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传感器:“双生态”打通产业应用链

浏览次数: 日期:2019-01-03

传感器:“双生态”打通产业应用链


中国传感器与物联网产业联盟 副理事长 郭源生

改革开放四十年以来,中国经济经历了政策推动下短缺经济和资源开发主导下的过剩经济,成为世界第二大经济体。然而,在以信息技术为主体的高技术领域竞争中,我国在诸多基础方面明显处于劣势。因此,解决好信息技术中的共性基础技术开发及产品的产业化,突破“大数据”核心技术瓶颈和创新应用,是实现资源推动型向技术创新驱动转型和全社会信息化水平提升亟须解决的关键所在。


信息技术是由信息处理、传输、感知三大技术构成。信息技术发展经历了三次大的浪潮:第一次是上世纪80年代,个人计算机的普及;第二次是本世纪初的互联网出现,实现了“人联网”;而本世纪的重大变革就是通过网络,把物质世界联接起来,并赋予它一个电子神经系统,使它具有可感知信息的生命,而能够担当这一重任的核心就是传感器,这也就是传感器革命。美国国家科学发展基金会报告指出,之所以称为传感器革命,是因为传感器自身也会发生质的变化。在技术创新过程中,不断涌现出新原理、新技术、新工艺、新材料等新技术和产品。这些传感器技术有些已经存在,更多的正在到来或即将来临。


传感器是数字技术基础和创新发展核心

党的十九大报告明确提出了两大主流创新方向:一是产品技术创新。重点是新材料、新工艺、新型元器件、软件等基础技术方面的共性技术挖掘和颠覆性技术创新。二是平台架构和服务模式创新。多技术的渗透、协同、融合;多资源的合理配置、整合;全面推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合;通过多功能复合的系统集成应用和平台化功能,彻底改变和解决信息技术应用中的孤岛化与碎片化的问题,实现智慧城市、节能减排两大终极目标,解决产业结构和消费增长需求矛盾问题,让人民群众有获得感。从国内传感器产业发展过程来看,也充分印证和说明这一观点。


传感器与计算机、通信被称为信息技术的三大支柱,承担着数据获取的功能,是信息技术基础与核心。国际公认,传感器技术是衡量一个国家基础科研能力与水平和是否处在国际战略竞争制高点的重要标志,是综合创新能力的又一体现,也是发达国家高度重视和争相发展的核心基础技术,关乎并影响技术创新以及国防、经济和社会安全,对于当前产业结构调整与转型升级发挥着重要作用。传感器工艺技术水平标志着国家基础工业发展的程度和创新能力,其应用水平往往代表着国家整体信息化水平与深度融合的能力。


在现代控制系统中,传感器处于连接被测对象和测试系统的接口位置,构成了系统信息输入的主要“窗口”,提供着系统进行控制、处理、决策、执行所必须的原始信息,直接影响和决定着系统的功能。传感器可以直接接触被测对象,也可以间接接触。许多控制系统功能因控制对象的信息难以采集与获取而无法实现,成为系统技术发展与提升的障碍,也成为大数据的来源和采集以及物联网技术与发展的最大障碍。如果把计算机比喻为人的大脑,通信比喻为人的神经系统,那么传感器就是“五官”和“皮肤”,承担着感知并获取自然环境中的一切信息数据的功能。


国内外传感器产业现状与技术发展趋势

目前全球传感器约有2.6万余种,随着敏感机理与新材料技术创新,新品种和类型不断出现。而我国目前约有1.4万种,约占全球的1/2,其中大多数为常规类型和品种,在医疗、科研等特种高技术领域仍有大量的品种短缺和空白,80%的核心产品与应用仍依赖于进口。


全球从事传感器研制与生产的专业与非专业厂家有7500多家,美、日、德三国总销售额占世界市场的70%。预计未来5年增长率将超过15%,仍然是高增长行业。2018年全球各类敏感元件与传感器市场将突破2000亿美元;2020年全球市场总规模将达到2600亿美元;2025年将达到3400亿美元。国际上传感器技术发展趋势是向着数字补偿技术、网络化技术、智能化技术等多功能复合技术方向发展。


目前我国已有1700余家单位从事传感器的研制、生产和应用,产业门类基本齐全,敏感元件和传感器年总产量已超过20亿只,传感器产品达到10大类、42小类、6000多个品种。近几年国内传感器的市场一直持续增长。随着我国大力培育和发展战略性新兴产业,实施智能制造科技产业化工程、智能制造装备发展工程等,制造业与信息技术深度融合,以及民生领域的健康养老等得到充分关注等,为传感器产业的发展提供了广阔的市场,我国传感器产业发展将进入重要战略机遇期。工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备是我国传感器应用集中的四大领域。


经过多年发展,我国传感器在科研、生产、应用体系及区域布局有了一定进展,但产业化技术、工艺以及与市场协同关系仍不够完善。目前,“智能传感器国家创新中心”已经成立,针对市场和企业协同创新中的问题,拟在传感器共性基础技术开发应用上发挥作用。结合之前中科院国家实验室、传感器国家工程研究中心、高等院校为核心的研发体系,形成科研与产业之间的融通与平台作用。


产业化面临市场机遇和挑战

目前,传感器技术从单一的物性型向多功能、多技术复合集成,以及微型化、低成本、多功能、数字化、智能化、系统化、网络化、嵌入式方向发展。而且,在各行业领域物联网应用需求的带动下,为网络化、智能化传感器提供了充分想象的市场空间。在应用方面,无论是航空航天飞行器、火车、高铁、汽车,还是移动终端,包括机器人,都已成为一个多技术融合与聚集的“平台”,是安装传感器的“平台”,其性能优劣取决于装了多少个传感器。传感器不仅可以决定这些“平台”技术高低和性能优劣,同时在420多个物联网示范工程中,发挥系统性数据获取功能和作用,为传感器技术创新应用提供了充分的想象空间。此外,在养老国策下,传感器也举足轻重。据相关机构研究,未来从可穿戴到家庭智能终端,服务型机器人会形成8万亿元到10万亿元的市场规模。


然而,我国产业长期形成的问题积累,也深刻地影响着传感器行业整体发展,集中表现为技术分散、规模偏小、呼声偏弱、认知不够;缺乏统筹规划与顶层设计;缺乏资本高度关注;市场壁垒过多、公共服务配套与标准体系不完备等。


为打破产业与应用之间的障碍,解决产业对接市场和共性技术产业化问题,在“十三五”期间,我国制定了国家传感器产业长期的发展战略,工信部制定的《智能传感器产业三年行动指南(2017—2019年)》也已出台,明确了传感器产业发展目标和方向就是智能化传感器,并制定了相应的产业发展路线图,确定了MEMS工艺和集成电路工艺相结合的产业发展路径及以市场应用为主导的政策扶持原则。


营造“双生态”产业环境 促进技术融合及协同发展

业内普遍认为,传感器产业化需要产业与行业发展顶层设计,制定出国家层面的统筹规划和战略性政策予以扶持。具体建议如下:


一是提升战略地位,加强统筹规划,把传感器定为“国家产业发展重点目标”,列为“国家战略”项目,在“十三五”规划中列为重点支持、优先发展的内容。设立“传感器产业化发展专项资金”,激励中小企业发展专业性强、有特色、有特长技术的产品,鼓励并推动中小企业朝着产业化方向发展。


二是搭建并促进由政府、大学、科研院所、企业共同建立国家、行业技术研发、检测和标准知识产权公共服务平台。建立传感器标准委员会,制定传感器标准体系,加快标准建设。


三是打造良好的传感器产业生态环境,创建中国国际传感器产业园。优化产业发展环境,形成行业资源优势互补,促进产学研结合,创造上下游整合契机。


通过产业聚集、整合、并购,在国内产业优势突出和相对集中地区,打造技术、产品特色明确,产业链完整,具有国际化市场能力的国际传感器产业园——中国“传感谷”。形成常态化支持与服务和政、产、学、研、用、服六维一体的产业结构完整的功能,以实现产业聚集和规模效应,形成产业链完备、结构合理、具有国际影响力和年产值规模的产业聚集区,促进产业化发展及行业整体能力提升。其目的就是使创新真正发挥效能,使产业真正形成特色,使地区具有国际化竞争的品牌和优势,树立起国际化市场的理念,立足国际化市场,把地区建设成为具有国际化优势与特色的地区名片。



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