《電子技術(shù)應用》
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制造業(yè)要突破 離不開MEMS產(chǎn)業(yè)支持

2017-02-28
關(guān)鍵詞: 工業(yè)4.0 傳感器

無論是德國推崇的“工業(yè)4.0”,、美國力主的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”,還是中國制造業(yè)的主攻方向“智能制造”,,始終是第三次工業(yè)革命的信息技術(shù)變革,,始終有一個離不開的核心關(guān)鍵——“傳感器”。

近年來,,全球傳感器行業(yè)取得了一系列重大突破,,已經(jīng)廣泛應用到社會生產(chǎn)生活、國防建設(shè)等各個領(lǐng)域,,引領(lǐng)了新一輪科技產(chǎn)業(yè)革命,,其未來的產(chǎn)業(yè)增速有望達到30%。

我國傳感器行業(yè)由于缺乏頂層設(shè)計,,資源分散,,基礎(chǔ)研究蒼白乏力,新材料研究滯后,,高端人才匱乏,,產(chǎn)業(yè)化率偏低,大多屬于“克隆”產(chǎn)品,,中高檔傳感器產(chǎn)品幾乎100%進口,。

傳感器是未來信息安全和國際制造業(yè)競爭的又一個主戰(zhàn)場,如果我國忽視該領(lǐng)域,,將會使國防社會經(jīng)濟安全再次面臨嚴峻挑戰(zhàn),。可以說,,誰掌握了傳感器,,誰就掌握了數(shù)據(jù),誰就把握了一國的命脈,。

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下一個國際競爭主戰(zhàn)場

傳感器是中國制造2025的“內(nèi)核”,。美國信息物理空間(CPS)的建設(shè)離不開傳感器的支撐,德國工業(yè)4.0的核心在于通過“物聯(lián)網(wǎng)”將產(chǎn)品,、資源,、機械,、人都聯(lián)系在一起,實現(xiàn)端對端集成的智能制造技術(shù)和智能生產(chǎn)模式,,這種聯(lián)合和互動也必須要通過傳感器實現(xiàn)信息采集和自動控制,。

中國制造2025的核心就是兩化融合,主攻方向就是“智能制造”,,是新形勢下信息技術(shù)在工業(yè)中的應用,,也是通過傳感器將產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)進行收集、管理和交互,,大幅提高工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量,、效率和產(chǎn)品精度。如汽車生產(chǎn)線搭載傳感器作為定位和檢測手段,,實時監(jiān)控著全線運行狀態(tài),,自動化水平大幅提升,明顯提高了裝配精度和生產(chǎn)效率,,并有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。

傳感器是德國工業(yè)4.0的核心組件,。制造業(yè)的未來在于數(shù)據(jù),,數(shù)據(jù)來源于傳感器。2013年德國弗勞恩霍夫協(xié)會,、西門子集團,、德國工程院推動德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略,引入了工業(yè)軟件和生產(chǎn)控制系統(tǒng)的概念,,其最底層的基礎(chǔ)應用層,,具有感知識別的大量傳感器嵌入其中,這些感知元器件承載著智慧工廠和智能生產(chǎn)運轉(zhuǎn)所需要的一切必要信息,,收集了來自于生產(chǎn)環(huán)境的溫度,、濕度,生產(chǎn)線的物料配比,、工序,,智能物流的配送等各類信息,為產(chǎn)品設(shè)計,、迭代研發(fā)提供了必要反饋,,是整個生產(chǎn)價值鏈的集成。進入工業(yè)4.0以后,,西門子等企業(yè)將掌握制造業(yè)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),,合理判斷各類產(chǎn)品實際生產(chǎn)情況和生產(chǎn)需求,掌握其他企業(yè)未來產(chǎn)品戰(zhàn)略,,引領(lǐng)未來制造業(yè)的發(fā)展,。

傳感器國內(nèi)需求規(guī)模龐大,。全世界已有約35億個傳感器,2013年全球消費電子用傳感器的市場價值為152.7億美元,,我國傳感器市場規(guī)模近年來維持在15%的增速持續(xù)快速增長,,傳感器門類基本齊全,國內(nèi)傳感器企業(yè)約1700家左右,,2013年我國傳感器市場規(guī)模突破1300億元,。《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出“十二五”期間要重點突破感知制造業(yè)發(fā)展瓶頸,,提升感知技術(shù)和傳輸技術(shù),,推動傳感器高端化發(fā)展,《中國電子元件“十二五”規(guī)劃》也提出將投資5000億元,,為傳感器的發(fā)展提供了廣闊的空間,。未來五年,傳感器行業(yè)將繼續(xù)保持高速增長態(tài)勢,,到2015年需求量將達到近200億只,,銷售額有望突破1500億元,將全面帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,。

傳感器逐漸滲透到國防社會經(jīng)濟各個領(lǐng)域,。隨著新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的深入,傳感器應用范圍越來越廣,,從傳統(tǒng)的工業(yè)及汽車電子產(chǎn)品,、通信電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品專用設(shè)備等領(lǐng)域逐步向軍事工程,、航天技術(shù),、醫(yī)療、環(huán)保,、氣象等電子設(shè)備領(lǐng)域迅速蔓延,,其應用滲透到國民經(jīng)濟各行各業(yè),新領(lǐng)域所用傳感器已經(jīng)占據(jù)市場15%左右的份額,。同時,,傳感器具有品種多、批量少的特點,,據(jù)不完全統(tǒng)計有12大類,、42小類、6000多品種,,2萬多種規(guī)格,,產(chǎn)品規(guī)格多,應用分散,,如一輛普通家用轎車上大約需要安裝幾十到近百只傳感器,。

傳感器為信息收集大開方便之“門”,。傳感器在促進工業(yè)智能化數(shù)字化的同時,也有可能成為打開潘多拉魔盒的鑰匙,,通過傳感器收集數(shù)據(jù)信息十分便捷,,且由于量大面廣,很難被我國有效控制,,信息安全面臨新的挑戰(zhàn),,岌岌可危。如,,國外一家工程機械裝備企業(yè)出口我國,,設(shè)備內(nèi)置大量傳感器用以記錄設(shè)備運行過程中的坡度、環(huán)境溫度和濕度,、挖掘重量,、次數(shù)等各種信息,通過上傳至服務器進行簡單運算就能夠掌握我國地理測繪數(shù)據(jù),,嚴重危害國防經(jīng)濟安全,。國外多家研究機構(gòu)正在研究使用光學多種類型的傳感從你的身體和神經(jīng)系統(tǒng)中提取的情感,能夠通過表情識別了解使用者的心情,。未來可穿戴設(shè)備(如:谷歌眼睛),,通過傳感器置入,能夠記錄使用者的位置信息和周圍聲波,、圖像信息,,國外機構(gòu)通過該設(shè)備能夠快捷掌握我國社會經(jīng)濟數(shù)據(jù),。

傳感器國際寡頭壟斷,,我國嚴重依賴進口。全球傳感器資源出現(xiàn)像寡頭壟斷聚集的趨勢,,國外大型企業(yè)主導傳感器市場,,近年來,以霍尼韋爾,、西門子,、ABB等為代表的國際傳感器巨頭通過兼并重組和國際協(xié)作,抱團搶占傳感器高低,,并加速從高端市場擴展至中低端市場,,壟斷態(tài)勢日益顯現(xiàn)。我國傳感器企業(yè)雖然眾多,,但大部分屬于小微企業(yè),,核心技術(shù)少,創(chuàng)新能力弱,,如國內(nèi)一般將國外樣品(樣機)進行分析測繪,,充其量有點集成創(chuàng)新,,基本屬于“克隆”,新原理開發(fā)和新器件研發(fā)屬于鳳毛麟角,。國內(nèi)傳感器產(chǎn)品系列不全,,高端、高精度產(chǎn)品大量進口,,在測量精度,、溫度特性、響應時間,、穩(wěn)定性,、可靠性等指標與國外差距較大。目前傳感器進口占比80%,,傳感器芯片進口占比達90%,。如高精度、高穩(wěn)定的低微差壓傳感器(量程≦1KPa),,高差壓,、高靜壓傳感器(量程≧3MPa、靜壓≧60MPa),,國內(nèi)尚不具備供貨能力,,基本依靠國外進口。

推進傳感器一條龍計劃

我國應力促智能制造工程和工業(yè)強基工程聯(lián)動,。2015年以來,,工業(yè)和信息化部啟動了智能制造專項行動,將智能制造工程作為“中國制造2025”的主攻方向進行突破,,涉及到標準,、工程、試點示范等多個方向,。實施智能制造工程,,普及數(shù)字化工廠,建立試點示范車間都不可能離開傳感器的應用,,而我國傳感器自身技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化應用能力明顯不足,,導致智能制造的推廣不得不大量采購國外傳感器。

我國應在工業(yè)強基工程中設(shè)立傳感器專項,,重點解決我國智能制造實施過程中的核心問題,;在智能制造工程實施過程中,要求企業(yè)必須應用50%以上的工業(yè)強基工程支持的傳感器產(chǎn)品,,并納入到聯(lián)合體中,;同時,支持已經(jīng)開展傳感器工業(yè)強基突破的企業(yè),,牽頭制定相應的智能制造行業(yè)標準,,以標準帶動各領(lǐng)域發(fā)展,。通過這兩大主要工程的聯(lián)動,打通產(chǎn)品從突破到應用的壁壘,,發(fā)揮財政專項資金的最大效用,。

此外,應加快實施工業(yè)強基工程,,實施鏈式突破,。2013年,我國啟動實施工業(yè)強基工程,,四年來中央經(jīng)費投入僅約41億元,,占總投資的10%左右,涉及《中國制造2025》新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè),、高檔數(shù)控機床和機器人,、航空航天裝備等十大重點領(lǐng)域,以及文化用品等民生關(guān)切的若干領(lǐng)域,,能夠投入到傳感器行業(yè)的資金更是九牛一毛,,對于突破傳感器安全瓶頸助力不大。

傳感器技術(shù)密集,,產(chǎn)業(yè)難度大,,在研發(fā)、工程化以及實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)時,,要求高強度、連續(xù)性投資,。建議國家加強頂層設(shè)計,,增加工業(yè)強基專項資金投入,實施滾動式投資,,圍繞敏感材料,、光學玻璃,、MEMS工藝,、檢驗檢測、人才培養(yǎng)等實施鏈式突破,,以主機整機帶動傳感器發(fā)展,,爭取5~10年內(nèi)全面突破傳感器制約因素,保障我國國防和社會經(jīng)濟安全,。

與此同時,,我國應該探索建立國家傳感器創(chuàng)新中心,彌補共性技術(shù)體系缺位,。由工信部,、財政部,、科技部共同出資,采用產(chǎn)業(yè)基金模式引入社會資本,,匯集制造企業(yè),、高校、科研院所,、國家實驗室和非營利性組織資源,,建立一個研究人員、企業(yè),、中介人員共同進行技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的國家傳感器創(chuàng)新中心,,形成有效銜接鏈條,解決行業(yè)共性技術(shù)難題,。按照微型化,、系統(tǒng)化、無源化發(fā)展趨勢,,關(guān)注材料與技術(shù)研發(fā),、工藝設(shè)計、職業(yè)技能培訓,、產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模生產(chǎn),,逐步培育具有國際競爭力的大型企業(yè)集團,提高國產(chǎn)化水平,,擺脫我國信息安全可能再次受制于人的不利局面,。


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