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如何提升传感器技术创新能力打造产业生态环境?

发布时间:2021-08-09
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原文链接:https://www.xianjichina.com/special/detail_492794.html

文章来源: 千家智客,电子信息产业


传感器最早出现于工业生产领域,主要被用于提高生产效率。近年来,伴随着技术的集成化趋势,传感器逐步走向模块化、微型化。传感器是物联网的“五官”,是用于采集各类信息并转换为特定信号的器件,也是科学技术发展的重要标志,成为信息产业的三大支柱之一,也被认为是最具发展前景的高技术产业。




传感器大有可为 我国发展相对落后


在全球开始步入高速发展的当下,获取和处理信息过程中,首先要解决的就是要获取可靠并准确的信息,而传感器是获取信息的主要手段和途径。例如在工业4.0时代,要用传感器来监视和控制生产过程中的参数,使设备保持正常的工作状态;在智能家居领域,传感器是实现用户和家居单品互动的基础;在无人驾驶中,需要通过传感器对交通和环境数据的采集和处理,这样才能保证汽车在道路上的安全行驶……可以毫不夸张的说,未来物联网有多大的市场,传感器就能有多大的作为。


不过,从市场分布来看,目前全球传感器研制生产单位超过6500家,GE传感器、爱默生、西门子、博世、意法半导体、霍尼韦尔等美国、日本、德国的几家龙头公司占据主导地位,共占据近70%的市场份额;与此同时,我国传感器行业由于起步较晚,在高端传感器方面的发展落后于发达国家。


我国传感器产品主要以仿造及二次开发为主,特别是在芯片等敏感元件核心技术及生产工艺方面与国外差距较大。我国传感器芯片市场国有化率不足10%,进口依赖问题较集成电路整体情况更为严重,国产芯片基本全部为低端产品,本土企业难以参与高端市场竞争。排名前三十的传感器厂商中,中国仅有歌尔股份、瑞声科技跻身其中。



市场空间大技术落后 何解?


目前传感器市场已经逐渐从工业自动化向消费类产品转移,特别是家电和汽车用传感器占据了近40%的市场比重。其中,汽车电子市场规模正在以每年15%—20%的增速迅猛增长,车用传感器数量正在不断增加,再加上无人驾驶汽车等新技术和新产品的出现,未来对于智能传感器等新型传感器的需求只会与日俱增。


改变中国的智能传感器现状迫在眉睫。为此,工信部发布了《智能传感器产业三年行动指南(2017-2019年)》,该指南的目的,是要抓住传感器产业的热门应用领域,如智能终端、物联网、汽车电子等,以提升中高端产品的供给能力,推动我国智能传感器的发展步伐,希望到2019年我国智能传感器有突破,涌现出一批创新能力较强的国际先进企业,技术水平稳步提升,产品结构不断优化,供给能力有效提高。


在全球智慧生活、智能生产的趋势之下,传感器产业也将迎来新的发展机遇,只要把握得住,我国依然能够实现对先进国家的迎头赶超。从根本上来说,中国智能传感器产业要想缩短同国际的差距,还是要创新,创新才是产品提升价值的根据之源。而创新有几种方式,一是微创型,指在设计或工艺上进行改进;二是颠覆性创新,指从基本感测原理上突破,做一些像谐振式的新原理的传感器;三是从材料上创新,目前压电材料的采用,就创造出了新型的智能传感器,如压电式MEMS麦克风、压电式MEMS扬声器等。


“在高速发展的信息时代,首先要解决的就是如何获取可靠并准确的信息,而传感器是获取信息的主要手段和途径。可以说,物联网的市场有多大,传感器的发展空间就有多大。” 7月9日在乐清举办的第八届国际物联网传感技术峰会的开幕式上,正泰集团董事长南存辉发表了上述观点。物联网传感技术正在改变世界,通过它,我们看到生产场景加快智能重构、生活场景加快智联重汇、城市场景加快智慧重塑,智慧工厂、智慧医疗、智慧生活已经清晰可见。



物联网传感技术的重要性持续凸显


当今世界的发展已经从传统资源推动型转向以数据为主要驱动力的数字经济时代,数据已经取代石油,成为最有价值的资源。作为数据采集的源头,传感器的重要性日益受到关注,从新冠防控中用的非接触式红外测温仪,到工业中的温度、压力、视觉等各类传感装置,传感器无处不在。


无论是工业互联网,还是智慧城市、智慧医疗等庞大的智能系统,都得从传感器开始,它是数据获取的唯一功能器件。数据显示,2020年,全球传感器市场规模达到1660亿美元,同比增长9.2%;智能传感器的全球出货量达到4600万台,同比增长21%。


诺贝尔化学奖获得者、美国国家科学院院士MichaelLevitt认为,人类进入21世纪,全面步入信息化时代,从一定意义上来讲,即是进入了传感器时代,或者说是万物互联时代,传感器与通信、计算机被称为信息技术的三大支柱。他指出,国际传感器技术发展呈现出三大趋势,一是MEMS工艺技术,建立了传感器产业化的共性技术基础。二是智能化和网络化。通过归一化标准化输出,实现了无线传输功能和智能节点化。三是微能量获取技术解决了传感器的长期、持续供电的问题。


近年来,随着数字产业化与产业数字化的不断推进,我国物联网与传感器产业双双驶入快车道。工信部科技司副司长朱秀梅表示,作为新型基础设施的底座,物联网正在成为支撑数字化、网络化、智能化的关键要素,也是数字经济创新发展的关键设施。


而智能传感技术决定着获取信息的全面性、准确性和便捷性,是实现万物互联的前提和基础,可以说在正在到来的数字化智能化时代,一切从感知开始。她指出,我国高度重视物联网及传感技术的创新发展,“十四五”规划明确提出推动物联网全面发展,打造支持固移融合、宽窄结合的物联接入能力等更高的要求。


“近年来,工业和信息化部围绕着政策引领、技术创新和示范带动三个重点出台了信息通信行业发展规划物联网分册,培育了杭州等6家国家级物联网产业示范基地,开展物联网技术创新和示范应用,持续提升产业的发展质量。


同时也把传感器高质量发展列入重要的议程,相继印发了《智能硬件产业创新发展专项行动》《智能传感器产业三年行动指南(2017—2019年)》等政策文件,推动提升智能传感产业的核心竞争力。”朱秀梅说。


“目前,国内声音、力敏、光敏、气敏、磁敏、温湿敏、RFID、生物敏等八大主流产品已经具备产业化基础,而且随着敏感机理和新材料的不断被挖掘,传感器产业还将持续快速发展。”中国传感器与物联网产业联盟副理事长郭源生表示。




多个应用场景让物联传感大放异彩


万物互联时代的帷幕已经被物联网悄然拉开,借助5G、AI,物联网将每个智能设备、每个企业更加紧密地连接起来,构成智能社会,其中智能传感技术发挥了重要的基础核心作用。目前,智能制造、智慧工厂、智能家居、智慧医疗等场景让物联网和传感器大放异彩。


在参观正泰集团的未来工厂时,记者被生产线上的机械手、智慧仓储的搬运机器人所吸引:机械手准确无误又井井有条地完成冲压、焊接、精准组装各种细小零部件等连续动作,搬运机器人在狭窄的通道把一箱箱产品码放得井然有序。“这是正泰在工业互联网的探索上,以智能制造为主攻方向,大力实施‘一云两网’(正泰云、正泰工业物联网、正泰能源物联网)工程的成果。”正泰负责人对记者表示。工业互联网是物联网在工业领域的应用,通过物联网技术实现工业制造业互联互通、优化资源配置、提高效率,从而推动工业结构升级和产业升级。


随着我国经济发展和人民生活水平的提高,在智能家居以及百姓居住的社区智慧管理方面,特别是在新冠肺炎疫情的防控过程中,物联网和传感器发挥了重要的积极作用,成为智慧生活极其重要的组成部分。包括水侵、红外、烟雾、温湿度传感器等在内智能传感器作为智慧家庭的核心产品,承担了“信息采集和感知”端的作用,应用非常广泛。


它能时刻感知外界环境变化,让智能家居更灵敏、更智能。“我的理想是要让传感器像空气一样存在,你不知道它在哪里,但它却时刻为你服务;你不需要操作,不会让它成为负担,但它却成为提高生活质量的好帮手而如影随形。”杭州麦乐克科技股份有限公司的董事长吕晶表示,“我们的目标就是让智能传感器带来更安全、更健康、更舒服、更便捷的智慧生活。”


在智慧医疗领域,同样离不开传感器。互联网、物联网、传感器、大数据、云计算、人工智能等新兴技术与医疗健康养老产业正在深度融合,这种深度融合已经形成在慢病管理、远程医疗、智慧医院、智能康复、健康养老方面,以人的健康为中心的医康养服务模式。智慧医疗在未来大健康产业中,从可穿戴设备,到便携式的监测设备,再到服务型机器人等,会形成8万亿只到10万亿只传感器的市场规模。


微医集团总裁兼CTO王阳描绘了一幅场景,他介绍说:“在物联网应用场景当中的远程医疗,大多数情况下,大家都会看医生在医院里与其他医院里的医生进行会诊,做远程医疗,我们把这样的终端继续往前延伸到基层医院或者社区,建立智能医务室,智能医务室与大医院的医生连接,再把神经末梢往细处延伸到家庭,通过家里的智慧终端‘微医通’进行健康管理,一键触达你的健康管理师,同时家中其他电子设备也可通过蓝牙连接到这个智慧终端上。


人们平时的一些数据都通过传感器记录在智慧终端上,如果有偏差,它就会主动呼叫健康管理师,或者通过自己的健康管理师转到大医院的医生,让医生进行会诊,同时也可以和多个医生对话,这样就形成了一个健康管理师、全科医师和专科医师三医共管的形式。”而上述这些,都是建立在物联网和传感设备之上的。



提升技术创新能力打造产业生态环境


面对广阔的应用前景以及巨大的市场容量,业内专家纷纷表示,要抓住数字经济带来的红利,让国内物联网及传感器产业“更上层楼”。


朱秀梅表示,目前,在总结评估“十三五”物联网发展规划的基础上,工信部正在抓紧制定《物联网新型基础设施建设三年行动计划》,希望突破一批制约物联网的关键共性技术,培育一批示范带动作用强的物联网建设主体和运营主体,催生一批可复制可推广可持续的运营服务模式,导出一批赋能作用显著、综合效益优良的行业应用,同时要构建一套完善的物联网标准和安全保障体系,加速推进全面感知、泛在连接、安全可信的物联网新型基础设施建设,为“十四五”期间物联网产业的健康发展营造良好的政策环境。


她表示,未来会在以下四个方面努力推进物联网及传感技术的创新发展:

一是提升技术创新能力。围绕着信息感知、信息传输、信息处理等产业链的关键环节,加大智能感知、高精度定位、新短距离通信等核心技术的突破。


二是壮大产业生态。打造一批技术领先、资源整合能力强的物联网产业链企业,以及一批专精特新的物联网企业,持续培育产业特色鲜明、应用示范效果突出的物联网示范基地。


三是扩大应用规模。在智慧城市、智能制造、智慧农业、智慧医疗、智能家居等领域,加快部署感知终端,网络和平台,推进IPV6在物联网领域的大规模应用,推动城市现代化治理、产业数字化转型和民生消费升级。


四是健全支撑体系。推动物联网国家标准和行业标准建设,面向网络安全、数据安全和个人信息保护的物联网安全保障体系,加快完善试验检测、知识产权服务、科技成果转化、人才培养等公共服务。


郭源生表示,万物互联之所以至今没有形成强大的支撑,究其原因就是没有打破传感器制造和应用之间的瓶颈,“生产传感器的人很难说清楚应用,应用传感器的人不知道传感器是怎么制造出来的。而要打破这个瓶颈,必须通过技术创新,使传感器产品实现标准化、智能化、网络化,并通过政策、资本的助力,形成一个良好的营商环境。


同时,要重视由于行业壁垒而导致的信息应用的孤岛化、信息采集的碎片化、低端化。”他同时强调了标准的重要性,他认为制定标准不能“眉毛胡子一把抓”,要按照应用、材料、技术、工艺、软件硬件进行分类制定不同的标准,并且通过法规确定下来,这样的标准才有意义,才能应用到实际中。


他指出,发展国内传感器产业,需要企业形成链条和体系、行业形成集群,地区形成生态。为此,应打造双生态,第一是产业链完整性、集群化,形成特色产业链;第二是实现“政产学研用服”六位一体。



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