當前社會現(xiàn)狀,物聯(lián)網已成為物聯(lián)網的核心,物聯(lián)網的發(fā)展需要智能感知、識別和通信等技術,而感知的關鍵在于傳感器及其相關技術,可以毫不夸張地說,物聯(lián)網的發(fā)展離不開傳感器。以前曾經有一個粉絲讓我分析國內外傳感器的現(xiàn)狀,作為現(xiàn)代科技的前沿技術,被視為現(xiàn)代信息技術的三大支柱之一,也是被國內外公認為最具發(fā)展前景的高科技產業(yè)。我國自動化方面的專家指出,塑料工業(yè)網,傳感器技術的發(fā)展直接關系到我國自動化行業(yè)的發(fā)展狀況,傳感器技術是自動化行業(yè)的強項。說明了傳感技術在自動化行業(yè)乃至全國工業(yè)建設中的重要性。
但是,隨著傳感器行業(yè)的春天來臨,中國公眾看到的似乎依然是國外半導體巨頭的盛宴。業(yè)內認為,盡管中國傳感器市場發(fā)展迅速,但國內傳感器技術與世界水平相比還存在較大差距。
這一差距,一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的滯后,另一方面也表現(xiàn)為傳感器本身在智能化和網絡化方面技術上的滯后。因為沒有形成足夠的規(guī)模化應用,導致國內傳感器不僅技術水平低,而且價格昂貴,難以在市場上具有競爭力。
現(xiàn)在全球傳感器市場主要由幾個龍頭企業(yè):美國,日本,德國。在全球傳感器市場中,美國、日本、德國和中國共占72%的份額,其中中國占11%左右。相對于世界上生產的兩萬多種產品,中國國內只能生產其中的三分之一左右,而且總體技術水平較低,這是一個亟需改變的狀況。
中國傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀
我們的國家在20世紀60年代就開始涉足傳感器制造行業(yè)。1972年,組建了中國第一個壓阻傳感器研制生產單位;1974年,研制成功中國第一個實用壓阻式壓力傳感器;1978年,建立了中國第一個固體壓阻加速度傳感器;1982年,首次開展了硅微機械系統(tǒng)(MEMS)和SOI(絕緣體上硅)工藝技術的研究工作。二十世紀九十年代以后,硅微加工技術的絕對壓力傳感器、微壓傳感器、呼吸機壓力傳感器、多晶硅壓力傳感器、低成本的TO-8封裝壓力傳感器相繼問世并實現(xiàn)了產業(yè)化。經過30多年的改革開放,我國傳感器技術和產業(yè)取得了長足的進步,主要表現(xiàn)在:建立了國家傳感器重點實驗室、國家微米/納米重點實驗室、國家傳感器工程中心等科研和開發(fā)基地;建立了國家高科技成果轉化基地;在“九五”期間,我國成功研制出51個品種86個規(guī)格的傳感器產品,初步形成了敏感元件與傳感器產業(yè)。
當前中國傳感器產業(yè)正處在從傳統(tǒng)型向新型傳感器發(fā)展的關鍵階段,新一代傳感器呈現(xiàn)出微型化、多功能化、數字化、智能化、系統(tǒng)化、網絡化的發(fā)展趨勢。
傳感技術已經發(fā)展了很多年,它的技術發(fā)展大致可以分為三代:
結構型傳感器首先利用結構參數的變化對信號進行感知和轉換;
在20世紀70年代開發(fā)的固體類型傳感器,它是利用材料的某些特性,由半導體、電介質、磁性材料等固體元件組成。例如:利用熱電效應,霍爾效應,光敏效應,分別制作熱電偶傳感器,霍爾傳感器,光敏傳感器。
三代傳感器是后來才發(fā)展起來的智能傳感器,是微機技術和檢測技術相結合的產物,它使得傳感器具有一定的人工智能性質。
與國外差距的中國傳感器發(fā)展。
從發(fā)展態(tài)勢來看,國內傳感器廠商占據了中低端市場從三個方面入手:
一類產品占據中低端市場,傳統(tǒng)的技術設備手段能夠滿足絕大多數產品的生產需求,市場發(fā)展狀況良好。除了個別廠家把個別品種的芯片從國外引進國內封裝出相關產品,占據了較大的市場份額外,其它高端產品都被國外廠商壟斷。
隨著物聯(lián)網等新興產業(yè)的崛起,傳感器產業(yè)已成為世界各國爭奪高科技發(fā)展的重要領域。近些年來,我國傳感器產業(yè)發(fā)展迅速,應用模式日趨成熟。但是,我國的傳感器產業(yè)由于檔次低,技術創(chuàng)新能力不強,出現(xiàn)了一種低端過剩、中高端被國外壟斷的市場格局。我國戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展滯后已成為制約其發(fā)展的瓶頸。我國目前已經形成了從材料、設備、系統(tǒng)到網絡的較為完整的傳感器產業(yè)鏈。從網絡接口、傳感器和網絡通信的融合、物聯(lián)網體系結構等方面進行了深入的研究。但是,我國的產業(yè)層次低,企業(yè)規(guī)模小,技術創(chuàng)新能力不強,許多企業(yè)只是引進國外的零部件進行加工,同質化嚴重。但由于生產設備落后,工藝不穩(wěn)定等原因導致產品指標分散,穩(wěn)定性差。仿效產品在敏捷性上也不盡如人意。而在相對研發(fā)突出的領域,卻忽視了工業(yè)化基礎研究,商品化發(fā)展嚴重滯后。當前我國的傳感器產品約有6000種左右,而國外則有20000多種,遠遠不能滿足國內市場的需求。中高檔傳感器占80%,傳感器芯片占90%以上,國產化差距很大。而數字、智能、微型化等高科技產品則嚴重短缺。對高端產品的國家重大裝備需求主要依靠進口。但對于傳感器和涉及國家安全、重大工程需要的智能儀器儀表,國外往往對我國有所限制。在未來相當長的一段時間里,外資企業(yè)的產品占據了國內高端市場的絕大部分市場份額,對高端市場的長期把持,這一勢頭在短期內不會得到根本改變。
國有企業(yè)發(fā)展狀況處于穩(wěn)定增長狀態(tài),總體上與國外最新技術發(fā)展不相適應,除少數廠商外,總體差距有擴大的趨勢。原因在于傳感器技術發(fā)展迅速,工藝和制造設備更新迅速,國內很多新設備廠商無法生產等等。而單機設備的價格則少則幾十萬,多則幾百萬美元,絕大多數廠家依靠自身積累難以購置新設備,導致在許多新技術、新工藝方面跟不上國外企業(yè)的迅猛發(fā)展。
我國傳感產業(yè)現(xiàn)狀。
我國的傳感器一方面表現(xiàn)為對信息感知能力的落后,另一方面又表現(xiàn)為傳感器本身在智能化、網絡化方面的技術落后。因為沒有形成足夠的規(guī)?;瘧?,導致國內傳感器不僅技術水平低,而且價格昂貴,難以在市場上具有競爭力。
從1980年左右,中國就開始重視傳感器技術的研究。通過幾年的努力,傳感技術的研究發(fā)展水平還是比較高的。但在產品化方面的技術進步并不理想,很多傳感器技術,其實國內的實驗室研究水平并不差,可惜沒能充分利用,轉化成成熟的產品進入市場。
傳感技術的研究需要較長時間的投入,一個傳感器的研發(fā),要到6-8年才能成熟,一般中國企業(yè)承受不了這么長的周期。在傳感器研究失敗的高風險環(huán)境下,中國企業(yè)更難承受失敗。
在日本企業(yè)的研發(fā)支持下,許多形不成產品的企業(yè),都能負擔得起,10項中只要2-3項能變成產品就可以了。與之相反,我們的許多企業(yè)已經準備好取用他人現(xiàn)有的東西。這樣的想法是有問題的,包括我們一直希望引進現(xiàn)成的國外人才和自己的項目。沒有人會去養(yǎng)魚,他們只會去撈魚。
與比較大型的儀器相比,傳感器在產品化過程中所需的投入一般都不大,因此比較適合小企業(yè)投資。中國在這方面應該占據優(yōu)勢。但是,如果從其他方面考慮,這也是一種弱點。
傳感產業(yè)的一個特點是,傳感器本身的技術含量很高,但是單獨的傳感器一般價格不高。這一特點導致了傳感器雖然具有較高的技術附加值,但單靠傳感器卻難以形成可觀的產值。
一般而言,感應器有點兒像中藥中的“藥引”,其本身的功能非常重要,但要達到真正的成倍成倍,還需要整個服藥。外國許多傳感器公司一旦在傳感器方面有所突破,就會開發(fā)出相關的測量儀器。
此外,在中國專利保護機制下,感應器苦心經營研發(fā)的關鍵技術,往往呈現(xiàn)出“訣竅”性質,被抄襲后,很難說清,企業(yè)也打不起官司。盡管國內也有MEMS傳感器企業(yè),但都是委托加工,加工企業(yè)自己拿來做,加工企業(yè)自己拿來做,目前的企業(yè)創(chuàng)新體系存在著很大的問題。
國內傳感器發(fā)展的主要差距。