工业4.0是什么？工业4.0就是将无处不在的传感器形成一个智能网络

2025China.cn 2015年12月02日

　　“工业4.0”最核心的方面是智能化制造，不管网络化还是数字化，最前端都将是智能化，但所有的这些都将离不开传感器。那么国内的传感器有着哪些种类，它们是怎样操作的，有着怎样的市场应用呢?

　　工业4.0是什么?工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式中端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络。通过这个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器、以及服务与服务之间，能够形成一个互联，从而实现横向、纵向和端到端的高度集成。

　　传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。实质上，传感器就是工业4.0的重要硬件之一。

　　工业4.0的软件有工业物联网、工业网络安全、工业大数据、云计算平台、MES系统、虚拟现实、人工智能、知识工作自动化等;硬件是工业机器人(包括高端零部件)、传感器、RFID、3D打印、机器视觉、智能物流(AGV)、 PLC、数据采集器、工业交换机等。

　　目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器;按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器;按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量(“1”和“0”或“开”和“关”)的开关型传感器输出为模拟型传感器输出为脉冲或代码的数字型传感器。

　　目前中国的传感器产品已由过去的少数品种扩展到光敏、热敏、力敏、电压敏、磁敏、气敏、湿敏、声敏、射线敏、离子敏、生物敏等各种传感器，以及变送器、二次仪表等多种类、多形式产品，与国外研制领域相当。多学科、多种高新技术的交叉融合，推动了新一代传感器的诞生与发展。

　　“工业4.0不管网络化还是数字化，最前端都将是智能化，但所有的这些都将离不开传感器，就像一个人一样，眼睛其实就是视觉传感器，鼻子是嗅觉传感器，而皮肤就是触觉传感器，正因为人有着这么多智能化的器官，人类才是高等智慧化的动物。除此，人还有执行器，如手、腿，包括眨眼、撇嘴这种动作，都是某些组织通过神经传输给大脑，大脑将这些数据进行计算和处理然后在指示给器官，器官才能做出各种动作和行为。

　　在整个控制理论里，所有的控制实现都是要经过前端的感知，虽然有些系统属于预先性的设置，但是预先性的设置和条件式的反应完全是两回事，在智能化方面也是两个性质的。

　　在智能化方面，传感器的角色就是这种关键性的，没有了感知，智能化将无从体现。如果整个系统都是很多经验性或者预测性的，这里面首先就需要超大数据的支撑，另一面在实际情况中各种变化都是新的，不可能先有一种预先对其准确无误的预测，这就会给实际的生产造成某种隐患。

　　那么传感器的工作原理是怎样的呢?传感器工作原理主要是物理传感器的物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。

　　在整个工业4.0过程中，传感器也可以说需求巨大，市场广阔，应用广泛。国内传感器行业大致可划分成三大块，物理传感器，化学传感器，生物传感器。在中国市场内，传感器行业就是一个朝阳产业，因为不管是德国的工业4.0，还是中国的工业2025，具体到物联网、智能汽车、智能家具，这些的前端核心都是传感器。

　　以上为传感器在各行各业市场的应用比例，可以看出传感器最大的市场应用在于数码相机行业，应用市场最小的在其他手持式通讯设备行业。

　　上图为传感器在汽车市场方面的应用，可以看出，从2011年开始至2015年，传感器的应用总体基本上是稳步增长的趋势。随着数据量的增大，集成了处理器的智能传感器将成为今后的重要发展方向。

　　汽车的发动机管理系统其采用各种传感器，是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器将发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号送入控制器，控制器将这些信息与储存信息比较、精确计算后输出控制信号。发动机管理系统不仅可以精确控制燃油供给量，以取代传统的化油器，而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等，极大地提高了发动机的性能。

　　据市场研究公司TransparencyMarketResearch测算，这类智能传感器的销售额可能会以每年10%的速度递增，到2018年有望达到69亿美元。对于未来智能传感器的发展，WinterGreen公司给出了充满希望的预测，集成处理器的智能传感器将在2019年达到2.8万亿个，远远高于2013年的6500万个。