Czujniki zbliżeniowe, optyczne i systemy wizyjne

Część 1: czujniki zbliżeniowe i optyczne

Tytułowe czujniki wykorzystywane są w przemyśle m.in. do wykrywania obiektów – komponentów i produkowanych towarów, części maszyn, do kontroli położenia elementów ruchomych, zliczania produktów oraz w innych aplikacjach. Służą również do monitorowania poziomu cieczy i materiałów sypkich, a także jako detektory w systemach monitoringu. Obejmuje to zastosowania kilku grup podzespołów, którymi są:

• Czujniki indukcyjne – wykorzystywane głównie do detekcji elementów metalowych w maszynach i systemach automatyzacji. Mają typowo kilkumilimetrowe strefy robocze i dostępne są w różnych wersjach specjalnych, w tym wysoce odpornych środowiskowo;
• Czujniki fotoelektryczne (optyczne) – produkty szeroko stosowane do detekcji i pomiarów na różnych odległościach. Dostępne są w różnych wersjach, takich jak laserowe czy refleksyjne, służą m.in. do zliczania oraz określania pozycji i cech przedmiotów;
• Inne czujniki zbliżeniowe – w tej grupie znajdują się wersje pojemnościowe przydatne do wykrywania materiałów niemetalowych, czujniki magnetyczne stosowane m.in. w systemach kontroli dostępu oraz wspólnie z siłownikami, a także popularne w pomiarach poziomu czy też w motoryzacji czujniki ultradźwiękowe.

W przypadku każdej z grup na rynku dostępne jest portfolio produktów o zróżnicowanych parametrach, wersjach i właściwościach, w tym odporności na trudne warunki środowiskowe.

Różne branże przemysłu

Główną domeną aplikacyjną czujników jest niewątpliwie przemysł produkcyjny. Obejmuje to sektory produkcji dyskretnej, spożywczy, motoryzacyjny, przemysł ciężki oraz, jako ważną kategorię, branżę maszynową (rys. 1). Czujniki są tu stosowane do detekcji, pomiarów, monitorowania procesów i innych zadań. Zapotrzebowanie na nie wynika zarówno z tradycyjnej automatyzacji, jak też z rosnącej cyfryzacji systemów produkcyjnych. Trendy związane z Industry 4.0 z pewnością zwiększają popyt na wersje z możliwościami komunikacji sieciowej.

 

Rys. 1

Omawiane komponenty wykorzystywane są ponadto w zastosowaniach związanych transportem, windami i podnośnikami, w dalszej kolejności z infrastrukturą, automatyką budynkową oraz aplikacjami specjalnymi. Wskazania respondentów są tutaj w ostatnich latach dosyć stałe, przez co również omawiana statystyka nie zmienia się znacząco.

Czego poszukują klienci?

Dwa kluczowe czynniki wyboru to: odpowiednie parametry techniczne oraz atrakcyjna cena. Aż dziewięciu na dziesięciu respondentów wymieniało te aspekty na początku podawanej listy preferencji (rys. 2). Parametry te obejmują zarówno zasięg i obszar roboczy, jak i specyficzne właściwości, takie jak odporność środowiskowa (w tym na korozję, trudne środowisko pracy) oraz możliwości wykrywania nietypowych obiektów. Natomiast w obszarze cenowym najbardziej konkurencyjne są czujniki typowe, w szczególności standardowe elementy indukcyjne oraz pojemnościowe.

 

Rys. 2

Trzecim ze wskazań była marka, kojarzona z jakością i doświadczeniem dostawcy, zaś kolejnym – decyzja integratora wykonującego aplikację. Jak widać na wykresie (rys. 2), możliwość wykonania wersji na zlecenie jest na końcu tej statystyki, ale to właśnie ona w części przypadków warunkować może zakupy danego produktu. Tak jest wtedy, gdy odbiorca ma szczególne wymogi uniemożliwiające mu dobór czujnika z portfolio produktów standardowych.

Chcąc zgłębić temat, zadaliśmy respondentom również pytanie otwarte dotyczące decyzji zakupowych polskich klientów. Podkreślali oni znaczenie ceny oraz dostępności czujników, wskazywali też na nowe rozwiązania technologiczne, możliwości pracy elementów w systemie, dostarczenia kompletacji oraz produktów dostosowanych do specyfiki aplikacji. Pojawiły się tu również: jakość, niezawodność, a także kwestie związane z długoterminowymi kosztami inwestycji (cena produktów, awaryjność, serwisowanie instalacji).

Nowości w technologiach i ofertach

Rozwój technologiczny czujników postępuje. Ich producenci zwiększają strefy robocze elementów, precyzję przełączania, a także odporność środowiskową i możliwości pracy w trudnych warunkach. Chodzi tu o wytrzymałość mechaniczną, temperaturową czy też odporność na iskry. Nowe generacje czujników często zapewniają dokładniejsze pomiary oraz ich lepszą stabilność. W kontekście czujników fotoelektrycznych ważna jest detekcja "trudnych" powierzchni i materiałów, takich jak obiekty szklane, czy też pomiarów przy zmiennym oświetleniu. Popularne są też wersje o standardzie higienicznym dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego.

Pomimo że większość sprzedawanych komponentów to wersje standardowe z tradycyjnymi interfejsami i podstawową funkcjonalnością detekcyjną, w sprzedaży obserwujemy dosyć spory udział wariantów inteligentnych (obecny i poprzedni raport – po 26%). Dodatkowo, zdaniem dostawców, istotny jest w ich biznesie osprzęt i inne produkty powiązane z technologią czujnikową (rys. 3).

 

Rys. 3

W odniesieniu do nowości wprowadzanych przez producentów, respondenci najczęściej wymieniali interfejs IO-Link. Niewątpliwie jest on dzisiaj standardem komunikacyjnym w branży. Inne odpowiedzi to: rozwój czujników inteligentnych, wykorzystanie chmury obliczeniowej oraz integracja z rozwiązaniami AI. Miniaturyzacja oraz integracja stanowią również ważne wymiary zmian. W odpowiedziach wspomniano też o potencjalnym zastosowaniu modułów IoT, rozwoju nowych narzędzi diagnostycznych oraz uniwersalności aplikacyjnej czujników. W przypadku elementów fotoelektrycznych respondenci zwrócili uwagę na zwiększanie wrażliwości na kolory oraz lepsze wykrywanie elementów przezroczystych i silnie refleksyjnych. Warto przy tym zaznaczyć, że niektórzy z odpowiadających uznali, że brak jest istotnych nowości.

Liderzy branży

W raporcie przedstawione zostały oferty około 30 firm dostarczających czujniki i pokrewne im produkty. Wśród nich są zarówno polskie przedsiębiorstwa produkcyjne, dystrybutorzy lokalni, jak też spora grupa podmiotów zagranicznych mających u nas swoje przedstawicielstwa. Liderzy tej branży są od wielu lat niezmienni i w przypadku czujników zbliżeniowych (w szczególności indukcyjnych) są nimi: Sick, Balluff, Turck, Omron, IFM oraz Pepperl+Fuchs. Dwie pierwsze firmy, tj. Sick oraz Balluff, otrzymały jak dawniej znacznie więcej głosów niż kolejni z dostawców. Warto też zauważyć, że z wyjątkiem japońskiego Omrona wymienione przedsiębiorstwa pochodzą z Niemiec. Wszystkie firmy mają bogate doświadczenie na rynkach globalnych, ich oferty obejmują czujniki przemysłowe, systemy wizyjne, a także rozmaite produkty z zakresu sensoryki i transmisji danych/energii. Inne przedsiębiorstwa w statystyce (rys. 4), takie jak Sels, Baumer, Di-soric czy Siemens, to również rozpoznawalne w branży marki, choć ich popularność w tym sektorze rynku krajowego jest mniejsza.

 

Rys. 4

W segmencie czujników fotoelektrycznych na liście najbardziej popularnych marek dominują Sick i Omron (rys. 5). Te dwie firmy otrzymały, podobnie jak dawniej, zdecydowanie najwięcej głosów. Następnymi w kolejności były: Keyence, Balluff, Panasonic, Pepperl+Fuchs, Turck oraz ifm electronics. Wyniki te są analogiczne do rezultatów naszych poprzednich badań. Oczywiście zaznaczamy, że mówimy tu o subiektywnym rankingu popularności, a nie o wartości sprzedaży czy udziałach w rynku.

 

Rys. 5

Część 2: kamery i systemy wizyjne

Druga część raportu dotyczy urządzeń (i oprogramowania) umożliwiających akwizycję, przetwarzanie oraz analizę obrazów. Wykorzystuje się tutaj: czujniki wizyjne, kamery tradycyjne i inteligentne, komputery przemysłowe i inne urządzenia, a także wielokamerowe systemy o rozbudowanych funkcjach analizy obrazów. Ich zastosowaniem w przemyśle jest najczęściej…

Zapewnianie jakości

Jakość to w produkcji pojęcie bardzo szerokie. W odniesieniu do systemów wizyjnych związana jest m.in. z: kontrolą poprawności wytwarzania i montażu elementów, różnicowania wyrobów oraz napełnienia butelek, pojemników i opakowań. Do tego dochodzą inne zadania weryfikacji, porównywania i analizy produktów na różnych etapach procesów produkcyjnych.

Do ważnych grup zastosowań czujników i kamer zaliczają się również: kontrola kodów 1D, 2D i innych, odczytywanie i rozpoznawanie liter oraz etykiet, a także zliczanie i pomiary gabarytów. Coraz częściej dotyczy to również wykorzystania kamer w aplikacjach zrobotyzowanych. W efekcie rozwiązania wizyjne są dzisiaj wszechstronne i często spotykane w branży produkcyjnej.

Co zmienia się, jeżeli chodzi o rodzimy rynek? Można zaobserwować wzrosty wskazań w odniesieniu do kategorii "systemy zrobotyzowane" (rys. 6). Dotyczy to m.in. integracji systemów wizyjnych z robotami, dzięki czemu możliwe jest sprawdzanie i ocena położenia elementów przed ich pobieraniem, w trakcie montażu, przy odkładaniu lub przekładaniu, itd. Bieżący raport to trzecia edycja opracowania, gdy odsetek ten wyniósł około 80%. Wysoko notowane są również zastosowania w systemach pakujących – 60% kilka lat temu, zaś obecnie ponad 80%, niezmiennie ważne są: weryfikacja produktów oraz odczyt kodów. Ten ostatni w praktyce obejmuje zestaw technik umożliwiających odczytywanie oznaczeń wykonywanych różnymi metodami i na różnych materiałach.

 

Rys. 6

Jakie są wymogi klientów?

Analizując cechy systemów wizyjnych w kontekście zakupowym, można wskazać pięć kluczowych czynników istotnych dla rodzimych odbiorców. Na pierwszym miejscu listy znajduje się cena (80% wskazań – rys. 7), która dotyczy kosztów urządzeń i osprzętu, stworzenia aplikacji i jej wdrożenia. Drugim jest łatwość użycia i programowania. Użytkownicy szukają efektywnych, zaawansowanych, ale jednocześnie intuicyjnych rozwiązań wizyjnych, których funkcjonalność może być na późniejszych etapach również modyfikowana przez personel. Producenci, odpowiadając na to zapotrzebowanie, oferują czujniki z wbudowanymi funkcjami uczenia się oraz moduły programowe do zadań machine vision, które można integrować z większymi systemami. Wspólna platforma sprzętowo-programowa przyspiesza wdrożenie całego systemu. Taka kompleksowość jest też oczekiwana – jest to trzecie najczęstsze wskazanie. Ważne są oczywiście również: jakość urządzeń oraz ich możliwości, w szczególności obliczeniowe.

 

Rys. 7

Przy okazji powyższego wyliczenia warto dodać informację o kamerach inteligentnych, a więc łączących standardowe kamery z modułem przetwarzania obrazów i interfejsem komunikacyjnym. Tego typu urządzenia w ostatnich latach popularyzowały się, zaś obecnie stanowią podstawowe produkty wykorzystywane w branży (rys. 8). Wzrosła również popularność czujników wizyjnych, które są chętnie wybierane szczególnie wtedy, gdy odbiorcy poszukują ekonomicznych, a jednocześnie funkcjonalnych rozwiązań.

 

Rys. 8

Krajowi odbiorcy i dostawcy

Głównymi odbiorcami omawianych produktów są zakłady przemysłowe (rys. 9) oraz integratorzy systemów (niewielki wzrost w stosunku do poprzednich badań). Kolejna ważna grupa to producenci maszyn (sektor OEM). Podział ten jest w ostatniej dekadzie relatywnie stały.

 

Rys. 9

Jeżeli chodzi o dostawców, to branża skupia wiele firm specjalizujących się w dostarczaniu czujników, kamer i innych składników systemów wizyjnych. Część producentów, takich jak Keyence, Omron, Turck czy Panasonic, działa na naszym rynku bezpośrednio poprzez swoje oddziały krajowe. Oprócz nich mamy również licznych dystrybutorów, zarówno wyspecjalizowanych w technologii wizyjnej, jak i oferujących szeroką gamę produktów. Większość z nich doradza w zakresie doboru odpowiednich rozwiązań, a niektórzy pomagają również w ich wdrożeniu.

 

Rys. 10. Najpopularniejsze marki czujników i systemów wizyjnych - statystyka nie świadczy o udziałach firm w rynku

W bieżącym raporcie przedstawiono oferty około 20 firm dostarczających omawiane w tej części produkty. Wśród najbardziej rozpoznawalnych marek znajdują się niezmiennie Keyence i Cognex, które uzyskały znaczną przewagę głosów nad całą resztą stawki (rys. 10). Kolejne firmy o dużej rozpoznawalności to Sick, Omron, Balluff. Wyniki bazują na subiektywnych opiniach respondentów i nie należy ich traktować jako odzwierciedlenia udziałów firm w rynku czy wartości ich sprzedaży.

Część 3: informacje o rynkach

W ostatniej części raportu omawiamy zbiorczo tematy dotyczące dwóch sektorów – kwestie dotyczące koniunktury i jej zmian, statystykę związaną z konkurencją na rynku, a także przedstawiamy możliwe kierunku rozwoju branż.

Koniunktura w ocenach dostawców

Krajowy rynek produkcji i dystrybucji czujników zbliżeniowych przeżywa w ostatnich latach okres prosperity, którego zbytnio nie zakłóciła pandemia. Po spadkach na początku zeszłej dekady, od kilku lat obserwujemy ożywienie i pozytywne tendencje, co potwierdzają statystyki (rys. 11). W cyklu prowadzonych przez nas badań ponad 90% respondentów oceniało sytuację jako dobrą lub bardzo dobrą. Podobnie było w obszarze związanym z kamerami i systemami wizyjnymi. W obydwu przypadkach koniunktura kształtuje się pod wpływem dwóch głównych czynników: ogólnej sytuacji gospodarczej oraz ewoluujących wymogów odbiorców produktów przemysłowych. W naszych badaniach około 80% dostawców technologii wizyjnych oceniało w bieżącym i poprzednich latach sytuację jako dobrą (rys. 12). Dodatkowo wskazania odnośnie do możliwych kierunków zmian są dzisiaj również pozytywne. W przypadku obydwu branż przeważają odpowiedzi "poprawia się" lub "nie zmienia się", co przedstawiono na rysunku 13.

 

Rys. 11

 

Rys. 12

 

Rys. 13

Koniunktura w liczbach

Oszacowania wartości sektora związanego ze sprzedażą omawianych produktów, które podawali w redakcyjnej ankiecie dostawcy branżowi, wynosiły od kilkudziesięciu milionów do pół miliarda złotych rocznie. Takiego zróżnicowania można było się spodziewać, podobnie było w poprzednich raportach. Tegoroczna średnia wartości podawanych dla polskiego rynku czujników zbliżeniowych i fotoelektrycznych wyniosła 180 mln zł. Nadmieńmy, że w poprzednich raportach uśrednienia wyniosły po około 100 mln złotych.

Jeżeli chodzi o wartość rynku związanego z kamerami i systemami wizyjnymi, zmienność oszacowań była podobna, natomiast średnia podawanych kwot wyniosła około 110‒130 mln złotych. Jest to istotnie więcej niż w poprzednich badaniach i owe wyniki podajemy z zastrzeżeniem co do ich wiarygodności.

Jak widać po danych, obydwa omawiane w raporcie obszary rynku są wartościowe, na pewno są też perspektywiczne. Dodatkowo, jako że czujniki czy komponenty wizyjne są relatywnie łatwe do wprowadzania do oferty dystrybucyjnej, konkurencja w omawianych branżach jest silna. Tak ocenił średnio co drugi ankietowany, przy czym w przypadku czujników – produktów prostszych i popularniejszych – odsetek ten był nawet wyższy (rys. 14).

 

Rys. 14

Kierunki rozwoju branż

Odpowiadając na pytanie o kierunki rozwoju rynku oraz o głównych odbiorców czujników w przyszłości, można posiłkować się obserwacjami sprzed dwóch ostatnich lat oraz aktualnymi danymi. Ewolucja obydwu branż jest ściśle powiązana z rozwojem gospodarki i przemysłu, zaś najczęściej wskazywane sektory i aplikacje czujnikowe to: motoryzacja, przemysł spożywczy, w dalszej kolejności przemysł maszynowy oraz farmacja (rys. 15). Na kolejnych miejscach znalazły się m.in.: produkcyjna, logistyka, budynkowa, meblarska, a także aplikacje związane z pakowaniem i intralogistyką.

 

Rys. 15. Branże będące najbardziej perspektywicznymi odbiorcami omawianych czujników i systemów

Powyższe wyniki są zbieżne z odpowiedziami przedstawianymi przez nas w poprzednich raportach rynkowych. Należy jednak zaznaczyć, że mówimy o połączonych grupach wskazań – tj. zarówno dla czujników, jak też systemów wizyjnych. Wprowadza to pewien błąd, choć niewielki, bowiem w obydwu przypadkach (zadaliśmy te pytanie osobno dla każdej z grup) odpowiedzi były podobne. Jest to zrozumiałe, bowiem w przemyśle, a szczególnie w produkcji dyskretnej, omawiane w raporcie produkty występują w bardzo podobnych aplikacjach.

Zbigniew Piątek

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym w drugiej połowie 2023 roku wśród firm działających w Polsce w branży produkcji i dystrybucji czujników, kamer oraz systemów wizyjnych. W przypadku danych z poprzednich lat posłużono się wynikami badań przeprowadzanych dawniej przez redakcję.