傳感器的“脖子”卡在哪兒？
發(fā)布時間：
2020-10-31
作為信息技術中的核心元器件，小小傳感器引發(fā)廣泛關注。
昨天勝利閉幕的十九屆五中全會研究關于制定“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標的建議。其中加強自主創(chuàng)新、對卡脖子關鍵技術攻關是重中之重，并將傳感器作為“卡脖子”技術攻克目標之一。與此同時美國近期也公布了《關鍵與新興技術國家戰(zhàn)略》，高端傳感器位列其技術戰(zhàn)略清單中20項技術之一。作為信息技術中的核心元器件，小小傳感器引發(fā)廣泛關注。
在各大科技展會的現場，往往最受觀眾喜愛的莫過于以翻跳自如的機器狗為代表的各類機器人。而也許你并不知道，這些機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———達芬奇手術機器人有400多個傳感器；鼎鼎有名的波士頓機器人大狗，能夠自如地翻跳騰躍，則需要1300多個傳感器。而博世公司推出的工廠協作機器人助手APAS，也內置了上百個傳感器?？梢哉f，整個世界的數字化步伐，都將依賴傳感器技術的支撐。
有專家預估，“十四五”期間，我國智能傳感器產業(yè)將在技術創(chuàng)新和產業(yè)規(guī)模上取得重大突破，設計與制造技術創(chuàng)新能力將大幅提升，產業(yè)規(guī)模突破千億元，成為支撐工業(yè)互聯網和智能制造的新型基礎產業(yè)。
前景可期，不過從現實來看，作為數字經濟最核心技術之一，傳感器的產業(yè)化仍有障礙需要破除，應當從戰(zhàn)略方面引起高度重視，以傳感器為抓手攻克“卡脖子”關鍵技術也已變得更為緊迫。
一、戰(zhàn)略定位需要重新考慮題
何為傳感器？
傳感器是數據采集的源頭，它無處不在。智能最前端所需要的態(tài)勢感知，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，還是智能設備和大數據分析，再龐大的智能系統，都要從傳感器的針尖上開始。
談及傳感器的重要性，九三學社中央科技委副主任、中國傳感器與物聯網產業(yè)聯盟副理事長郭源生在接受人民政協報記者采訪時舉例說，如果把一個人看做成一個完整的信息系統，那么五官和皮膚與外界交互的信息就是“數據信息”，感知器官就是數據采集裝置，是數據獲取的核心?，F實中與其相對應的實物器件就是傳感器產品，因此傳感器也被稱為“電子五官”;5G等通信技術被稱為人的神經系統;計算機被稱為人體的大腦，負責并承擔數據處理功能。
而信息技術正是由感知術、傳輸和處理三大技術構成，即：計算機技術、通信技術、傳感器技術。信息系統的硬件是由三大技術加上信息存儲、反饋與執(zhí)行等構成，而在整個系統中傳遞的信息正是“數據”。中國經濟三季度“成績單”剛剛公布，其中信息產業(yè)增長速度表現亮眼，可以預計，信息產業(yè)未來將成為中國經濟增長的重要動能之一。同時在美國公布的影響國家長期安全和經濟繁榮至關重要22項技術中，也有6項與傳感器技術直接相關。由此，傳感器的重要性不言而喻。
但我國本土傳感器發(fā)展情況仍不樂觀。
上海理工大學管理學院副教授、南京大學長江產經智庫特約研究員賴紅波就表示，全世界生產的超過2萬種產品品種相比，中國國內僅能生產其中的約1/3，整體技術含量也較低。同時，國內傳感器市場需求量上千萬億元，每年進口額都不低于1700億元人民幣，包括汽車或科學儀器等傳感器95%以上市場份額都掌握在外資企業(yè)手里。
“要在‘十四五’期間真正實現大跨步發(fā)展，則應當把傳感器提升到國家戰(zhàn)略高度進行重新再認識，以便價值回歸，受到其應有的重視。”郭源生認為，“應該像扶持集成電路、顯示技術一樣，在國家戰(zhàn)略規(guī)劃中，突出傳感器的戰(zhàn)略地位，并給予相應的配套政策，如專項扶持、稅收減免、市場準入等給予持續(xù)支持，以彌補產業(yè)技術短板與政策缺失，力爭在‘十四五’期間傳感器產業(yè)能實現高質量發(fā)展。”
二、從產業(yè)體系和鏈條中精準破題
據了解，傳感器技術本身并不難，但為何仍受制于人？
對此，賴紅波表示，一方面，傳感器產品與普通元器件產品不一樣，傳感器產品還包括芯片、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的能力，與上游供應鏈企業(yè)分工協作來完成；另一方面，傳感器生產工藝、技術要點繁多、流程復雜，涉及材料控制、工藝控制等，增加供應鏈協同難度，被稱為“工業(yè)藝術品”，本土企業(yè)過去習慣的模仿創(chuàng)新和逆向學習等在傳感器生產過程中受到局限，無法施展。
此外，“散”字也成了制約產業(yè)發(fā)展的一大桎梏。
郭源生告訴記者，“從我國的現狀來看，現有的傳感器企業(yè)散落在全國各地、產業(yè)鏈協同難度較大，同時因為傳感器自身生產工藝流程煩瑣復雜、技術要點繁多，工裝夾具獨特、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。這些都導致產業(yè)化長期處于‘尷尬’與‘無奈’的境地。缺乏從研發(fā)設計、功能指標、外形結構以及應用場景的規(guī)范和標準。更有甚者，把傳感器與集成電路產品、技術、工藝混淆，將其劃分到集成電路之列，導致長期得不到產業(yè)政策的傾斜與支持。”
還有一個突出問題就是合作與信任的問題。
據了解，目前國內外傳感器市場總規(guī)模上年度已突破1870億美元，并以大于10%的平均速度增長，有些領域的市場呈現出爆發(fā)式增長勢。然而，在生產企業(yè)與用戶之間存在著難以跨越的障礙，各自對技術的理解和對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，存在技術參數、結構選擇上的高深莫測，一時難以搞清楚，導致‘不會用’和‘不敢用’現象。從生產角度看，廠家對市場應用的場景數據模型把握不準，產品從結構到性能缺乏柔性化設計，難以提供個性化和精準化的參數指標，也很難了解用戶需要用什么、怎么用、為什么要這么選。從技術角度看，現實中的場景和狀態(tài)是動態(tài)、多變、復雜的，取什么參數不僅從現場需要角度考慮，更需要系統整體設計。因此，在數據采集現場，在傳感器類型、結構與參數選取上各持己見、各執(zhí)一詞現象頻發(fā)，可謂是‘南腔北調’，甚至是‘南轅北轍’，差異極大。”郭源生坦言，用戶在對待國內企業(yè)和產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格大大高于國內企業(yè)的國外產品。
由此可見，產用之間的障礙與瓶頸仍是制約傳感器產業(yè)化發(fā)展的一大障礙。為此，郭源生表示，傳感器產品既要向參數指標的歸一化、標準化、智能化、網絡化方向發(fā)展，同時，也要建立產用之間的協同創(chuàng)新關系，組建產業(yè)與應用之間的相互信任、相互交流與溝通的信息通道和技術研發(fā)平臺，為傳感器產業(yè)化發(fā)展掃除道路上的障礙。
賴紅波也表示，要加強和引領上下游企業(yè)與企業(yè)之間合作，包括上游供應鏈企業(yè)、下游配套使用企業(yè)，以及終端用戶等，都要以市場和應用為導向，合作開發(fā)質量可靠的傳感器，共同尋找傳感器“卡脖子”技術領域的突破路徑。
三、創(chuàng)新還是要以市場和應用為導向
產業(yè)突破離不開創(chuàng)新，但創(chuàng)新最終還是要走出神壇，以市場和應用為導向。
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雖然傳感器是多學科、多技術、多領域的融合體，涉及物理、化學、生物基礎學科，從敏感機理、工藝技術、結構設計、產成品測試、市場應用等全產業(yè)鏈過程，幾乎與材料、機械、電子、數學、計算機軟硬件、測量、半導體等等所有二級學科緊密相關，生產工藝也極為繁雜，但一味追求產品高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性指標就會極大地增加了生產工藝技術難度和產業(yè)化水平與能力。經濟效益上不去，創(chuàng)新成果收效甚微，自然會影響市場主體的創(chuàng)新動力。
郭源生就提出，傳感器單一地追求高精度，標新立異地把產品做到極致是科研領域常常出現的問題。然而，在配套市場和應用場景上，往往需要的是可靠性和穩(wěn)定性指標，以及對使用成本的要求。他認為，單一器件多功能復合和多個器件集成組合將是傳感器技術創(chuàng)新發(fā)展的趨勢，從而來彌補片面追求高精度，給產業(yè)化規(guī)模生產增加的難度，從而減少高精度生產難度和產成品測試成本，提高規(guī)模生產的經濟效益。
賴紅波則表示，可以進一步圍繞應用場景，選擇產業(yè)鏈突破方向。如圍繞半導體、新能源汽車、航空航天設備、船舶、高檔數控機床、工業(yè)機器人以及高性能醫(yī)療器械和科學儀器等領域產業(yè)優(yōu)勢，引導社會各界參與到具體應用場景的傳感器的開發(fā)，甚至可以采取“揭榜掛帥”方式，整合國內外企業(yè)和人才等力量參與研發(fā)生產過程。
總之，傳感器是底層技術，也是數字經濟時代下最核心技術之一，產品需求量很大。針對當前國際大環(huán)境，提升傳感器產業(yè)鏈合作水平，整合上下游技術，主動出擊、狠下功夫補鏈、強鏈，找到傳感器等短板弱項的“卡脖子”技術的定點攻關和突破方向，已十分必要。
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