制造业要突破,始终离不开这个核心

来源:电子发烧友网整理 作者:Duke2017年02月24日 10:02
[导读] 传感器是未来信息安全和国际制造业竞争的又一个主战场,如果我国忽视该领域,将会使国防社会经济安全再次面临严峻挑战。可以说,谁掌握了传感器,谁就掌握了数据,谁就把握了一国的命脉。

无论是德国推崇的“工业4.0”、美国力主的“工业互联网”,还是中国制造业的主攻方向“智能制造”,始终是第三次工业革命的信息技术变革,始终有一个离不开的核心关键——“传感器”。

近年来,全球传感器行业取得了一系列重大突破,已经广泛应用到社会生产生活、国防建设等各个领域,引领了新一轮科技产业革命,其未来的产业增速有望达到30%。

我国传感器行业由于缺乏顶层设计,资源分散,基础研究苍白乏力,新材料研究滞后,高端人才匮乏,产业化率偏低,大多属于“克隆”产品,中高档传感器产品几乎100%进口。

传感器是未来信息安全和国际制造业竞争的又一个主战场,如果我国忽视该领域,将会使国防社会经济安全再次面临严峻挑战。可以说,谁掌握了传感器,谁就掌握了数据,谁就把握了一国的命脉。

制造业要突破,始终离不开这个核心

下一个国际竞争主战场

传感器是中国制造2025的“内核”。美国信息物理空间(CPS)的建设离不开传感器的支撑,德国工业4.0的核心在于通过“物联网”将产品、资源、机械、人都联系在一起,实现端对端集成的智能制造技术和智能生产模式,这种联合和互动也必须要通过传感器实现信息采集和自动控制。

中国制造2025的核心就是两化融合,主攻方向就是“智能制造”,是新形势下信息技术在工业中的应用,也是通过传感器将产品的全生命周期数据进行收集、管理和交互,大幅提高工业生产质量、效率和产品精度。如汽车生产线搭载传感器作为定位和检测手段,实时监控着全线运行状态,自动化水平大幅提升,明显提高了装配精度和生产效率,并有效控制产品质量。

传感器是德国工业4.0的核心组件。制造业的未来在于数据,数据来源于传感器。2013年德国弗劳恩霍夫协会、西门子集团、德国工程院推动德国工业4.0战略,引入了工业软件和生产控制系统的概念,其最底层的基础应用层,具有感知识别的大量传感器嵌入其中,这些感知元器件承载着智慧工厂和智能生产运转所需要的一切必要信息,收集了来自于生产环境的温度、湿度,生产线的物料配比、工序,智能物流的配送等各类信息,为产品设计、迭代研发提供了必要反馈,是整个生产价值链的集成。进入工业4.0以后,西门子等企业将掌握制造业的重要基础数据,合理判断各类产品实际生产情况和生产需求,掌握其他企业未来产品战略,引领未来制造业的发展。

传感器国内需求规模庞大。全世界已有约35亿个传感器,2013年全球消费电子用传感器的市场价值为152.7亿美元,我国传感器市场规模近年来维持在15%的增速持续快速增长,传感器门类基本齐全,国内传感器企业约1700家左右,2013年我国传感器市场规模突破1300亿元。《物联网“十二五”发展规划》提出“十二五”期间要重点突破感知制造业发展瓶颈,提升感知技术和传输技术,推动传感器高端化发展,《中国电子元件“十二五”规划》也提出将投资5000亿元,为传感器的发展提供了广阔的空间。未来五年,传感器行业将继续保持高速增长态势,到2015年需求量将达到近200亿只,销售额有望突破1500亿元,将全面带动相关产业发展。

传感器逐渐渗透到国防社会经济各个领域。随着新一轮科技和产业革命的深入,传感器应用范围越来越广,从传统的工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品专用设备等领域逐步向军事工程、航天技术、医疗、环保、气象等电子设备领域迅速蔓延,其应用渗透到国民经济各行各业,新领域所用传感器已经占据市场15%左右的份额。同时,传感器具有品种多、批量少的特点,据不完全统计有12大类、42小类、6000多品种,2万多种规格,产品规格多,应用分散,如一辆普通家用轿车上大约需要安装几十到近百只传感器。

传感器为信息收集大开方便之“门”。传感器在促进工业智能化数字化的同时,也有可能成为打开潘多拉魔盒的钥匙,通过传感器收集数据信息十分便捷,且由于量大面广,很难被我国有效控制,信息安全面临新的挑战,岌岌可危。如,国外一家工程机械装备企业出口我国,设备内置大量传感器用以记录设备运行过程中的坡度、环境温度和湿度、挖掘重量、次数等各种信息,通过上传至服务器进行简单运算就能够掌握我国地理测绘数据,严重危害国防经济安全。国外多家研究机构正在研究使用光学多种类型的传感从你的身体和神经系统中提取的情感,能够通过表情识别了解使用者的心情。未来可穿戴设备(如:谷歌眼睛),通过传感器置入,能够记录使用者的位置信息和周围声波、图像信息,国外机构通过该设备能够快捷掌握我国社会经济数据。

传感器国际寡头垄断,我国严重依赖进口。全球传感器资源出现像寡头垄断聚集的趋势,国外大型企业主导传感器市场,近年来,以霍尼韦尔、西门子、ABB等为代表的国际传感器巨头通过兼并重组和国际协作,抱团抢占传感器高低,并加速从高端市场扩展至中低端市场,垄断态势日益显现。我国传感器企业虽然众多,但大部分属于小微企业,核心技术少,创新能力弱,如国内一般将国外样品(样机)进行分析测绘,充其量有点集成创新,基本属于“克隆”,新原理开发和新器件研发属于凤毛麟角。国内传感器产品系列不全,高端、高精度产品大量进口,在测量精度、温度特性、响应时间、稳定性、可靠性等指标与国外差距较大。目前传感器进口占比80%,传感器芯片进口占比达90%。如高精度、高稳定的低微差压传感器(量程≦1KPa),高差压、高静压传感器(量程≧3MPa、静压≧60MPa),国内尚不具备供货能力,基本依靠国外进口。

推进传感器一条龙计划

我国应力促智能制造工程和工业强基工程联动。2015年以来,工业和信息化部启动了智能制造专项行动,将智能制造工程作为“中国制造2025”的主攻方向进行突破,涉及到标准、工程、试点示范等多个方向。实施智能制造工程,普及数字化工厂,建立试点示范车间都不可能离开传感器的应用,而我国传感器自身技术水平和产业化应用能力明显不足,导致智能制造的推广不得不大量采购国外传感器。

我国应在工业强基工程中设立传感器专项,重点解决我国智能制造实施过程中的核心问题;在智能制造工程实施过程中,要求企业必须应用50%以上的工业强基工程支持的传感器产品,并纳入到联合体中;同时,支持已经开展传感器工业强基突破的企业,牵头制定相应的智能制造行业标准,以标准带动各领域发展。通过这两大主要工程的联动,打通产品从突破到应用的壁垒,发挥财政专项资金的最大效用。

此外,应加快实施工业强基工程,实施链式突破。2013年,我国启动实施工业强基工程,四年来中央经费投入仅约41亿元,占总投资的10%左右,涉及《中国制造2025》新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备等十大重点领域,以及文化用品等民生关切的若干领域,能够投入到传感器行业的资金更是九牛一毛,对于突破传感器安全瓶颈助力不大。

传感器技术密集,产业难度大,在研发、工程化以及实现规模化生产时,要求高强度、连续性投资。建议国家加强顶层设计,增加工业强基专项资金投入,实施滚动式投资,围绕敏感材料、光学玻璃、MEMS工艺、检验检测、人才培养等实施链式突破,以主机整机带动传感器发展,争取5~10年内全面突破传感器制约因素,保障我国国防和社会经济安全。

与此同时,我国应该探索建立国家传感器创新中心,弥补共性技术体系缺位。由工信部、财政部、科技部共同出资,采用产业基金模式引入社会资本,汇集制造企业、高校、科研院所、国家实验室和非营利性组织资源,建立一个研究人员、企业、中介人员共同进行技术开发和产业化的国家传感器创新中心,形成有效衔接链条,解决行业共性技术难题。按照微型化、系统化、无源化发展趋势,关注材料与技术研发、工艺设计、职业技能培训、产业化和规模生产,逐步培育具有国际竞争力的大型企业集团,提高国产化水平,摆脱我国信息安全可能再次受制于人的不利局面。

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