編者按:傳感器是多學(xué)科的高技術(shù)聚合物,被稱為“工業(yè)工藝品”。當(dāng)前,傳感器正在向智能化、微型化、多功能、低功耗、高精度等方向發(fā)展?!笆奈濉逼陂g,我國智能傳感器產(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)計與制造技術(shù)創(chuàng)新能力將大幅提升,模擬仿真、MEMS工藝、晶圓級封裝、個性化測試和軟硬件集成能力將達到國際先進水平,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)。為此,中國電子報特開辟“傳感器產(chǎn)業(yè)‘十四五’展望”專欄,邀請業(yè)內(nèi)專家把脈傳感器產(chǎn)業(yè),從技術(shù)、應(yīng)用、市場全面梳理國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r,為新基建的建設(shè)以及新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展提供有力支撐。
在數(shù)字經(jīng)濟體系或系統(tǒng)架構(gòu)中,貫穿始終或流淌的“血液”就是數(shù)據(jù)。在由感知術(shù)、傳輸和處理,以及存儲、反饋與執(zhí)行等構(gòu)成的整個信息系統(tǒng)中,始終傳遞也是“數(shù)據(jù)”。然而,作為數(shù)字經(jīng)濟最核心技術(shù)之一,傳感器的產(chǎn)業(yè)化令人擔(dān)憂。嚴重制約和影響著數(shù)據(jù)采集與所獲取的功能與效率。成為影響和制約數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的最大的障礙與瓶頸,應(yīng)當(dāng)從戰(zhàn)略方面引起高度重視。
戰(zhàn)略定位再認識
依據(jù)當(dāng)前我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和問題,結(jié)合當(dāng)前“十四五”規(guī)劃將至、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、疫情后數(shù)字經(jīng)濟產(chǎn)生的影響等幾個方面的綜合因素,進行重新定位。傳感器作為數(shù)據(jù)采集的唯一功能器件,是信息技術(shù)的基礎(chǔ)核心技術(shù)。
眾所周知,信息技術(shù)是由感知術(shù)、傳輸和處理三大技術(shù)構(gòu)成,即:計算機技術(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、反饋與執(zhí)行等構(gòu)成,而在整個系統(tǒng)中傳遞的信息正是“數(shù)據(jù)”。如果把一個人看做成一個完整的信息系統(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。現(xiàn)實中與其相對應(yīng)的實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);計算機被稱為人體的大腦,負責(zé)并承擔(dān)數(shù)據(jù)處理功能。
因此,應(yīng)當(dāng)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(yīng)有的重視。應(yīng)該像扶持集成電路、顯示技術(shù)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(yīng)的配套政策(專項扶持、稅收減免、市場準入)持續(xù)支持,以彌補產(chǎn)業(yè)技術(shù)短板與政策缺失。
技術(shù)工藝再認識
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,從敏感機理、工藝技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)成品測試、市場應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈過程,幾乎與材料、機械、電子、數(shù)學(xué)、計算機軟硬件、測量、半導(dǎo)體等等所有二級學(xué)科緊密相關(guān)。生產(chǎn)工藝也極為繁雜,被稱為制作“工業(yè)工藝品”。但是,一味追求產(chǎn)品高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性指標就極大地增加了生產(chǎn)工藝技術(shù)難度和產(chǎn)業(yè)化水平與能力。經(jīng)濟效益上不去,創(chuàng)新成果收效甚微。因此,單一器件多功能復(fù)合和多個器件集成組合是傳感器技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的趨勢。
傳感器單一地追求高精度,標新立異地把產(chǎn)品做到極致是科研領(lǐng)域常常出現(xiàn)的問題。然而,在配套市場和應(yīng)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,通過系統(tǒng)的整體功能來體現(xiàn)對傳感器單一指標的要求。甚至是單獨敏感元器件可以同時具備感知兩個或兩個以上的物理、化學(xué)量;多個不同物理、化學(xué)量敏感元器件集成、復(fù)合在同一個芯片上;或者組合成一個組件(模組),形成一個智能化模塊。依據(jù)應(yīng)用場景數(shù)據(jù)測量要求,結(jié)合多維度識別和軟件算法,來彌補單一追求高精度帶來的諸多問題。
因此,在八大敏感元件采用共性MEMS工藝技術(shù),提高產(chǎn)業(yè)化水平的同時,需要在產(chǎn)品使用功能及技術(shù)標準與規(guī)范上下功夫。把多個敏感元件復(fù)合,結(jié)合軟件處理,組合構(gòu)成多維度測試和多參數(shù)融合的微系統(tǒng),來彌補片面追求高精度,而給產(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)成品測試成本,提高規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。
產(chǎn)業(yè)化能力再認識
目前全球約有2.6萬種不同類型的傳感器,形成了多品種、小批量的現(xiàn)狀。因此產(chǎn)業(yè)過于“散”,缺乏從研發(fā)設(shè)計、功能指標、外形結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用場景的規(guī)范和標準,導(dǎo)致往往為了創(chuàng)新而創(chuàng)新。不僅造成浪費,增加了產(chǎn)業(yè)化難度,也給市場應(yīng)用帶來了更多的復(fù)雜性。
現(xiàn)有的傳感器企業(yè)散落在全國各地、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同難度較大;生產(chǎn)工藝流程繁瑣復(fù)雜、技術(shù)要點繁多;工裝夾具獨特、裝備昂貴;企業(yè)規(guī)模偏小、人才集聚和培養(yǎng)難難度大。這些導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化長期處于“尷尬”與“無奈”的境地。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)致長期得不到產(chǎn)業(yè)政策的傾斜與支持。
市場協(xié)同與融合再認識
國內(nèi)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(lǐng)域的市場呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長態(tài)勢。然而,在生產(chǎn)企業(yè)與用戶之間存在著難以跨越的障礙,各自對技術(shù)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。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,一時難以搞清楚,導(dǎo)致“不會用”和“不敢用”現(xiàn)象,也根本提不出詳細內(nèi)容和不同場景下的特殊使用要求。從生產(chǎn)角度看,廠家對市場應(yīng)用的場景數(shù)據(jù)模型把握不準,產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)到性能缺乏柔性化設(shè)計,難以提供個性化和精準化的參數(shù)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(shù)角度看,現(xiàn)實中的場景和狀態(tài)是動態(tài)、多變、復(fù)雜的,取什么參數(shù)不僅從現(xiàn)場需要角度考慮,更需要系統(tǒng)整體設(shè)計。因此,在數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場,在傳感器類型、結(jié)構(gòu)與參數(shù)選取上各持己見、各持一詞現(xiàn)象頻發(fā),可謂是“南腔北調(diào)”,甚至是“南轅北轍”,差異極大。可是,選用什么類型的傳感器對系統(tǒng)或裝置裝備性能和智能化水平來說又至關(guān)重要。
此外,用戶在對待國內(nèi)企業(yè)和產(chǎn)品上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(nèi)企業(yè)的國外產(chǎn)品。尤其是資源壟斷性行業(yè),為了減輕責(zé)任和避免麻煩,就形成了“能買國外的就一定不用國內(nèi)產(chǎn)品”的普遍現(xiàn)象。除對用戶國內(nèi)企業(yè)的偏見外,有時苛刻的額外條件、繁雜的程序和流程也讓企業(yè)望而卻步。因此,國內(nèi)企業(yè)即使長期追蹤卻也是無功而返,這樣也逐步抬高了準入門檻和行業(yè)壁壘。
由此可見,產(chǎn)、用之間的障礙與瓶頸成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一大障礙。因此,傳感器產(chǎn)品既要向參數(shù)指標的歸一化、標化化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,同時,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,為傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展掃除道路上的障礙。
復(fù)合型人才需求再認識
人才協(xié)同是技術(shù)融合的前提,是產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)保障。然而,目前傳感器行業(yè)內(nèi)缺少企業(yè)家或龍頭企業(yè)的引領(lǐng)和帶動,企業(yè)內(nèi)部缺乏復(fù)合型技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化的高端人才,特別是國際化領(lǐng)軍人才,使得資本關(guān)注度不高,產(chǎn)業(yè)重組和資源整合難于形成。
因此,基礎(chǔ)研究型人才、技術(shù)復(fù)合型人才、產(chǎn)業(yè)化工程型、國際化視野的人才的培養(yǎng)和聚集至關(guān)重要。對傳感器行業(yè)來說,具有戰(zhàn)略頭腦和市場化能力的企業(yè)家人才更是重中之重。
產(chǎn)業(yè)化建議和構(gòu)想
傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題集中表現(xiàn)為:多品種小批量、產(chǎn)品分散性大、產(chǎn)業(yè)集中度不高、企業(yè)規(guī)模偏小以及專業(yè)化及龍頭企業(yè)偏少。從而呈現(xiàn)出以下五個方面問題:缺人、缺錢、缺技術(shù)、缺市場、不夠重視。
在數(shù)字經(jīng)濟快速發(fā)展的今天,人們必須認識到我國產(chǎn)業(yè)化中的突出矛盾和問題,并應(yīng)結(jié)合我國結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)型升級,結(jié)合“十四五”規(guī)劃要求,結(jié)合疫情、國際摩擦升級與環(huán)境變化產(chǎn)生的具體影響,做好戰(zhàn)略定位和頂層設(shè)計,配置相應(yīng)資源,梳理規(guī)范和標準等。其實若要實現(xiàn)我國傳感器產(chǎn)業(yè)化并非難事,紅外熱電堆傳感器的產(chǎn)業(yè)化便是最好的例子。
具體建議如下:第一,明確戰(zhàn)略定位,做好頂層設(shè)計。把傳感器產(chǎn)業(yè)化作為數(shù)字經(jīng)濟基礎(chǔ)的核心,并提升到國家戰(zhàn)略高度來認識,分層次、分階段的持續(xù)培育和支持。第二,挖掘產(chǎn)業(yè)中的問題,彌補短板與瓶頸。從產(chǎn)業(yè)體系和鏈條中的具體問題入手,解決工藝技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化瓶頸、市場供需矛盾、人才引領(lǐng)作用(特別是企業(yè)家人才)、資源優(yōu)化配置等問題。第三,政策精準配套,資源持續(xù)配置。結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)配套政策資源,設(shè)立國家產(chǎn)業(yè)化專項政策,并在稅收等方面給予優(yōu)惠,針對產(chǎn)業(yè)化進行持續(xù)引領(lǐng)與指導(dǎo)。第四,持續(xù)評估效果,及時調(diào)整實施方式。按照產(chǎn)業(yè)化層次、階段、步驟進行分段評價與考核,根據(jù)實時狀態(tài)及時修正和調(diào)整實施步驟,避免造成經(jīng)濟損失和更大的機會成本。
根據(jù)以上建議,結(jié)合區(qū)域產(chǎn)業(yè)文化特征,可在條件具備的地區(qū)建立中國“傳感谷”,努力建設(shè)我國完整產(chǎn)業(yè)鏈,打造具備“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用、服”六位一體的協(xié)同化、專業(yè)化和精準化的“雙生態(tài)”體系。實現(xiàn)傳感器基礎(chǔ)產(chǎn)品的500億元產(chǎn)值,達到系統(tǒng)集成與應(yīng)用產(chǎn)品千億元級以上的目標,形成具有明顯產(chǎn)業(yè)化特色的國際傳感器產(chǎn)業(yè)集群。
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原文標題:郭源生:國際戰(zhàn)略競爭下的傳感器產(chǎn)業(yè)再認識
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