國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀困境與探究
發(fā)布時(shí)間： 2021-03-29
傳感器是數(shù)據(jù)采集的源頭，智能制造、智慧醫(yī)療、智能交通、物聯(lián)網(wǎng)等都是從傳感器開(kāi)始。進(jìn)入數(shù)字時(shí)代，傳感器屬于通向未來(lái)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。 首先，傳感器種類繁多，市場(chǎng)很大。產(chǎn)品種類多達(dá) 3 萬(wàn)多種，是一個(gè)龐大的市場(chǎng)。2019 年中國(guó)傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 1700 億元，這個(gè)市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)傳感器的份額很小，基本上是國(guó)外品牌。如：手機(jī)、汽車、工控、物聯(lián)網(wǎng)等用到的傳感器，基本上都是國(guó)外品牌。在軍用傳感器領(lǐng)域，因自主可控的研制要求，傳感器已經(jīng)高度國(guó)產(chǎn)化，但因規(guī)模和性價(jià)比所限，采購(gòu)成本較高，無(wú)法參與民用市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，所以我國(guó)傳感器行業(yè)只能依賴大量進(jìn)口。 其次，中國(guó)制造的傳感器不具有明顯成本優(yōu)勢(shì)。目前我國(guó)生產(chǎn)的大部分傳感器產(chǎn)品是低端傳感器，多為手工裝配不具備成本優(yōu)勢(shì)。中高端傳感器進(jìn)口占比高達(dá) 80%，傳感器芯片的進(jìn)口更高達(dá) 90%。 另外，工業(yè)軟件是中國(guó)制造的軟肋，傳感器更是如此。傳感器的設(shè)計(jì)軟件，如 MEMS傳感器設(shè)計(jì)的CAD軟件，為兩家美國(guó)公司IntelliSuite和ConventorWare所控制，而國(guó)產(chǎn)傳感器企業(yè)一直在使用，國(guó)產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件似乎還沒(méi)有準(zhǔn)備進(jìn)入這一領(lǐng)域。因芯片工藝研發(fā)投入巨大，傳感器用芯片一直不能自主研制，致使國(guó)產(chǎn)傳感器利潤(rùn)一直被壓得很低。在專業(yè)芯片的某些行業(yè)領(lǐng)域，如水表、電表、煤氣表等，由行業(yè)大國(guó)企的主導(dǎo)，也開(kāi)發(fā)了一批功能性專業(yè)芯片，滿足行業(yè)的自給，但未能起到主導(dǎo)作用。根據(jù)國(guó)內(nèi)40家傳感器企業(yè)上市公司的財(cái)報(bào)，近40%企業(yè)利潤(rùn)率均低于5%；而利潤(rùn)為負(fù)的有6家。 傳感器和工業(yè)軟件，是鎖喉中國(guó)制造的命脈。根據(jù)傳感器國(guó)家工程研究中心《中國(guó)傳感器發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》的統(tǒng)計(jì)，汽車、手機(jī)傳感器、高端化學(xué)類氣體傳感器、光纖傳感器、環(huán)境檢測(cè)傳感器，對(duì)國(guó)外進(jìn)口依賴度都是在95%以上。 第三， 在我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)被邊緣化了？進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為國(guó)家戰(zhàn)略，作為信息技術(shù)支點(diǎn)的傳感器，在中國(guó)產(chǎn)業(yè)中一直沒(méi)有占有相應(yīng)的位置，參與其中的多為民營(yíng)企業(yè)，而且多為中小民營(yíng)企業(yè)，類型繁多的傳感器產(chǎn)業(yè)幾乎沒(méi)有國(guó)有企業(yè)主導(dǎo)，任其自由發(fā)展。面對(duì)如此重要的產(chǎn)業(yè)，國(guó)有企業(yè)為什么遠(yuǎn)離這個(gè)行業(yè)？顯然在我國(guó)，傳感器產(chǎn)業(yè)被邊緣化了，傳感器行業(yè)不為資本市場(chǎng)所看好，政府行政部門的關(guān)注也不夠。 傳感器行業(yè)面臨的規(guī)模小、利潤(rùn)低、不被資本市場(chǎng)看好的困境該如何破局？值得我們深思。下面我們從微觀視角分析傳感器行業(yè)的現(xiàn)狀和困境： 我國(guó)傳感器行業(yè)還屬于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級(jí)階段。 我國(guó)傳感器企業(yè)的設(shè)計(jì)大多仍處于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)階段，還沒(méi)有進(jìn)入基于模型的三維設(shè)計(jì)階段；上下游供應(yīng)關(guān)系仍然處于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的自由形態(tài)，沒(méi)有形成基于模型的產(chǎn)業(yè)互動(dòng)的配套形態(tài)。 產(chǎn)品及其零配件沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)定義能力，供應(yīng)鏈間缺乏互動(dòng)的基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作處于初期水平，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)缺乏系列化配套標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵參數(shù)的量值確定未能形成數(shù)據(jù)積累和不斷迭代的遞進(jìn)工作模式。團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)是解決企業(yè)間產(chǎn)品上下游配套關(guān)系的良好抓手，是企業(yè)間產(chǎn)品配套關(guān)系中快速形成產(chǎn)業(yè)化能力的基礎(chǔ)。傳感器產(chǎn)業(yè)需要國(guó)家規(guī)劃的指導(dǎo)或龍頭企業(yè)的領(lǐng)軍效應(yīng)，形成產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)。目前我國(guó)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)尚處于起步階段，傳感器產(chǎn)業(yè)還未認(rèn)識(shí)到這一步，整個(gè)產(chǎn)業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級(jí)階段。 傳感器的材料和工藝細(xì)化量化沒(méi)有形成自己的行業(yè)規(guī)范和核心能力。 傳感器研制和生產(chǎn)工藝是一個(gè)敏感的話題，因?yàn)椴煌瑐鞲衅髌髽I(yè)間的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)各自封閉，以保護(hù)自己的商業(yè)秘密，保證企業(yè)的利潤(rùn)和競(jìng)爭(zhēng)力。 傳感器信息變送原理是敏感器件參量突變下所引起的相關(guān)參量的變化，通過(guò)聲、光、電、磁等探測(cè)器件感應(yīng)后經(jīng)測(cè)量函數(shù)輸出。傳感器的關(guān)鍵核心是材料和制造過(guò)程相關(guān)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)測(cè)量和控制，以及圍繞測(cè)量函數(shù)進(jìn)行的相關(guān)補(bǔ)償和修正。 在我國(guó)材料領(lǐng)域中，對(duì)材料的成分、工藝和物理化學(xué)性能的參數(shù)描述是比較粗放的，并不適合傳感器敏感器件的精細(xì)化控制要求，建立傳感器行業(yè)精準(zhǔn)化控制的系列標(biāo)準(zhǔn)是行業(yè)發(fā)展的特殊需求，包括參數(shù)的定義、化學(xué)成分的配比、工藝參數(shù)測(cè)量與控制，性能指標(biāo)的測(cè)試與迭代等方面，這些標(biāo)準(zhǔn)的建立一方面需要產(chǎn)業(yè)鏈中的相關(guān)企業(yè)共同參與，另一方面需要通過(guò)數(shù)據(jù)的不斷積累和迭代，固化量化的方法和精細(xì)的指標(biāo)量值。 由于我國(guó)對(duì)基礎(chǔ)研究缺乏長(zhǎng)期細(xì)致的積累，傳感器產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出各自為戰(zhàn)的局面，企業(yè)間技術(shù)和商業(yè)保密意識(shí)強(qiáng)烈，缺乏數(shù)據(jù)共享的機(jī)制，對(duì)參數(shù)的定義、指標(biāo)、控制方法等缺乏測(cè)量數(shù)據(jù)積累，因此對(duì)產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)及其參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的細(xì)化追蹤和研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員除了參照相關(guān)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)或仿真數(shù)據(jù)外，最重要的是參照歷史數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代。如果沒(méi)有嚴(yán)格細(xì)化的定義和數(shù)據(jù)積累，歷史數(shù)據(jù)再多也無(wú)法提供有效的幫助。 不從根本上解決材料和工藝的問(wèn)題，我國(guó)暫時(shí)還無(wú)法生產(chǎn)出高精度的傳感器。為了市場(chǎng)需求和企業(yè)生存暫時(shí)只能重復(fù)低端產(chǎn)品的生產(chǎn)，沒(méi)有多余的資金和人員去解決傳感器研制過(guò)程中面臨的根本問(wèn)題。 傳感器測(cè)量函數(shù)的補(bǔ)償和修正是目前我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)唯一的救命稻草。 我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)所面臨的現(xiàn)狀，離開(kāi)了計(jì)量校準(zhǔn)傳感器將不成為產(chǎn)品，產(chǎn)品的最高精度就是計(jì)量校準(zhǔn)點(diǎn)的精度。傳感器輸出的是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，而不是真正的測(cè)量數(shù)據(jù)。雖然這話講的有些絕對(duì)，但是反映了一個(gè)現(xiàn)實(shí)，計(jì)量校準(zhǔn)對(duì)傳感器的輸出和性能指標(biāo)十分關(guān)鍵。 傳感器是通過(guò)敏感器件感知信息后，通過(guò)測(cè)量函數(shù)解算出參數(shù)的量值，但是由于感知的信息非常微弱，需要經(jīng)放大、變換、調(diào)理等轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，或通過(guò)硬件或軟件輸出。但是影響微弱信號(hào)變化的因素非常廣泛，對(duì)傳感器精度的影響巨大。關(guān)于這一點(diǎn)只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)的模擬或?qū)嶋H工況環(huán)境獲取的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)積累和分析最終獲取影響因素的參數(shù)指標(biāo)控制限。上述論述不僅適合于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也適合工藝環(huán)節(jié)。 工藝過(guò)程參數(shù)控制限的確定，也應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程參數(shù)變化趨勢(shì)獲取有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和迭代，產(chǎn)品性能輸出參數(shù)量值的一致性和正確性理應(yīng)依靠測(cè)量函數(shù)獲取。但是由于我國(guó)傳感器企業(yè)過(guò)程細(xì)化不到位，許多控制環(huán)節(jié)處于無(wú)法量化的人為控制階段，在面臨交付時(shí)還未解決，只能考查其線性度等指標(biāo)后，依靠計(jì)量校準(zhǔn)的量值對(duì)傳感器修正后輸出量值。但是這種狀況一直未能有效改變，反而成為中小型傳感器企業(yè)的主流生產(chǎn)形態(tài)，所以我國(guó)傳感器企業(yè)一直處于低端生產(chǎn)狀態(tài)。
政府主導(dǎo)，招攬人才，加強(qiáng)我國(guó)傳感器行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)和管理研究。 建議政府出臺(tái)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)，指導(dǎo)企業(yè)成立戰(zhàn)略聯(lián)盟，形成供應(yīng)鏈上下游間互動(dòng)機(jī)制，鼓勵(lì)相關(guān)人才聚集傳感器產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)領(lǐng)域，對(duì)標(biāo)傳感器敏感器件、特殊工藝、測(cè)量函數(shù)等關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展基礎(chǔ)研究；強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)和仿真技術(shù)的研究，解決傳感器研制和生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)狀態(tài)控制難題，形成傳感器產(chǎn)業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化發(fā)力的方向；建立傳感器產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合體，共同推進(jìn)傳感器產(chǎn)業(yè)過(guò)程中產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工藝過(guò)程參數(shù)的控制標(biāo)準(zhǔn)等；研究傳感器產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵測(cè)試技術(shù)，提升參數(shù)測(cè)量精度，建立行業(yè)測(cè)量參考標(biāo)準(zhǔn)，形成產(chǎn)業(yè)共有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。 傳感器行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)研制和生產(chǎn)過(guò)程技術(shù)狀態(tài)的迭代，細(xì)化量化固化設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)，改善產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)，提升產(chǎn)品技術(shù)成熟度。 傳感器產(chǎn)業(yè)應(yīng)分解和細(xì)化材料和工藝的技術(shù)狀態(tài)，解決材料和工藝的技術(shù)狀態(tài)定義和量值描述工作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)積累數(shù)據(jù)分析迭代，優(yōu)化設(shè)計(jì)改善技術(shù)狀態(tài)，固化技術(shù)狀態(tài)各參數(shù)的控制限。這樣才能獲得技術(shù)狀態(tài)的固化量值，滿足技術(shù)成熟度 9 級(jí)以上的控制要求。這樣傳感器傳遞的不是信息趨勢(shì)而是真實(shí)的感知數(shù)據(jù)，這樣從生產(chǎn)線下線的傳感器無(wú)需校準(zhǔn)，也能確定其最終輸出量值的正確性。 我國(guó)中小型傳感器企業(yè)，多數(shù)產(chǎn)品仍處于技術(shù)成熟度6~7級(jí)的水平上，這種生產(chǎn)控制形態(tài)屬于研制和生產(chǎn)一體化的過(guò)渡控制形態(tài)，適合小批量多品種的生產(chǎn)形態(tài)。這種形態(tài)在小批量生產(chǎn)過(guò)程中本應(yīng)不斷迭代和完善，但是我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)的這種狀態(tài)似乎停滯不前，不停簡(jiǎn)單循環(huán)，產(chǎn)品技術(shù)成熟度得不到提升。這種技術(shù)形態(tài)不是高端傳感器產(chǎn)品應(yīng)有的技術(shù)狀態(tài)，不改變這種思想理念，很難引起資本市場(chǎng)的興趣。 客觀上如果沒(méi)有資本市場(chǎng)的介入，以目前行業(yè)的利潤(rùn)率5%~10%為前提，面對(duì)品種繁多的市場(chǎng)需求，中小企業(yè)不可能實(shí)施多品種的大規(guī)模量化生產(chǎn)，無(wú)法吸引國(guó)有企業(yè)進(jìn)入主導(dǎo)；不能從根本上解決產(chǎn)品成熟度和規(guī)?；a(chǎn)的問(wèn)題，更無(wú)法吸引軟件和芯片企業(yè)或資本參與。 綜上所述，破局的根本是如何引進(jìn)人才，解決產(chǎn)品研制和工藝過(guò)程控制參數(shù)的細(xì)化、量化、優(yōu)化和固化問(wèn)題，提高產(chǎn)品技術(shù)成熟度，形成產(chǎn)業(yè)集群式發(fā)展模式，突破軟件和芯片的魔咒，最終徹底破局。
