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中国传感器最大的问题是什么?怎么解决?

发布时间:2022-11-20 8:58:23   
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来源:中国传感器与应用技术大会、河南省智能传感器行业协会、中国电子报、传感器专家网(本文仅做综合整理)
11月11日-13日,首届中国传感器与应用技术大会在深圳市光明区隆重举行。会上,工信部电子元器件行业发展研究中心总工程师、中国传感器与物联网产业联盟副理事长郭源生发表了《智能传感器技术生态体系建设与应用理念创新》的演讲。
本文综合整理自郭源生相关演讲内容,文中提出“传感器企业没有敏感元器件就没有核心技术,没有应用就没有经济效益。”、“用传感器的不知道传感器制造过程,造传感器的不知道具体应用,这是中国传感器行业存在的最大问题。”等道破产业链关系和产业发展特征的观点。
传感器专家网专注于传感器技术领域,致力于对全球前沿市场动态、技术趋势与产品选型进行专业垂直的服务,是国内领先的传感器产品查询与媒体信息服务平台。基于传感器产品与技术,对广大电子制造从业者与传感器制造者提供精准的匹配与对接。

 

 

 

 

 

郭源生,九三中央科技委副主任;工信部电子元器件行业发展研究中心总工程师;中国传感器与物联网产业联盟副理事长;中国电子学会敏感技术分会副主任委员;全国3D大赛组委会副主任;北京理工大学传感智能技术创新中心战略委员会副主任;山东大学特聘教授;武汉大学、华东理工大学、北京邮电大学兼职教授。国家发改委、工信部、科技部等项目评审专家;参与《中国传感器产业发展白皮书》 、《中国电子元件行业“十三五”发展规划》等国家电子信息类规划的编写与审定工作。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一是MEMS工艺技术(微型化、集成化、低功耗、产业化能力强),具有共性化,可以给产业化提供支撑;
三是能量捕捉技术(微能量获取技术);
也就是说判断一个场景,不能只靠一个维度的传感器,需要多维度综合描述。
理念的创新比产品和技术创新更重要
理念的创新不仅建立在产品和创造出来的市场基础上,还要根据以人为本的理念来实现。利益催生垄断,也会驱使人为设置行业壁垒,阻碍技术创新,这就需要打破行业壁垒,加快形成数据共享机制。
理念如何创新?比如家庭智能终端样机,我们首先要把原型机做出来,再来工程设计优化、功能筛选、系列化,把它模块化以后,再去变成不同的产品,这就是理念创新所要解决的事情。我们说转型升级,要转到真正意义上的以人为本的服务理念上来,所以这个创新是协同、融合、渗透和应用的创新。家居、高铁、汽车、农业不同的行业在理念创新中,都要从“人”的角度出发。
理念创新的同时还要突破资源、突破技术、突破法规体制,实现产品创新。传感器技术决定着系统功能和服务的优劣,无论是天上飞的还是地上跑的,性能的好坏和智能化的程度,不仅要看装了多少微处理器和算法,还要看装了多少只、多少种类型的传感器。
传感器产业化要做好“双生态”建设
传感器的产业化在于如何打造产业链,如何打造产业生态,如何形成产业集群,如何构建产业生态体系。需要做好双生态体系建设——生态一:产业链完整性、集群化(特色产业链);生态二:现代服务业,平台化(营商环境)。
产业体系的建设需要有完整的设计方案,做到“政产学研用服”六位一体。很多地方政府并没有深刻认识到这个产业体系,光是招商引资,之后怎么弄并不清楚。产是针对产业链体系的,企业打造产业链,行业打造产业集群,区域打造产业生态。同时产业链是需要协同解决问题的,其中两大基本要素必须要解决——物理空间和产业基金。
这就需要政府推动与指导,协会、联盟机构协同服务,企业群体积极参与,构建产品制造技术创新中心,做好市场推广与应用开发,建设好检测、标准等公共服务机构。
从历史经验、行业发展以及国际化发展的道路来看,传感器的产业化是有难度的,但不至于难到不可行的地步,它是一个产业链,也是一个产业体系,这是两个生态体系。

物联网感知、传输、应用三层技术均存在问题
物联网的层次结构,自下而上依次是感知层、传输层、应用层。郭源生认为,从底层来看,物联网行业面临的是技术开发和标准化的问题。传感器行业包括标准和规范在内的顶层设计还没有正式形成,甚至在很多问题上还没有形成共识。
吃透复杂环境下的应用场景、形成规范、标准化的场景描述,这是实现物联网上下游协同必须要做的工作。只有通过多维度参数设置,对特定场景进行标准化的描述,才能产生相对应的数据模型并设计出适合的技术路线。该如何选取维度和参数,结合算法形成模块化产品,是实现物联网感知层产业化的关键。“找到描述应用场景的维度和运算方法是物联网能否推广应用的首要问题。”郭源生表示。
在网络层,物联网的搭建需要互联网、移动通信网及无线传感器网络等技术的支撑。当前,5G网络的搭建很大程度上解决了物联网网络层的传输速度问题,能够帮助实现物联网应用低延迟,但成本仍是阻碍其市场拓展的瓶颈。郭源生表示:“如果5G的流量费用远远超过了使用者的承受范围,那么5G的应用便很难铺开或将严重受阻。”

智慧交通、智慧家居、智慧零售、智慧农业……物联网的应用场景非常丰富,但由于行业业务流程和产业各个环节受管理条块和利益牵制,那么这些数据就变成了垄断资源,行业应用孤岛化、产品技术碎片化问题就会越演越烈。郭源生以高速公路收费口为例,他认为收费场景完全可拆除收费设施,实现无人值守和无障碍通过。
郭源生认为,ETC收费卡、拦车横杆都是收费场景复杂化的表现,既增加了收费成本,也给顺利通行设置了障碍,既不环保也不经济。“既然采用了ETC,要拦截杆有什么用呢?”他表示,如果能够实现地、空、天一体化,车辆在驶入高速路段后自动计费,每月或单次自动生成高速公路扣费账单,则高速公路路口拥堵的现象则可得到彻底解决,收费场景描述更加科学、合理,更加人性化。
无感知治理提升智慧城市体验
“城市中98%的人并非城市‘治理’对象,他们是更需要的是服务。”郭源生认为,使用传感器、大数据计算等智能化手段搭建智慧治理,使人们感受不到被治理,则居民对智慧城市的体验感将会提升。

目前的“智能化程度越高,生活越不便利”的现象说明,智能化的手段和理念不同程度地存在问题。各种所谓的“智能系统”使老年人出行处处受阻;患者要花大把的时间研究挂号缴费设备如何使用;一个人要为金融、社保等事务管理多张银行卡;老年人面对形形色色的技术产品不知所措……本应为人民生活带来便利的技术手段,却使给居民生活平添了许多障碍。郭源生认为,这都是为了管理而管理设计的产品和技术,缺乏真正意义上的智能化、人性化。
关于如何打破数据孤岛化问题,郭源生提出可以组建城市数据运营商的建议,将5G、北斗采集的大数据汇聚起来,形成物流、人流、信息流的空天地一体化网络框架,再按照行业分类,将数据分发到不同的部门。实现从设计、运营、管理、服务、安全等明确的责任者和收益者,形成了责权利的完全统一。
进一步打造产业集群
对于当前的中国传感器行业,郭源生以“高、小、散、多、缺、难”六个字总结了当前产业面临的问题。高技术含量、高技术指标与紧缺的自主技术、紧缺的领军人才、松散的产业分布、较小的企业规模、有限的产品产量之间的矛盾十分突出。

传感器产品类型多、适用领域多、跨界融合丰富、使用要求纷繁复杂。面对这一情况,郭源生给企业提出了这样的建议:企业要了解产业链,了解产业链上下游的供需状况。
“用传感器的不知道传感器制造过程,造传感器的不知道具体应用,这是中国传感器行业存在的最大问题。”郭源生认为,传感器产业化最大障碍是产品设计生产制造与使用脱节。传感器生产商,要深入应用端,全方位了解产品需要实现的参数、性能。
传感器行业所需的技术含量高、性能指标高、市场门槛高、所需投入高,但同时也面临着供应商能够提供的产品品种少、企业规模小、产品产量小,产业分布、科研力量都相对松散的问题。
在这样的情况下,郭源生提出:企业要建立产业链,行业要打造集群,区域要打造生态,构建政、产、学、研、用、服六位一体的产业生态体系,加强产业集聚,帮助解决单一客户订单量无法支撑供应商盈利量产需求等问题。产业集群的打造需要帮助企业形成产业链条,实现上下游产业对接。
当前,传感器行业自主创新技术缺乏,领军人才更是行业稀缺资源。面对传感器行业人才资源紧俏的情况,郭源生认为,要提升全行业的自主创新技术水平,就要杜绝同类企业之间的恶性竞争。如果企业之间专注于互相挖人,而人才互挖之后仅仅简单复制在原单位的工作,就会导致产业技术升级滞缓,这是必须要避免的。
作为“大数据”来源及控制系统的“窗口”,传感器的优劣决定着一切装备与装置的智能化程度和水平,也已成为国际竞争的新焦点和衡量一个国家基础实力的重要标志之一。
在数字经济全面提升和产业变革的今天,如何实现传感器的产业化和规模化应用,是实现万物互联和智能时代的关键所在。在各行业智能化进程中,应用场景描述和理念创新又成为引领、推动传感器技术和应用创新的前提和保障,因此,在各个行业技术创新中,重视理念创新至关重要。

数字时代 传感器无处不在
众所周知,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,成为系统信息输入的主要“窗口”,为系统提供控制、处理、决策、执行的原始信息。可以说,传感器直接影响和决定系统的性能。
随着电子、材料、物理、化学等多领域技术的发展,特别是MEMS工艺技术的成熟和应用,满足市场需求的多功能、微型化、数字化、系统化、网络化、智能化的传感器不断涌现,成为传感器产业发展新热点。这同时也为集成电路从通用型向专业化发展提供了有力支撑和技术创新依据。
目前我国已有的1700余家传感器企事业单位中,产品达到10大类、42小类、7000多个品种。其中,声敏、力敏、光敏、气敏、磁敏、温湿度、RFID、生物等八大类别的主流产品,已经具备产业化技术基础,并拥有广阔的市场需求空间,可形成产业化规模生产。而且,在物联网应用的带动下,不同系统技术协同和智能化标准要求所迫、不同场景下的多维度数据描述与智能化节点、复杂环境探测与边缘计算微系统产品将成为今后技术与产业发展的趋势。
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,都是一个多技术融合与多维度数据聚集的平台,是一个实实在在的安装传感器的平台,其性能优劣与先进与否的标志,就是取决于装了多少个传感器和安装了什么类型的传感器,没有传感器就没有大数据,更没有控制模型。
例如,新的高铁每节车厢安装了2400余个传感器,伴随着道路与环境监测,还将有更多的传感器随运行车辆使用;汽车将成为可移动办公、舒适休闲娱乐空间和智能化节点,也会大量使用智能传感器;智能家电与可穿戴设备等也都安装了大量传感器,可检测人体生理参数指标和实现慢病监测与管理功能。因此,可以确切地说,自动化设备与智能化装置,以及复杂环境与场景监测等数字化描述,必将为传感器产业化提供市场需求和应用保障。
现阶段,国内外各种物联网示范工程,如智能电网、智能交通、环境监测、公共安全、智能家居、智慧医院等400多个示范项目,都是应用各类传感器技术与产品的主要市场,这无疑为传感器技术创新和产业化发展提供了充分的想象空间。

传感器技术创新呈四大趋势
由此可见,传感器技术创新和产业化,不仅是国际战略竞争的焦点,同样也是关乎国计民生和全社会安全稳定的基础保障,这既是传感器自身发展所需,也是集成电路创新与发展的需要。
传感器技术创新与发展趋势归结为以下四个方面:
一是敏感机理和材料创新,因为一个敏感机理的诞生就会产生新的器件,这个新的器件很快能突破和创造新的应用,这是敏感材料敏感机理所形成的。
二是MEMS工艺技术,它与半导体工艺相互渗透、相互依存、紧密关联。
三是器件的创新,围绕着MEMS工艺而形成不同器件、不同封装结构的创新。在同一个MEMS芯片上,根据应用不同,封装不同结构和类型的敏感元件和传感器,并能与集成电路进行同步设计和一体化生产,实现协同创新。
四是网络化和智能化,一个或多个敏感元器件,外加数字电路和网络接口,加上算法软件,进行组合形成智能模块。
从应用角度来看,可穿戴设备是一个复合型、多功能、通过算法实现的智能传感器。工业领域的“可穿戴设备”,能够实现工业应用的智能化和节点化,与半导体产业的融合更为具体。
传感器与集成电路协同发展
无论哪个行业、哪个领域,也无论是哪一类智能装备、设施与系统装置,其自动化水平和智能化程度,都需要微处理器和传感器的协同与融合,形成功能高度集中、控制精准、算法规范的微系统,实现模块化、个性化、精准化、标准化、规范化、产业化生产及应用。
从目前的产业现状及实际情况来看,基础材料的产业化配套与市场化等瓶颈很难突破,没有形成共性基础工艺技术支撑,没有形成资本追逐的氛围,导致产业化进程较慢,需要在市场准入、政策扶持、标准制定、产业融合、技术创新、战略定位上进一步达成共识,加快推动行业发展,提高产业化能力和国际竞争水平。
因此,在对传感器的战略定位上需要进一步明确,提高其战略地位和行业影响力。
首先,需要把传感器发展提升到战略高度进行再认识。同时还要进行产业化发展的顶层设计,需要有相应的产业扶持政策和相应的人力、物力资源配置,打造传感器产业生态体系,形成国家层面的传感器产业集群,集中并加大资金投入;
其次,要发挥区域化的政策优势,利用地方经济发展对高技术产业的需求动力和资源优势,集中发展特色产业集群,培育和营造区域化的产业生态体系;
最后,加大对产品技术创新的财政补贴。
另外,人才政策也要统筹考虑,对高科技中小企业,特别是对研发数据采集感知技术的传感器企业,应该有特殊的人才培育政策进行扶持。
“传感器企业没有敏感元器件就没有核心技术,没有应用就没有经济效益。”这一语道破产业链关系和产业发展特征。因此,打造我国传感器产业生态体系,形成传感器规模化产业优势势在必行,也是当务之急。与集成电路协同发展更是建立双生态产业链和“传感谷”的必由之路和产业化希望所在。
传感器产业化需要与集成电路协同发展,需要打造从数据获取到数据传输,再到数据处理的产业生态体系。实现从原材料、装备工艺一直到最后节点化的完整产业链,构建以“政、产、学、研、用、服”六位一体的现代服务业平台。

比如在区域建立力敏、气敏、磁敏、光敏、生物敏等传感器产业园,从设计、材料、工艺,甚至MEMS工艺,搭建公共的平台。以集群化方式发展传感器产业,形成有效的合力,并形成规模效应,迎接传感器国际化竞争面临的机遇和挑战。
同时,通过国家、地方政策配套与联动,产业基金与物理空间同步,形成具有国际竞争能力的生态体系和产业园区,聚集国内外传感器领域优势企业,按照产业链上下游关系,实现真正意义上的产业集群,这必将成为国内外具有竞争实力数字产业化高地,也必将成为国家和地区数字产业化的一张闪亮名片。
我们必须清楚地看到,在数字经济发展过程中,数字产业化是必由之路,刻不容缓,是竞争的核心与焦点。必须直面应对和迎难而上,形成具有自己特色的高技术产业能力,来应对技术封锁和高技术产业竞争的影响和冲击。为产业数字化和高质量发展提供坚实的保障,为数字产业化探索出创新发展的新路子。
总之,感知技术是信息技术基础,是智能化系统中信息获取的“电子五官”,芯片是半导体产业的核心,是数据处理的“大脑”,5G等通信技术承担着系统的“神经”传输功能。三者相互依存,构成了信息化、智能化的支柱,三者相互依托和赋能推动了我国产业结构调整和转型升级快速迈向新的未来。

我们期待着智能时代的到来,更期待着传感器产业化为智能时代及高质量发展创造新的辉煌。

 

  

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