传感器、仪表元器件及系统集成服务广泛应用于交通、冶金、港口、化工、建筑机械、工程机械等行业。正是由于产品应用的广泛性,称重物联网行业的波动往往与整个宏观经济的周期性波动相关联,不受单一行业重大影响。
称重物联网行业市场需求的区域分布主要与相关地区的经济发展程度以及经济结构密切相关,经济发达地区,工业尤其是重工业聚集地区的产品需求相对较大。从全球来看,本行业的主要市场仍然集中于北美、欧盟等经济发达地区,但是以中国为代表的发展中国家、中东地区正在成为全球称重需求的新增长引擎。
从国内来看,称重需求主要集中于工业较为发达的省市。
称重物联网行业不存在明显的季节性特征。但每年12月至次年2月中国北方由于天气寒冷的原因,对于汽车衡的施工比较少,导致应用在汽车衡上的称重产品在12月至2月期间在北方的销量有一定的减少,其他产品没有明显的季节性。
(二)行业特有的经营模式
在应变式传感器行业中,一般采取设计+生产+销售型的经营模式。生产模式根据客户需求主要分为两类:以销定产和存货式生产,以销定产是指企业具有一定的自主设计能力,能根据客户需求开发、生产定制化的产品。在销售方面,一般根据不同产品、不同客户所在区域采用不同的营销模式,国内以直销为主,国外普遍采取经销和直销相结合的销售方式。
(三)本行业出口的相关政策及影响
传感器及仪表产品属于我国鼓励出口的产品,产品出口享受“免、抵、退”的税收优惠政策。
行业的部分产品最终应用在欧盟、北美、东南亚等国家和地区,除了产品需要达到计量标准之外,欧盟已经出台并实施了ROHS环保指令、ATEX安全认证,美国出台并实施了FM安全认证,以提高对进口的电子类产品的环保及安全要求。除上述的相关计量标准及环保、安全要求外,国际上对本行业出口产品基本没有特别的贸易保护政策。
(四)行业技术特点及技术水平
1、技术发展过程
(1)应变式传感器
最早的电阻应变计于1938年研制成功,1942年美国BLH公司开始应变式传感器的生产,至今已经有70余年的历史,期间经历了不断的改进与创新。
从20世纪40-60年代利用拉伸、压缩、弯曲应力的正应力结构负荷传感器的一统天下,发展到70年代结构创新确立的切应力、平行梁结构与正应力结构称重传感器的三足鼎立;从80年代中期以前模拟应变式传感器的一统天下,发展到如今数字式和模拟式传感器共存;从结构创新、工艺创新发展到功能创新,实现数字化、智能化和无线网络化;从单一用途的质量测量元件,发展到物联网应用的无线型、微型化、低功耗、低成本的信息感知原件,其间金属箔式电阻应变计的研制成功及负荷传感器电路补偿与调整工艺的成熟都大大提高了传感器产品的准确性和稳定性。目前国际上以Vishay测量集团、HBM
为代表的主要生产商,往往集技术开发与产品生产为一体,通过生产技术的后续研发和工艺流程的改进,不断推出准确性和稳定性更高的产品,并针对产品特定的使用环境提供从设计到生产到安装实施的全面解决方案。
就国内而言,应变式传感器的研制与生产起步较晚,60年代只有几个厂家生产普通精度等级的应变式传感器,产品结构单一,只有圆柱、圆环两种结构,基本不进行电路补偿与调整,有的产品甚至用外部平衡箱调整零点。80年代初,我国从美、日等国引进应变式负荷传感器制造技术与工艺装备,进行学习、消化、吸收,经过仿制和试生产后,开始多品种小批量生产,推向市场后,取得相当可观的效益,行业获得较快发展。随着国民经济的发展,各行业对电子衡器的需求不断增加,极大地促进了应变式传感器技术的发展。80年代中期到90年代中期,是我国应变式传感器技术稳步发展、品种和规格迅速增加、产品质量不断提高的十年,并逐步走向世界。
(2)仪表
我国自20世纪60年代初开始研制电子衡器,考虑到当时配套的称重传感器的综合性能,对仪表并没有提出专门的要求,一般由通用的变送器(单元)、显示器(单元)以及电源模块组成。这类仪表价格便宜,线路简单,一般只适用于精度要求不高的场合,如工业生产过程的料重指示、过载报警等。
程序对称重过程进行处理和控制,完成对仪表的自动校准、自动零点跟踪、自动逻辑判别、自动存取,还能对采集的数据进行处理并根据设定的数学模型进行计算,对测试结果进行修正,并能显示毛重、皮重、净重、单价、车号、货号等信息。
随着电脑和PLC技术的应用以及集成电路、显示器件和其他部件的发展,仪表已经跳出传统显示器的模式,向高精度、高速度、模块化、智能化、个性化、网络化方向发展,以适应更严酷的环境和更复杂的市场。
2、技术水平的要求和特点
本行业的技术水平有下列要求和特点:
(1)产品的性能指标要求高
在准确度和稳定性方面,我国称重传感器执行GB/T7551-2008《称重传感器》标准(等效国际建议OIMLR60),标准规定用于一般公共贸易的衡器及计量设备所配套的传感器精度需达到C3级。用于高精度计量检测的设备或衡器配套的传感器精度须达到C4甚至C6标准,目前主要由Vishay、HBM公司生产提供。我国的称重仪表执行GB/T7724-2008《电子称重仪表》标准,标准要求用于公共贸易的衡器及计量设备上使用的称重仪表其准确度需达到等级Ⅲ的规定,对产品在温度、EMC方面的性能具有较高的要求。
柯力传感积极建设科研实验室,发展技术创新和产品研发人才队伍,同时与国内诸多高校和科研机构建立广泛的合作,在高精度、智能化、新型传感器和仪表的研发上取得了一定的技术突破,开发的高端柱式传感器ZSW系列取得OIML组织的C4精度认证,产品性能优异;DJS-Z40t型号经浙江省计量科学研究院检验,达到C6精度。
(2)技术工艺的综合程度高
应变式传感器和仪表产品属于多学科交叉、技术密集的高技术产品,其设计与制造技术是集力学、材料学、计量测试、机械、电子、计算机技术为一体的综合技术,尤其对应力应变分析技术的理论知识、当前新技术和新材料的运用有很高要求。
柯力传感积极投入称重领域的技术和工艺研发,开发的DJS-Z智能数字传感器系列采用传感器防转技术、传感器防平移技术、航空插头双通道技术、冲压成形和流线形技术、多物理量智能处理等先进技术工艺,通过技术工艺综合设计使传感器精度等级达到C6级别,可在一定程度上提升电子汽车衡的性能和稳定性。
(3)人力成本占成本比重较高
尽管最近数十年欧美国家在称重传感器及仪表的生产流程上进行了不断的自动化试验和尝试,但在产品生产的贴片、温度补偿、测试等核心环节,目前国内外技术条件下仍然必须由人工完成,距离生产过程全自动化尚存在诸多困难,这一特点客观上决定了我国在该产品的生产上有着明显的人力成本优势。
2014年,柯力传感启动称重传感器机器人贴片项目,对该项目分四期实施,四期全部完成后将实现公司QS传感器从喷砂工序开始至固化上夹具全部实现流水线作业。目前已完成第三期中验收,预计于2017年10月终验收。第四期预计于2018年7月终验收。四期全部完成投入使用时,将大大提升员工作业效率,降低人工成本占比。
3、产品需求的发展趋势
称重产品的总体发展方向是精度更高、应用范围更广、质量更加稳定。具体体现在以下几个方面:
(1)应变式传感器
1、数字化
目前模拟式传感器是应变电测产品市场上的主导产品,但模拟式传感器有着输出信号小、抗干扰能力差、传输距离短等缺点,不能满足物联网发展下多点测量、远距离控制、系统化集成以及智能管理的要求,新型数字式传感器将成为未来的发展方向。数字传感器在传统模拟传感器内部增加放大、滤波、A/D转换器、微处理器等数字处理电路,并利用数字补偿技术与工艺实现各项性能指标补偿,具备输出信号大、抗干扰能力强、传输距离远、信噪比高等优点,同时通过数字补偿电路和数字补偿工艺,可对传感器的线性、滞后、蠕变进行补偿,改善整体性能,直接提高传感器的各项精度指标,实现称重物联网的相关要求。
2、智能化
通常情况下,测力传感器安装过程中出现的安装误差、位移偏差问题以及长期使用过程中出现的密封性问题都易影响传感器的精确度及测得数据的稳定性,通过集成更多的其他物理量传感器,并结合仪表的多参量分析处理技术,可以实现对测力传感器安装倾斜、受潮密封失效、使用环境温度超标等情况的智能化自诊断,从而及时发现异常问题并通过仪表报警及时进行处理,提升计量设备的准确有效性和可靠性。
3、无线化
无线低功耗传感器是在微功耗应变电测技术和无线通信技术基础上发展起来的技术密集型产品,综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,通过集成无线功能模块,使传感器能够实现数据采集、处理、信息交换和控制,同时接入网络与其他控制设备互联互通,实现数据实时处理,提升效率。
4、定制化
随着经济的不断深化发展,传感器产品已由传统的衡器领域向许多交叉领域拓展,下游客户往往根据特殊需要定制产品,对产品的设计和创新提出更高的要求,如为冶金行业提供的高温传感器,为公路限载系统设计一体化传感器,适应物流系统要求装载机及叉车秤传感器等多种传感器。
5、多功能化
多功能化是指应变式传感器本身除具有检测重量信息的功能外,还能同时检测其它信息,如电子吊秤用称重传感器在检测重量信息的同时还可检测加速度信息;汽车检测平台用称重传感器可同时检测垂直方向的重量信息和水平方向的侧向载荷,即多分力测量。
(2)仪表
目前我国的静态仪表与国外水平相当,在功能、显示技术、使用便捷性方面已经超过国外仪表生产厂家,但在总线接口、网络接口、方面仍有一定的差距;动态仪表与国外先进厂家的差距较大。
随着我国产业结构的不断转型和升级、工业自动化的不断推进,对高端化称重仪表的需求将不断增加。未来称重仪表产业的发展趋势是:在性能上向高速率、高灵敏度、高准确度、高可靠性方向发展;在功能上向低功耗、多功能或专用功能、接口丰富、便于与计算机连接方向发展;在品种上,专用的、动态的、自动在线的称重仪表将有较大发展;在结构上,向小型化、模块化、嵌入式的方向发展;外观上更加美观,向人性化、个性化设计方向发展;在智能化方面,着重自动组网技术、自动故障识别功能、自动远程报警功能,以及防作弊、防非法操作警示等方面的发展;显示技术方面,向TFT真彩点阵式触摸屏方向发展;在操作方式上,由有人近距离操作向无人或远距离无线网络操作发展。另外,未来称重仪表在防爆、防雷等特殊功能、移动称重、多物理量检测等方面都具有较大的需求空间。
参考中国报告网发布《2018-2023年中国物联网行业盈利现状与投资战略研究报告》
(五)行业上下游基本情况应变式传感器、仪表产品、系统集成以及提供的干粉砂浆第三方系统服务的主要原材料包括钢材、铝材、电线电缆、电阻应变计以及芯片等,下游行业主要包括衡器行业及非衡器行业。
1、称重行业上游基本情况
应变式传感器产品需要使用钢材、铝材、电线电缆以及电阻应变计等,生产的称重仪表产品需要使用壳体、芯片、集成电路、PCB、电源模块、变压器等,即行业的上游主要为有色金属行业、电线电缆行业和电子芯片行业。原材料成本受国际金属材料价格波动的影响。
2、称重行业下游基本情况
称重行业的下游客户可分为衡器客户和非衡器客户两大类。其中在工商业衡器领域应用的产品一般为经过定点批量生产后进行销售的成套产品,通过作用于物体上的重力来测定该物体的质量,以该质量数据作为商业和贸易结算的依据;在工业测量及控制领域应用的称重产品一般根据项目要求进行现场配装,其测得的质量数据不作为结算的依据,主要用于工业生产过程中的自动化控制。
(1)衡器行业的发展情况及未来趋势
衡器利用胡克定律或力的杠杆平衡原理测定物体质量,主要由称重系统、转换系统和示值系统三部分组成,是应用范围较为广泛、品质数量繁多的计量设备,广泛应用于工业、农业、商业、外贸、交通、医疗保健、国防建设和科学研究等各种领域。按照使用场景的不同,衡器主要分为以下几类:用于工业称重环境的电子汽车衡、电子吊秤、铲车秤、皮带秤等;用于商业贸易的电子计价秤、计重秤、条码秤、台秤;用于实验室的高精度电子天平、电子计数秤;用于仓储行业的电子地磅、叉车秤等。
现代科技的快速进步和发达国家制造业向发展中国家的产能转移不断推动着我国衡器行业的发展。经过40多年的不断改进与完善,中国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。目前,我国衡器制造行业从业企业约有800余家,其中规模以上衡器制造工业企业140余家,生产主要集中在珠三角和长三角等地区。
根据中国衡器协会2016年4月对112家会员单位(基本涵盖了衡器行业的主要骨干生产企业)统计年报数据的汇总统计,衡器行业2015年全年实现工业总产值101.89亿元,同比增长0.12%;实现工业增加值29.38亿元,同比增长1.80%。112家企业中,销售收入上亿元的企业有26家,5千万元至亿元之间的有14家,销售收入增长在千万元以上的有18家企业。
(2)非衡器行业的发展情况及未来趋势
目前我国的工业装备发展水平相对落后,未来随着传统产业转型升级、战略性新兴产业的进一步发展,将不断推动我国装备智能化与工业信息化,可以预计未来称重系统集成在工业测量与控制领域有较大的发展空间。
近年来随着自动化行业的快速发展和自动化应用的深入推进,我国工业自动控制系统装置制造业取得了快速发展。称重领域的自动化系统集成产品的前端数据采集离不开称重系统元件,因此该领域的快速发展将极大地带动称重元件在非衡器领域的应用。
目前称重系统元件正朝着数字化、无线化、微型化、集成化方向发展,通过拓展应用领域和范围,称重系统元件产品及称重应用层服务正在逐步缩小与衡器行业的关联度,增加在非衡器行业的应用。
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