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| 傳感器是創(chuàng)新發(fā)展的基礎 產(chǎn)業(yè)化面臨機遇和挑戰(zhàn) |
| 發(fā)布者： 發(fā)布時間：2017-01-11 閱讀：3889次 |
人類自21世紀開始，全面步入信息時代，掀起了又一次新的具有時代特征和現(xiàn)實意義的信息化浪潮。信息技術與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的深度融合，成為以技術創(chuàng)新為主導，以應用為目標的一場產(chǎn)業(yè)革命，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結構調整和轉型升級奠定了良好的基礎，提供了廣闊的市場空間和發(fā)展機遇。
通過創(chuàng)新形成并呈現(xiàn)出以數(shù)字技術、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、3D與虛擬現(xiàn)實、人工智能、新材料、“互聯(lián)網(wǎng)+”等眾多先進技術為基礎，跨行業(yè)、跨領域的多產(chǎn)業(yè)相互協(xié)同，區(qū)域、領域、行業(yè)、日常生活相互滲透，產(chǎn)業(yè)與資本更加融合以及市場應用牽引下的產(chǎn)業(yè)大變革時期。
信息技術是采集、管理和處理信息的技術總稱，是建立在硬件基礎上的有序數(shù)據(jù)處理技術。主要包括傳感技術、計算機技術、通信技術。信息系統(tǒng)是包括輸入、存儲、處理、輸出和控制軟硬件整體，是以處理信息流為目的的人機一體化系統(tǒng)。信息技術的發(fā)展，對于人與社會的進步和經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了重要作用，給人們思想觀念和生活方式都帶來了巨大的沖擊和變化，產(chǎn)生了深刻的影響。同時，對于改變生產(chǎn)方式、提高生產(chǎn)力水平發(fā)揮了積極的作用。以信息技術應用程度來衡量一個國家的信息化水平，已成為體現(xiàn)一個國家綜合國力的重要標志。
傳感器是創(chuàng)新發(fā)展的基礎與核心
傳感器與計算機、通信被稱為信息系統(tǒng)的三大支柱，傳感器技術優(yōu)劣成為衡量一個國家科技水平和是否處在國際戰(zhàn)略競爭制高點的重要標志，是發(fā)達國家高度重視和爭相發(fā)展的核心基礎技術。傳感器廣泛應用于冶金、石油、化工、電力、交通、水利、新能源、電子、環(huán)保、家電、航天、航空、軍工武器裝備等國民經(jīng)濟及國防、科研等各個領域，關乎并影響技術創(chuàng)新以及國防、經(jīng)濟和社會安全，對于當前產(chǎn)業(yè)結構調整與轉型升級發(fā)揮著重要作用，對于占領戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)的制高點具有十分重要的戰(zhàn)略意義。
美國人認為，人類步入21世紀，全面步入信息時代，從一定意義上講，就是進入了傳感器時代。傳感器與通信、計算機被稱作為現(xiàn)代信息系統(tǒng)的三大支柱，傳感器技術發(fā)展與應用成為衡量一個國家信息化程度的重要標志，同時也是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志。傳感器產(chǎn)業(yè)已被國內外公認為是具有發(fā)展前途的高技術產(chǎn)業(yè)，以其技術含量高、經(jīng)濟效益好、滲透力強、市場前景廣等特點為世人所矚目。
在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，傳感器處于連接被測對象和測試系統(tǒng)的接口位置，構成了系統(tǒng)信息輸入的主要“窗口”，提供著系統(tǒng)進行控制、處理、決策、執(zhí)行所必須的原始信息，直接影響和決定著系統(tǒng)的功能。傳感器可以直接接觸被測對象，也可以間接接觸。許多控制系統(tǒng)功能因控制對象的信息難以采集與獲取而無法實現(xiàn)，成為系統(tǒng)技術發(fā)展與提升的障礙，也成為大數(shù)據(jù)的來源和采集以及物聯(lián)網(wǎng)技術與發(fā)展的最大障礙。
如果把計算機比喻為人的大腦，通信比喻為人的神經(jīng)系統(tǒng)，那么傳感器就是“五官”和“皮膚”，承擔著感知并獲取自然環(huán)境中的一切信息數(shù)據(jù)的功能。西方發(fā)達國家正因為重視傳感器等技術，逐步形成了全球高新技術發(fā)展以及軍工武器裝備的基礎技術的應用差異。
上世紀70年代初，西方忽視了傳感器技術發(fā)展，呈現(xiàn)出“大腦發(fā)達”而“五官遲鈍”的尷尬狀態(tài)，致使計算機以及通信技術受到嚴重制約和影響。從上世紀70年代中期開始，各國相繼加快傳感器發(fā)展。從上世紀80年代初開始，美國、日本、德國、法國、英國等紛紛制定相關計劃并列為長遠發(fā)展規(guī)劃的重點，傾注人力、物力和重點投資進行研究開發(fā)，以年20%~30%的速度高速發(fā)展，長期予以重點支持，使傳感器技術明顯提高，并于2003年將其列為21世紀最具影響和改變世界的十大新技術之一。美國聯(lián)邦政府研究報告中指出，自2010年開始預算為69億美元用于傳感器基礎技術與應用研究，其稱之為“SensorRevoluTIon”（傳感器革命）。美國人認為：“上世紀80年代是計算機時代，90年代是互聯(lián)網(wǎng)時代;21世紀全面進入傳感器時代。通過傳感器，把物質世界連接起來，并賦予一個電子神經(jīng)系統(tǒng)�！�
目前全球傳感器約有2.6萬余種，隨著技術創(chuàng)新，新品種和類型不斷出現(xiàn)。而我國目前約有1.4萬種，約占全球的1/2，其中大多為常規(guī)類型和品種，在醫(yī)療、科研、微生物、化學分析等特種高技術領域仍有大量的品種短缺和空白。
全球從事傳感器研制與生產(chǎn)的廠家有6500多家，其中美國、歐洲、日本均超過1000家，俄羅斯有800多家，其他國家和地區(qū)有2700多家。在市場銷售方面，美國居首位，占總銷售額的35%、日本約20%、德國約15%，三國占據(jù)了世界市場的70%。預計未來5年增長率將超過15%，仍然是高增長行業(yè)。
傳感器具有技術密集、滲透力強、多品種、小批量、使用靈活、應用領域廣泛等行業(yè)特征，基礎性和協(xié)同性特點突出，特別適合“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”，隨著《中國制造2025》、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃以及大數(shù)據(jù)、云計算、智慧城市的發(fā)展，作為信息獲取基本單元的傳感器產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略地位日益凸顯。
產(chǎn)業(yè)化面臨市場機遇和挑戰(zhàn)
市場、技術和政策三大因素將驅動傳感器產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。隨著電子、材料、物理、化學等多方面發(fā)展，特別是MEMS工藝技術的成熟和應用，滿足市場需求的多功能、微型化、數(shù)字化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化、智能化傳感器不斷涌現(xiàn)，形成傳感器發(fā)展新熱點。
目前，傳感器技術從單一的物性型向功能、技術復合集成以及微型化、多功能、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化發(fā)展成為未來技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要趨勢。我國已有1700余家企事業(yè)單位從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應用，產(chǎn)業(yè)門類基本齊全，敏感元件和傳感器年總產(chǎn)量已超過20億只，傳感器產(chǎn)品達到10大類、42小類、6000多個品種。其中，聲敏、力敏、光敏、氣敏、磁敏、RFID六大類別的主流產(chǎn)品，已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化技術基礎和市場應用需求空間，可形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。而且，在各行業(yè)領域物聯(lián)網(wǎng)應用需求的帶動下，不同系統(tǒng)技術協(xié)同和智能化標準要求所迫，網(wǎng)絡化、智能化傳感器將成為今后技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一大趨勢。
在應用方面，無論是航空航天飛行器、火車、高鐵、汽車，還是移動終端，包括機器人，都是一個多技術融合與聚集的“平臺”，是一個安裝傳感器的“平臺”，它的優(yōu)劣取決于裝了多少個傳感器，沒有傳感器就沒有大數(shù)據(jù)。
高鐵的快速發(fā)展將為傳感器帶來巨大市場，按照國家規(guī)劃，到2030年鐵路運營達20萬公里（2015年為12.1萬公里），其中高鐵運營達4.5萬公里（2015年為1.9萬公里），高鐵裝有數(shù)量龐大的傳感器來完成車輛、軌道線路、自然環(huán)境等的監(jiān)測，隨著中國中車“軌道交通安全保障技術項目”的研發(fā)與實施，將成為高端智能傳感器的新的增長點。
再以汽車為例，普通轎車所用傳感器數(shù)量超過100只/車，高級轎車所用傳感器超過200只/車，按照“到2020年新能源汽車保有量達到500萬輛”的國家規(guī)劃，新能源汽車將為傳感器帶來快速增長的巨大市場。
再例如，機器人中有內傳感器和外傳感器之分，內傳感器就是內部之間的活動關節(jié)相互之間的關系，要通過傳感器獲取大量數(shù)據(jù)并傳輸;外傳感器是通過它的五官和外界窗口來實現(xiàn)。不同類型和功能的機器人，其性能和功能的優(yōu)劣，無疑是看其安裝了多少傳感器，同時看其安裝了什么類別和品質的傳感器而已。
傳感器不僅可以決定這些“平臺”技術高低和性能優(yōu)劣，同時也可以通過獲取聲音、溫濕度、壓力、流量、磁場、氣體、形態(tài)圖樣等各種參數(shù)指標的變化，來監(jiān)控“平臺”自身運行狀態(tài)和安全狀況，使得“平臺”能夠安全可靠、健康穩(wěn)定地有效運行。再結合系統(tǒng)體系構架、軟件服務模型形成完整的“智能”與“智慧”系統(tǒng)，滿足工業(yè)領域的智能管理需求�，F(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)示范工程包括智能電網(wǎng)、智能交通、環(huán)境監(jiān)測、公共安全、智能家居、智能醫(yī)院、智能高鐵、戰(zhàn)場感知、機場圍界、食品加工、感知石化、智慧農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代物流、智能樓宇、生物制藥、政府公務、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護理、社區(qū)醫(yī)療、花卉栽培、水系監(jiān)測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等400多個示范工程項目正式列入物聯(lián)網(wǎng)目錄，都是應用各類傳感器技術與產(chǎn)品的主要市場，無疑為傳感器技術創(chuàng)新發(fā)展提供了充分的想象空間。
此外，傳感器不僅可以探知宏觀世界和微觀世界，甚至可以感知到我們生命的各種信息，獲取人體生理參數(shù)指標等大數(shù)據(jù)，如血糖、血脂、血氧、脈象、心電、腦壓、腦電、體溫。我國已“快速、跑步進入老齡化社會”，家庭服務未來將是一個很大的問題�？萍贾铣蔀榻窈髣�(chuàng)新的又一大方向。相關機構研究，未來從可穿戴到家庭智能終端，以及服務型機器人會形成8萬億元到10萬億元的市場規(guī)模。
未來服務型機器人的功能是很強大的，生活指導、娛樂游戲、慢病護理、健康管控、應急救助等等各盡所需。因此，找到個性化的健康樣本值和分析模型是應用技術創(chuàng)新的難點和關鍵，是通往“智能”與“智慧”的瓶頸，也是創(chuàng)新的目標、任務與方向。結合系統(tǒng)體系構架、服務模式就形成了完整的“智能”與“智慧”系統(tǒng)，滿足不同人體的健康管理需求。這種模型和模式的構架是物聯(lián)網(wǎng)技術以及實現(xiàn)智能化智能制造的一個關鍵要點和難點，同時也是智能傳感器亟須解決的核心問題。按照層級化的觀點，智能傳感器無疑是一種系統(tǒng)集成和網(wǎng)絡構架下的共性基礎技術，也是當前系統(tǒng)應用和技術創(chuàng)新的又一個“瓶頸”。
為了打破產(chǎn)業(yè)與應用之間障礙，解決產(chǎn)業(yè)對接市場和共性技術產(chǎn)業(yè)化問題，在“十三五”期間，我國制定了國家傳感器產(chǎn)業(yè)長期的發(fā)展戰(zhàn)略，工信部制定的“智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動指南（2017-2019年）”即將出臺，明確了傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標和方向就是智能化傳感器，并制定了相應的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖，確定了MEMS（微機電系統(tǒng)）工藝和集成電路工藝相結合的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑以及以市場應用為主導的政策扶持原則。這些規(guī)劃與政策推動將成為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)安全、自主、可控的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展必然選擇，既可以促進我國傳感器產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展，又可以提升我國產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展的能力與核心競爭力。
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