值預(yù)計可達(dá) 18547.6 億美元。不斷增長的需求表明，許多業(yè)務(wù)部門對物聯(lián)網(wǎng)解決方案的需求越來越大。越來越多的公司正在整合物聯(lián)網(wǎng)解決方案來滿足他們的業(yè)務(wù)需求，使市場需求節(jié)節(jié)攀升。
本文作者在PSA工作時，一直都在幫助各種公司達(dá)成集成物聯(lián)網(wǎng)解決方案的復(fù)雜業(yè)務(wù)目標(biāo)。現(xiàn)在他想分享他在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的實踐經(jīng)驗和觀察結(jié)果，釋放物聯(lián)網(wǎng)傳感器的潛力，并幫助企業(yè)選擇合適的傳感器。
傳感器在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場中扮演怎樣的角色？
傳感器在物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中被稱為“物件”。因此在后文中，我們也會經(jīng)常將它們稱為“物件”。物件可以從企業(yè)收集信息，例如來自工廠設(shè)備的數(shù)據(jù)，來預(yù)測何時開始出現(xiàn)故障；物件可以收集特定區(qū)域檢測到的外部物體和人員的數(shù)據(jù)；物件還可以收集描述工作條件的數(shù)據(jù)，等等。這些數(shù)據(jù)點收集上來后，就成為了分析公司績效的基礎(chǔ)，有助于公司制定新的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略、優(yōu)化資源、提高生產(chǎn)力和企業(yè)安全性等。
Mordor Intelligence 的最新報告證實了制造業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)傳感器，也稱為 m2m（機(jī)器對機(jī)器）傳感器的需求，顯示傳感器市場預(yù)計到 2026 年將以每年 24%的速度增長。要在這個市場上保持競爭力，制造商需要開發(fā)更實用、更實惠、可以在各種條件下工作的傳感器。因此我們可以看到傳感器的可靠性、工作范圍、響應(yīng)時間、性能、耐用性、與其他設(shè)備的集成難度以及互通能力方面都出現(xiàn)了不同程度的改進(jìn)。
物聯(lián)網(wǎng)傳感器特性：企業(yè)可以使用哪些類型的傳感器？
與物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的其他組件相比，傳感器并不是一件復(fù)雜的設(shè)備。它可以測量各種信息，例如機(jī)器的溫度、聲音、振動情況等。與普通傳感器不同，“智能”傳感器不僅可以測量物理量，還可以處理信息、與其他設(shè)備通信，并做出決策。此外，它們更快、更準(zhǔn)確，甚至可以消耗更少的電力。智能傳感器通常會使用以下組件：
傳感器本身收集數(shù)據(jù)
微處理器生成數(shù)據(jù)輸出
無線通信功能將輸出發(fā)送到指定的網(wǎng)絡(luò)位置
實施工業(yè)4.0解決方案的工廠需要使用智能傳感器在更復(fù)雜的工作條件下提供上述測量結(jié)果。例如，它們可以監(jiān)控移動物體，使用超聲波測量自身與工人難以到達(dá)的區(qū)域之間的距離，并與存在潛在危險的設(shè)備連接起來，從而提高工人的安全性。此外，智能傳感器現(xiàn)在能夠執(zhí)行很多只有復(fù)雜設(shè)備才能執(zhí)行的功能。它們可以代替用于測量電導(dǎo)率的電導(dǎo)計，或用于測量鹽濃度的TDS計。例如，我們在 PSA 所做的一項工作就是在燃油分配系統(tǒng)中使用智能傳感器。
高級物聯(lián)網(wǎng)傳感器可以根據(jù)使用條件進(jìn)行編程。如有必要，工廠可以更新傳感器的功能，以適應(yīng)新的工作環(huán)境。
企業(yè)中最常見的物聯(lián)網(wǎng)傳感器類型有：
壓力傳感器可以感知液體和氣體中的壓力變化，并能測量單位面積的受力
溫度傳感器可以測量設(shè)備或環(huán)境溫度并檢測它的變化趨勢
化學(xué)傳感器可以檢測環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)
運動傳感器能夠檢測物理對象的運動情況
距離傳感器可以確定物體與自身之間的距離
水質(zhì)傳感器可以檢查水中存在的化學(xué)物質(zhì)、氧氣和 PH 值以及電導(dǎo)率
煙霧傳感器可以檢測房屋內(nèi)是否存在煙霧
紅外（IR）傳感器可以測量紅外輻射和熱量的水平
液位傳感器可用于測量某些罐中的液體、粉末和顆粒材料的液位
圖像傳感器可以捕獲圖像用于進(jìn)一步處理和分析
加速度傳感器可以測量物體的加速度
陀螺儀傳感器可以確定物體的方向，測量其角速度
光學(xué)傳感器可以通過檢測光反射來識別物體
可以改善物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的傳感器技術(shù)
如今，傳感器解決方案的制造商正專注于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，因為傳感器市場存在這方面的需求。初創(chuàng)公司和老牌公司都可能對開發(fā)各種傳感器解決方案感興趣。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)可以從它們的興趣中受益，因為傳感器解決方案會變得更加實用、耐用和便宜。在企業(yè)中部署這些傳感器是物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建過程的一部分。在 PSA，我們屢屢看到這一框架能夠讓我們的客戶一目了然地監(jiān)控公司的所有工作流程。
因此，我們來看一下被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)市場中最先進(jìn)的那些傳感器解決方案吧。
立體視覺傳感器
機(jī)器視覺經(jīng)常用于 EIoT 解決方案，尤其是用于執(zhí)行產(chǎn)品的質(zhì)量控制。然而，這些視覺系統(tǒng)不僅復(fù)雜且相當(dāng)昂貴，使得小型公司更難采用它們。
如今，正如Denso所展示的那樣，上述視覺系統(tǒng)可以被現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)傳感器所取代。Denso 開發(fā)了市面上最小的立體視覺傳感器，用來裝進(jìn)汽車幫助防止碰撞事故。這些視覺傳感器是在智能相機(jī)中實現(xiàn)的，也可用于物體識別、制造流程控制和產(chǎn)品質(zhì)量保證。工廠可以批量安裝這種小型實用的設(shè)備來監(jiān)控大量生產(chǎn)節(jié)點。
由Sick公司開發(fā)的名為Visionary-T DT的傳感器可以檢測最遠(yuǎn) 160 英尺外的物體。它是一種 3D 視頻傳感器，使用飛行時間（TOF）技術(shù)來檢測 3D 物體是否存在。使用該技術(shù)開發(fā)的解決方案是確保企業(yè)安全，和保護(hù)對象或區(qū)域的一種候選方案。該傳感器使用激光技術(shù)捕捉圖像，讓你實時獲得高精度的 3D 圖片。這些傳感器以及攝像頭可用于創(chuàng)建高度精確的數(shù)字圖像，從而提供最佳的預(yù)測結(jié)果。這種傳感器也很容易用在機(jī)器人操作的倉庫中，還可以用來控制各種場所的訪問權(quán)限。
電力傳感器
用于測量電流的復(fù)雜設(shè)備也可以用緊湊型傳感器代替。德州儀器于 2020 年發(fā)布了一些精度極高的電流測量傳感器。它們是第一批利用霍爾效應(yīng)的電流傳感器，無論溫度條件如何，都能實現(xiàn)最低的漂移和極高的精度。這些 m2m 傳感器可以在-40 到 257 華氏度的復(fù)雜條件下進(jìn)行測量。工業(yè)電機(jī)驅(qū)動器、太陽能逆變器、儲能設(shè)備和電源等高壓系統(tǒng)可以輕松配備此類傳感器，從而提供足夠的精度和安全的監(jiān)測條件。
傾角傳感器
對于非常重視垂直傾斜角度的采礦、建筑和汽車行業(yè)，EIoT 市場也提供了一些創(chuàng)新。Pepperl+Fuchs Vertrieb開發(fā)了F199傾角傳感器，該傳感器可以測量角度，分辨率小于 0.01°，絕對精度為±0.15°。
對于動態(tài)傾角測量需求，村田制造開發(fā)了一種新型 MEMS 慣性傳感器，SCHA63T。它是一個單封裝、六自由度（6DoF）組件。這讓它可以提供所有測量軸的設(shè)置，從而大大簡化了制造流程。此外，這種傳感器支持 GNSS 定位。該設(shè)備可以在機(jī)器動態(tài)和位置傳感方面提供厘米級精度，并有助于確保安全、穩(wěn)健和經(jīng)過驗證的設(shè)計活動。
物體檢測傳感器
在監(jiān)控企業(yè)中的危險區(qū)域，尤其是不應(yīng)存在外部人員或物體的區(qū)域時，公司通常使用包括攝像頭、麥克風(fēng)或 GPS 在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案來保障安全。
由Mimiq開發(fā)的Mimic Go傳感器可以使用加速度計、磁力計、有關(guān)當(dāng)前溫度的數(shù)據(jù)以及可以識別該區(qū)域中某些特定物體的運動傳感器來檢測環(huán)境的變化。借助它，你可以獲得有關(guān)對象性質(zhì)的信息，并檢測對生產(chǎn)流程的潛在威脅。一旦檢測到異物，傳感器就會立即向生產(chǎn)操作員發(fā)送信號。將該傳感器與其他物聯(lián)網(wǎng)組件連接起來可以更輕松地識別外來物體，并立即解決相應(yīng)的問題。
無電池傳感器
去年另一個令人印象深刻的突破是Everactive開發(fā)的無電池傳感器。它們被部署在了 Hershey 公司的工廠，其有效性得到了證明。該公司估計，由于無電池傳感器功耗極低，部署兩個月后他們能夠節(jié)省數(shù)千美元的蒸汽系統(tǒng)成本。這些物聯(lián)網(wǎng)傳感器的功能滿足了大多數(shù)工業(yè)測量要求，提供溫度、濕度、光、振動、加速度、聲學(xué)、壓力，甚至各種氣體測量能力。此外，與電池供電的傳感器相比，無電池的 m2m 傳感器可以更大規(guī)模地部署。
聽起來像是一個產(chǎn)業(yè)級的突破，對吧？也許這種無電池技術(shù)將成為未來 EIoT 的基礎(chǔ)——無電池 EIoT。
物聯(lián)網(wǎng)傳感器芯片
EIoT 使用的傳感器配備了新一代芯片，因此變得更加先進(jìn)。例如，高通發(fā)布了 7 款新芯片，可以滿足各行業(yè)公司的需求，為他們提供了可視化監(jiān)控資產(chǎn)的新機(jī)遇。其中一些芯片支持超高分辨率相機(jī)，以及平移、傾斜和縮放活動。
名為 Qualcomm QCS8250 的高端芯片可以集成在一個傳感器中，然后這個傳感器能夠啟動在倉庫之類的地方操作的機(jī)器人。這里最令人印象深刻的是，執(zhí)行這些操作需要的設(shè)備體積是如此之小。
高級芯片能夠支持控制智能相機(jī)、視頻協(xié)作和人工智能中心的資源密集型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。它們可以通過一個用于超直觀人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的新型神經(jīng)處理單元來做到這一點。
如何為企業(yè)選擇物聯(lián)網(wǎng)傳感器？
即使在確定其業(yè)務(wù)需求之后，公司選擇合適物聯(lián)網(wǎng)傳感器的過程也可能并不像看起來那么簡單。將傳統(tǒng)工廠變成工業(yè) 4.0 企業(yè)，不僅要考慮傳感器本身的優(yōu)勢，還要考慮更多實際的東西。制造公司應(yīng)該為大量機(jī)器配備傳感器，這些傳感器在不同的條件下工作，執(zhí)行不同的功能，并具有不同的折舊水平。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)該能幫助提高企業(yè)的效率。
物聯(lián)網(wǎng)傳感器會影響公司業(yè)務(wù)目標(biāo)的實現(xiàn)嗎？這里并沒有直接聯(lián)系，但我們可以在物聯(lián)網(wǎng)傳感器和業(yè)務(wù)目標(biāo)之間建立以下鏈條：
因此，如果一家公司想要建立穩(wěn)健的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，就應(yīng)該分析傳感器收集的大量數(shù)據(jù)。如果它不能正確地收集數(shù)據(jù)，那么相比以盡可能高的精度收集數(shù)據(jù)的情況，這種策略就不是最優(yōu)的，并且不會有多大用。
要確定工廠中 m2m 傳感器應(yīng)具備的品質(zhì)，你可以先問自己以下問題：
傳感器消耗多少功率？
安裝方便嗎？
它在形式和功能上的通用性如何？
它要花多少錢？
在選擇工業(yè)用傳感器時，請注意其物理可靠性。應(yīng)該了解它們是否足夠靈活，能否在各種環(huán)境中執(zhí)行自身功能。這意味著傳感器在各種條件下，例如溫度差異很大的場所也能正常工作。還要注意物聯(lián)網(wǎng)傳感器平臺應(yīng)該是多功能的，因為它為傳感器提供了全局互操作性。最重要的是，請確保你要正確應(yīng)用設(shè)備。
部署傳感器后，你可以針對物理障礙物和電磁干擾提供相應(yīng)的保護(hù)，確保你的無線網(wǎng)絡(luò)具有遠(yuǎn)距離覆蓋和跳頻擴(kuò)頻（FHSS）抗干擾能力。
接下來，確定制造流程所需的傳感器精度水平。例如，如果目標(biāo)是監(jiān)測溫度以確保工廠員工的舒適工作條件，那么出現(xiàn)零點幾度的誤差也不是什么大問題。而在生化實驗室中，即使是最小的溫度變化對流程也是至關(guān)重要的。
作為物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的一部分，傳感器可以傳輸對公司具有重要戰(zhàn)略意義的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這意味著你應(yīng)該注意其安全性，因為黑客可以通過一個傳感器訪問整個系統(tǒng)。因此，在將傳感器引入你的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)之前，請檢查其安全性和用于傳輸數(shù)據(jù)的加密標(biāo)準(zhǔn)。為了提供額外的安全性，你可以向解決方案添加一層身份驗證。
此外，了解傳感器可以工作多長時間也很重要。可以的話，請了解設(shè)備的性能是如何隨時間變化的，以及這些變化是否取決于工作環(huán)境。你還可以使用最新的電池技術(shù)（如固態(tài)電池）來延長設(shè)備的使用壽命。僅在數(shù)據(jù)傳輸活動期間工作的傳感器通常需要較少的功率。在這些情況下，傳感器可以使用電池供電超過 10 年時間。
最后一個關(guān)鍵點是你需要將其納入你的預(yù)算。傳感器可能是一種相對便宜的設(shè)備，但如果要在整個企業(yè)中部署物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，你可能需要超過一百個這樣的設(shè)備。因此，公司應(yīng)該準(zhǔn)備好在這些“物件”上花費大量資金，具體取決于正在實施的 EIoT 解決方案的類型。
此外，還要考慮傳感器是否可以重復(fù)使用、使用時需要哪些基礎(chǔ)設(shè)施以及維護(hù)傳感器運行條件的難易程度。
無論你做什么，都不要選擇未經(jīng)公司基礎(chǔ)設(shè)施測試的解決方案。
總結(jié)
由于物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，包括傳感器在內(nèi)的設(shè)備變得越來越便宜，整個生態(tài)系統(tǒng)也變得更加智能。
這些結(jié)果讓企業(yè)能夠針對其制造流程中更具體的需求獲得解決方案，并在復(fù)雜條件下測量信息。例如，它們可以監(jiān)控物體的運動，使用超聲波測量自身與工人難以觸及的物體之間的距離，并連接到具有潛在危險的設(shè)備上提供數(shù)據(jù)收集能力。一些復(fù)雜、笨重的測量設(shè)備可以用現(xiàn)代小型傳感器代替，這些傳感器可以快速傳輸數(shù)據(jù)。
企業(yè)要選擇任何物聯(lián)網(wǎng)解決方案（包括傳感器）部署物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)之前，PSA 建議你找出當(dāng)前制造流程中存在的所有缺陷，并找到解決方案來解決這些問題。
在這個階段，考慮到選擇最佳傳感器必須要考慮的眾多標(biāo)準(zhǔn)，可靠的物聯(lián)網(wǎng)合作伙伴可以很好地幫助企業(yè)識別所有細(xì)節(jié)，并為整體物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)制定部署計劃。
