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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。

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           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。可以說,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(kù)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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