傳感器的“脖子”卡在哪兒？
發(fā)布時(shí)間：
2020-10-31
作為信息技術(shù)中的核心元器件，小小傳感器引發(fā)廣泛關(guān)注。
昨天勝利閉幕的十九屆五中全會(huì)研究關(guān)于制定“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議。其中加強(qiáng)自主創(chuàng)新、對(duì)卡脖子關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)是重中之重，并將傳感器作為“卡脖子”技術(shù)攻克目標(biāo)之一。與此同時(shí)美國(guó)近期也公布了《關(guān)鍵與新興技術(shù)國(guó)家戰(zhàn)略》，高端傳感器位列其技術(shù)戰(zhàn)略清單中20項(xiàng)技術(shù)之一。作為信息技術(shù)中的核心元器件，小小傳感器引發(fā)廣泛關(guān)注。
在各大科技展會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)，往往最受觀眾喜愛的莫過于以翻跳自如的機(jī)器狗為代表的各類機(jī)器人。而也許你并不知道，這些機(jī)器人高超技能的背后都離不開小小的傳感器。
醫(yī)療器械界的奇兵———達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人有400多個(gè)傳感器；鼎鼎有名的波士頓機(jī)器人大狗，能夠自如地翻跳騰躍，則需要1300多個(gè)傳感器。而博世公司推出的工廠協(xié)作機(jī)器人助手APAS，也內(nèi)置了上百個(gè)傳感器?？梢哉f，整個(gè)世界的數(shù)字化步伐，都將依賴傳感器技術(shù)的支撐。
有專家預(yù)估，“十四五”期間，我國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)將在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)規(guī)模上取得重大突破，設(shè)計(jì)與制造技術(shù)創(chuàng)新能力將大幅提升，產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億元，成為支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造的新型基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。
前景可期，不過從現(xiàn)實(shí)來看，作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)最核心技術(shù)之一，傳感器的產(chǎn)業(yè)化仍有障礙需要破除，應(yīng)當(dāng)從戰(zhàn)略方面引起高度重視，以傳感器為抓手攻克“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)也已變得更為緊迫。
一、戰(zhàn)略定位需要重新考慮題
何為傳感器？
傳感器是數(shù)據(jù)采集的源頭，它無處不在。智能最前端所需要的態(tài)勢(shì)感知，基本都是要從傳感器開始。無論是智能制造、智慧城市、智慧醫(yī)療等，還是智能設(shè)備和大數(shù)據(jù)分析，再龐大的智能系統(tǒng)，都要從傳感器的針尖上開始。
談及傳感器的重要性，九三學(xué)社中央科技委副主任、中國(guó)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長(zhǎng)郭源生在接受人民政協(xié)報(bào)記者采訪時(shí)舉例說，如果把一個(gè)人看做成一個(gè)完整的信息系統(tǒng)，那么五官和皮膚與外界交互的信息就是“數(shù)據(jù)信息”，感知器官就是數(shù)據(jù)采集裝置，是數(shù)據(jù)獲取的核心?，F(xiàn)實(shí)中與其相對(duì)應(yīng)的實(shí)物器件就是傳感器產(chǎn)品，因此傳感器也被稱為“電子五官”;5G等通信技術(shù)被稱為人的神經(jīng)系統(tǒng);計(jì)算機(jī)被稱為人體的大腦，負(fù)責(zé)并承擔(dān)數(shù)據(jù)處理功能。
而信息技術(shù)正是由感知術(shù)、傳輸和處理三大技術(shù)構(gòu)成，即：計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)。信息系統(tǒng)的硬件是由三大技術(shù)加上信息存儲(chǔ)、反饋與執(zhí)行等構(gòu)成，而在整個(gè)系統(tǒng)中傳遞的信息正是“數(shù)據(jù)”。中國(guó)經(jīng)濟(jì)三季度“成績(jī)單”剛剛公布，其中信息產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)速度表現(xiàn)亮眼，可以預(yù)計(jì)，信息產(chǎn)業(yè)未來將成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要?jiǎng)幽苤?。同時(shí)在美國(guó)公布的影響國(guó)家長(zhǎng)期安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要22項(xiàng)技術(shù)中，也有6項(xiàng)與傳感器技術(shù)直接相關(guān)。由此，傳感器的重要性不言而喻。
但我國(guó)本土傳感器發(fā)展情況仍不樂觀。
上海理工大學(xué)管理學(xué)院副教授、南京大學(xué)長(zhǎng)江產(chǎn)經(jīng)智庫特約研究員賴紅波就表示，全世界生產(chǎn)的超過2萬種產(chǎn)品品種相比，中國(guó)國(guó)內(nèi)僅能生產(chǎn)其中的約1/3，整體技術(shù)含量也較低。同時(shí)，國(guó)內(nèi)傳感器市場(chǎng)需求量上千萬億元，每年進(jìn)口額都不低于1700億元人民幣，包括汽車或科學(xué)儀器等傳感器95%以上市場(chǎng)份額都掌握在外資企業(yè)手里。
“要在‘十四五’期間真正實(shí)現(xiàn)大跨步發(fā)展，則應(yīng)當(dāng)把傳感器提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度進(jìn)行重新再認(rèn)識(shí)，以便價(jià)值回歸，受到其應(yīng)有的重視。”郭源生認(rèn)為，“應(yīng)該像扶持集成電路、顯示技術(shù)一樣，在國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃中，突出傳感器的戰(zhàn)略地位，并給予相應(yīng)的配套政策，如專項(xiàng)扶持、稅收減免、市場(chǎng)準(zhǔn)入等給予持續(xù)支持，以彌補(bǔ)產(chǎn)業(yè)技術(shù)短板與政策缺失，力爭(zhēng)在‘十四五’期間傳感器產(chǎn)業(yè)能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。”
二、從產(chǎn)業(yè)體系和鏈條中精準(zhǔn)破題
據(jù)了解，傳感器技術(shù)本身并不難，但為何仍受制于人？
對(duì)此，賴紅波表示，一方面，傳感器產(chǎn)品與普通元器件產(chǎn)品不一樣，傳感器產(chǎn)品還包括芯片、陶瓷基板等都不是傳感器企業(yè)自己做的，必須由上游配套企業(yè)提供。為此，傳感器企業(yè)自身需要具備整合技術(shù)的能力，與上游供應(yīng)鏈企業(yè)分工協(xié)作來完成；另一方面，傳感器生產(chǎn)工藝、技術(shù)要點(diǎn)繁多、流程復(fù)雜，涉及材料控制、工藝控制等，增加供應(yīng)鏈協(xié)同難度，被稱為“工業(yè)藝術(shù)品”，本土企業(yè)過去習(xí)慣的模仿創(chuàng)新和逆向?qū)W習(xí)等在傳感器生產(chǎn)過程中受到局限，無法施展。
此外，“散”字也成了制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大桎梏。
郭源生告訴記者，“從我國(guó)的現(xiàn)狀來看，現(xiàn)有的傳感器企業(yè)散落在全國(guó)各地、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同難度較大，同時(shí)因?yàn)閭鞲衅髯陨砩a(chǎn)工藝流程煩瑣復(fù)雜、技術(shù)要點(diǎn)繁多，工裝夾具獨(dú)特、裝備昂貴。再加之企業(yè)規(guī)模偏小、人才集聚和培養(yǎng)難度大。這些都導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化長(zhǎng)期處于‘尷尬’與‘無奈’的境地。缺乏從研發(fā)設(shè)計(jì)、功能指標(biāo)、外形結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用場(chǎng)景的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。更有甚者，把傳感器與集成電路產(chǎn)品、技術(shù)、工藝混淆，將其劃分到集成電路之列，導(dǎo)致長(zhǎng)期得不到產(chǎn)業(yè)政策的傾斜與支持。”
還有一個(gè)突出問題就是合作與信任的問題。
據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)外傳感器市場(chǎng)總規(guī)模上年度已突破1870億美元，并以大于10%的平均速度增長(zhǎng)，有些領(lǐng)域的市場(chǎng)呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)勢(shì)。然而，在生產(chǎn)企業(yè)與用戶之間存在著難以跨越的障礙，各自對(duì)技術(shù)的理解和對(duì)方的需求也不盡相同，難以找到有效方法和途徑來貫通和突破。
“如從使用者角度看，存在技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)選擇上的高深莫測(cè)，一時(shí)難以搞清楚，導(dǎo)致‘不會(huì)用’和‘不敢用’現(xiàn)象。從生產(chǎn)角度看，廠家對(duì)市場(chǎng)應(yīng)用的場(chǎng)景數(shù)據(jù)模型把握不準(zhǔn)，產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)到性能缺乏柔性化設(shè)計(jì)，難以提供個(gè)性化和精準(zhǔn)化的參數(shù)指標(biāo)，也很難了解用戶需要用什么、怎么用、為什么要這么選。從技術(shù)角度看，現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景和狀態(tài)是動(dòng)態(tài)、多變、復(fù)雜的，取什么參數(shù)不僅從現(xiàn)場(chǎng)需要角度考慮，更需要系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。因此，在數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)，在傳感器類型、結(jié)構(gòu)與參數(shù)選取上各持己見、各執(zhí)一詞現(xiàn)象頻發(fā)，可謂是‘南腔北調(diào)’，甚至是‘南轅北轍’，差異極大。”郭源生坦言，用戶在對(duì)待國(guó)內(nèi)企業(yè)和產(chǎn)品上也存在較大的偏見和分歧。在同等情況下，用戶往往選用的是價(jià)格大大高于國(guó)內(nèi)企業(yè)的國(guó)外產(chǎn)品。
由此可見，產(chǎn)用之間的障礙與瓶頸仍是制約傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一大障礙。為此，郭源生表示，傳感器產(chǎn)品既要向參數(shù)指標(biāo)的歸一化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，同時(shí)，也要建立產(chǎn)用之間的協(xié)同創(chuàng)新關(guān)系，組建產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用之間的相互信任、相互交流與溝通的信息通道和技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，為傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展掃除道路上的障礙。
賴紅波也表示，要加強(qiáng)和引領(lǐng)上下游企業(yè)與企業(yè)之間合作，包括上游供應(yīng)鏈企業(yè)、下游配套使用企業(yè)，以及終端用戶等，都要以市場(chǎng)和應(yīng)用為導(dǎo)向，合作開發(fā)質(zhì)量可靠的傳感器，共同尋找傳感器“卡脖子”技術(shù)領(lǐng)域的突破路徑。
三、創(chuàng)新還是要以市場(chǎng)和應(yīng)用為導(dǎo)向
產(chǎn)業(yè)突破離不開創(chuàng)新，但創(chuàng)新最終還是要走出神壇，以市場(chǎng)和應(yīng)用為導(dǎo)向。
?
雖然傳感器是多學(xué)科、多技術(shù)、多領(lǐng)域的融合體，涉及物理、化學(xué)、生物基礎(chǔ)學(xué)科，從敏感機(jī)理、工藝技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)成品測(cè)試、市場(chǎng)應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈過程，幾乎與材料、機(jī)械、電子、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)軟硬件、測(cè)量、半導(dǎo)體等等所有二級(jí)學(xué)科緊密相關(guān)，生產(chǎn)工藝也極為繁雜，但一味追求產(chǎn)品高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性指標(biāo)就會(huì)極大地增加了生產(chǎn)工藝技術(shù)難度和產(chǎn)業(yè)化水平與能力。經(jīng)濟(jì)效益上不去，創(chuàng)新成果收效甚微，自然會(huì)影響市場(chǎng)主體的創(chuàng)新動(dòng)力。
郭源生就提出，傳感器單一地追求高精度，標(biāo)新立異地把產(chǎn)品做到極致是科研領(lǐng)域常常出現(xiàn)的問題。然而，在配套市場(chǎng)和應(yīng)用場(chǎng)景上，往往需要的是可靠性和穩(wěn)定性指標(biāo)，以及對(duì)使用成本的要求。他認(rèn)為，單一器件多功能復(fù)合和多個(gè)器件集成組合將是傳感器技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的趨勢(shì)，從而來彌補(bǔ)片面追求高精度，給產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)增加的難度，從而減少高精度生產(chǎn)難度和產(chǎn)成品測(cè)試成本，提高規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。
賴紅波則表示，可以進(jìn)一步圍繞應(yīng)用場(chǎng)景，選擇產(chǎn)業(yè)鏈突破方向。如圍繞半導(dǎo)體、新能源汽車、航空航天設(shè)備、船舶、高檔數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人以及高性能醫(yī)療器械和科學(xué)儀器等領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)社會(huì)各界參與到具體應(yīng)用場(chǎng)景的傳感器的開發(fā)，甚至可以采取“揭榜掛帥”方式，整合國(guó)內(nèi)外企業(yè)和人才等力量參與研發(fā)生產(chǎn)過程。
總之，傳感器是底層技術(shù)，也是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代下最核心技術(shù)之一，產(chǎn)品需求量很大。針對(duì)當(dāng)前國(guó)際大環(huán)境，提升傳感器產(chǎn)業(yè)鏈合作水平，整合上下游技術(shù)，主動(dòng)出擊、狠下功夫補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈，找到傳感器等短板弱項(xiàng)的“卡脖子”技術(shù)的定點(diǎn)攻關(guān)和突破方向，已十分必要。
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