郭源生：传感器将成为国际战略竞争的新焦点

2020-06-30 人民政协网 郭源生

当前数字经济的发展速度是令人惊喜的。2017年美国数字经济总额为10.83万亿美元,GDP占比超过58.3%。2018年达到了12.34万亿美元,GDP占比超过62%。中国紧随其后,2017年数字经济规模是3.4万多亿美元,占GDP总量的30.3%,2018年是4.73万多亿美元,占GDP总量的34.8%。中美两国已经占据全球数字经济总量的50%以上。这充分说明,未来经济已经从传统资源推动型转向以数据为核心的数字经济。数据已经取代石油成为当今世界最有价值的资源,引发国际争相抢夺的由石油变成了数据,数据将成为推动产业变革的主流与核心,堪称数字时代的石油。

一、数字经济的核心技术

众所周知,信息技术是由感知术、传输和处理三大技术构成,即:计算机技术、通讯技术、传感器技术。信息系统的硬件是由三大技术加上信息存储、反馈与执行等构成,而在整个系统中传递的信息正是“数据”。如果把一个人看做成一个完整的信息系统,那么五官和皮肤与外界交互的信息就是“数据信息”,感知器官就是数据采集装置,是数据获取的核心。现实中与其相对应的实物器件就是传感器产品,传感器也被称为“电子五官”;5G等通信技术就相当于数据传输的人的神经系统;计算机就相当于人体的大脑,负责并承担数据处理功能。

美国认为,上世纪80年代个人电脑把运算手指化;90年代互联网技术把信息需求通过网络全球化;时下的这场变革就是通过物联网,把物质世界连接起来,并赋予物体一个电子神经系统,使其智能化。称其为“Sensor Revolution”(传感器革命),“之所以称为传感器革命,是因为通过新材料运用,会涌现出不计其数的敏感元器件,来监控我们周围的各种环境等。使得传感器技术成为各种应用能力的积聚点”。由此可见,在传感器领域的竞争一定会到来。我们必须未雨绸缪,战略布局,提早准备。

二、产业发展问题与突出矛盾

据行业统计显示,目前全球传感器共有声、力、光、磁、气、温湿、RFID、生物等八大敏感门类,约3.1万种元器件类型,其中,中国约有2.2万种(多为科研实验使用)。产业分布方面,全球从事敏感元器件与传感器研制生产厂家、公司约有6500多家,其中我国约有1200余家(非专业生产厂家)。2012年销售额为1024亿美元,2015年为1376亿美元;2018年约为1770亿美元。其中:家电、汽车、工业自动化系统与设备、能源、医疗器械、农业、飞机和船舶、机器人、环境保护、市政等十大领域占据整个市场的75%。

1、明确技术创新趋势

可以清楚地看出,美国传感器技术产业化发展呈现出三大趋势:MEMS工艺技术、智能化和网络化、微能量获取技术。八大敏感元件采用共性MEMS工艺技术,不仅仅只是为了提高产业化水平。同时,还可以把多个敏感元件复合于一体,结合软件处理与算法,构成多维度指标测试和多参数融合的微系统模块,来拓展产品适用范围。从而弥补片面追求高精度给规模生产带来的难度,以便减少产成品测试成本,提高规模经济效益。再结合微能量获取技术给传感器供电,就可以实现完全智能化的数据采集节点,实现远程数据采集能力,实现低成本、网络化应用,为大数据、5G、人工智能、区块链,乃至新基建基础数据采集,提供可靠和基本保障。因此三大技术融合与协同创新成为未来八大敏感技术发展的主流趋势。

2、新基建下的市场前景

传感器可适用于所有的行业领域。据2019年统计,全球传感器市场总规模已突破1870亿美元,并以大于10%的平均速度增长,在前十大重点行业领域增长大于15%,有些领域的市场呈现出爆发式增长态势。在本次疫情防控中,同样大量使用了传感器产品。除了我们熟知的无接触测温仪,还有血压、血脂、血氧、脉象以及二氧化碳气体等等130多种产品类型,在疫情中都发挥着无可替代的作用。眼花缭乱的可穿戴设备其实也是智能传感器,是多功能、多参数复合的智能节点,既可以测血压,心跳,还可以测脉搏等等。

在新基建的智能化装置与设备中更离不开各种传感器,比如5G基站会使用近百只环境数据与运行监控类传感器;手术机器人要用到400多只传感器;智能手机里现在已经有20多种传感器。当数量达到100多种的时候,手机就会变成移动智能节点,与家庭智能终端融合,通话变成手机中的一个功能模块。电子围栏中就用近2万只传感器,完全实现隐形和无接触管控,场地与道路无人值守与收费,定期结算就可。数字车间中的自动化流水线中无人值守,所用传感器更是数不胜数。

总之,传感器技术决定着系统的功能。判断一个设备或系统性能优劣,不仅仅要看装了多少微处理器,更重要的是,要看有多少只、多少类型传感器。没有传感器技术,就没有数据采集,万物互联与智能无从谈起!

3、打破行业壁垒 消除市场偏见

随着系统信息化程度和设备设施的智能化要求不断提高,各个行业领域对传感器需求会持续增加。然而,在生产企业与用户之间存在着难以跨越的障碍,各自对技术的理解和对方的需求也不尽相同,难以找不到有效方法和途径来贯通和突破。

此外,在对待国内企业和产品上存在较大认识偏见和分歧。在同等情况下,往往选用的是价格远远高于国内企业的国外产品。尤其是资源垄断性行业,为了减轻责任和避免麻烦,就形成了能买国外的就一定不用国内产品的普遍现象。除对国内企业偏见外,有时苛刻的额外条件、繁杂的程序和流程让企业望而却步。国内企业在拉关系和交易成本上苦不堪言,即使长期追踪却也是无功而返,这样也逐步推高了准入门槛和行业壁垒。

由此可见,产、用之间的障碍与瓶颈成为产业化发展的一大障碍。因此,传感器产品既要向参数指标的归一化、标化化、智能化、网络化方向发展,同时,也要建立产用之间的协同创新关系,组建产业与应用之间的相互信任,相互交流与沟通的信息通道和技术研发平台,为传感器产业化发展扫除道路上的障碍。

三、产业化发展途径

应该清醒地认识到,中美博弈表面上看是在贸易和科技的争端,而实质上是高技术产品的产业化竞争。尤其是数字经济全球化的今天,更应该清醒地认识到我国产业化中的突出矛盾和问题。对于传感器产业化,应结合我国结构调整与转型升级与“十四五规划”要求,充分认清疫情、国际摩擦升级与环境变化产生的具体影响。做好战略定位和顶层设计,相应的资源配置,有良好的机制,形成规范和标准,实现产业化并非难事,前面红外热电堆传感器就是一个很好的例子。

根据以上建议,结合区域产业文化特征,可在条件具备地区建立中国“传感谷”,培育我国产业链完整、具备“政、产、学、研、用、服”六位一体协同化、专业化和精准化的“双生态”体系。实现传感器基础产品500亿产值,系统集成与应用产品千亿级以上的目标,形成具有明显产业化特色的国际传感器产业集群。

(作者系九三中央科技委副主任 中国传感器与物联网产业联盟副理事长)