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| 傳感器是創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ) 產(chǎn)業(yè)化面臨機(jī)遇和挑戰(zhàn) |
| 發(fā)布者： 發(fā)布時(shí)間：2017-01-11 閱讀：3625次 |
人類自21世紀(jì)開始，全面步入信息時(shí)代，掀起了又一次新的具有時(shí)代特征和現(xiàn)實(shí)意義的信息化浪潮。信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的深度融合，成為以技術(shù)創(chuàng)新為主導(dǎo)，以應(yīng)用為目標(biāo)的一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)奠定了良好的基礎(chǔ)，提供了廣闊的市場(chǎng)空間和發(fā)展機(jī)遇。
通過(guò)創(chuàng)新形成并呈現(xiàn)出以數(shù)字技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、3D與虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、新材料、“互聯(lián)網(wǎng)+”等眾多先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的多產(chǎn)業(yè)相互協(xié)同，區(qū)域、領(lǐng)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(chǎng)應(yīng)用牽引下的產(chǎn)業(yè)大變革時(shí)期。
信息技術(shù)是采集、管理和處理信息的技術(shù)總稱，是建立在硬件基礎(chǔ)上的有序數(shù)據(jù)處理技術(shù)。主要包括傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)。信息系統(tǒng)是包括輸入、存儲(chǔ)、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(jī)一體化系統(tǒng)。信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于人與社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)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(lái)了巨大的沖擊和變化，產(chǎn)生了深刻的影響。同時(shí)，對(duì)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(shù)應(yīng)用程度來(lái)衡量一個(gè)國(guó)家的信息化水平，已成為體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。
傳感器是創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)與核心
傳感器與計(jì)算機(jī)、通信被稱為信息系統(tǒng)的三大支柱，傳感器技術(shù)優(yōu)劣成為衡量一個(gè)國(guó)家科技水平和是否處在國(guó)際戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)的重要標(biāo)志，是發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視和爭(zhēng)相發(fā)展的核心基礎(chǔ)技術(shù)。傳感器廣泛應(yīng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防、科研等各個(gè)領(lǐng)域，關(guān)乎并影響技術(shù)創(chuàng)新以及國(guó)防、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)安全，對(duì)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)揮著重要作用，對(duì)于占領(lǐng)戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)具有十分重要的戰(zhàn)略意義。
美國(guó)人認(rèn)為，人類步入21世紀(jì)，全面步入信息時(shí)代，從一定意義上講，就是進(jìn)入了傳感器時(shí)代。傳感器與通信、計(jì)算機(jī)被稱作為現(xiàn)代信息系統(tǒng)的三大支柱，傳感器技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用成為衡量一個(gè)國(guó)家信息化程度的重要標(biāo)志，同時(shí)也是衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。傳感器產(chǎn)業(yè)已被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲透力強(qiáng)、市場(chǎng)前景廣等特點(diǎn)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(cè)對(duì)象和測(cè)試系統(tǒng)的接口位置，構(gòu)成了系統(tǒng)信息輸入的主要“窗口”，提供著系統(tǒng)進(jìn)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(cè)對(duì)象，也可以間接接觸。許多控制系統(tǒng)功能因控制對(duì)象的信息難以采集與獲取而無(wú)法實(shí)現(xiàn)，成為系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展與提升的障礙，也成為大數(shù)據(jù)的來(lái)源和采集以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與發(fā)展的最大障礙。
如果把計(jì)算機(jī)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(dān)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(dá)國(guó)家正因?yàn)橹匾晜鞲衅鞯燃夹g(shù)，逐步形成了全球高新技術(shù)發(fā)展以及軍工武器裝備的基礎(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用差異。
上世紀(jì)70年代初，西方忽視了傳感器技術(shù)發(fā)展，呈現(xiàn)出“大腦發(fā)達(dá)”而“五官遲鈍”的尷尬狀態(tài)，致使計(jì)算機(jī)以及通信技術(shù)受到嚴(yán)重制約和影響。從上世紀(jì)70年代中期開始，各國(guó)相繼加快傳感器發(fā)展。從上世紀(jì)80年代初開始，美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等紛紛制定相關(guān)計(jì)劃并列為長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)，傾注人力、物力和重點(diǎn)投資進(jìn)行研究開發(fā)，以年20%~30%的速度高速發(fā)展，長(zhǎng)期予以重點(diǎn)支持，使傳感器技術(shù)明顯提高，并于2003年將其列為21世紀(jì)最具影響和改變世界的十大新技術(shù)之一。美國(guó)聯(lián)邦政府研究報(bào)告中指出，自2010年開始預(yù)算為69億美元用于傳感器基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用研究，其稱之為“SensorRevoluTIon”（傳感器革命）。美國(guó)人認(rèn)為：“上世紀(jì)80年代是計(jì)算機(jī)時(shí)代，90年代是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代;21世紀(jì)全面進(jìn)入傳感器時(shí)代。通過(guò)傳感器，把物質(zhì)世界連接起來(lái)，并賦予一個(gè)電子神經(jīng)系統(tǒng)。”
目前全球傳感器約有2.6萬(wàn)余種，隨著技術(shù)創(chuàng)新，新品種和類型不斷出現(xiàn)。而我國(guó)目前約有1.4萬(wàn)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(xué)分析等特種高技術(shù)領(lǐng)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(guó)、歐洲、日本均超過(guò)1000家，俄羅斯有800多家，其他國(guó)家和地區(qū)有2700多家。在市場(chǎng)銷售方面，美國(guó)居首位，占總銷售額的35%、日本約20%、德國(guó)約15%，三國(guó)占據(jù)了世界市場(chǎng)的70%。預(yù)計(jì)未來(lái)5年增長(zhǎng)率將超過(guò)15%，仍然是高增長(zhǎng)行業(yè)。
傳感器具有技術(shù)密集、滲透力強(qiáng)、多品種、小批量、使用靈活、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等行業(yè)特征，基礎(chǔ)性和協(xié)同性特點(diǎn)突出，特別適合“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”，隨著《中國(guó)制造2025》、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)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(chǎng)機(jī)遇和挑戰(zhàn)
市場(chǎng)、技術(shù)和政策三大因素將驅(qū)動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。隨著電子、材料、物理、化學(xué)等多方面發(fā)展，特別是MEMS工藝技術(shù)的成熟和應(yīng)用，滿足市場(chǎng)需求的多功能、微型化、數(shù)字化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化傳感器不斷涌現(xiàn)，形成傳感器發(fā)展新熱點(diǎn)。
目前，傳感器技術(shù)從單一的物性型向功能、技術(shù)復(fù)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(luò)化發(fā)展成為未來(lái)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要趨勢(shì)。我國(guó)已有1700余家企事業(yè)單位從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)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(guò)20億只，傳感器產(chǎn)品達(dá)到10大類、42小類、6000多個(gè)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(shù)基礎(chǔ)和市場(chǎng)應(yīng)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(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求的帶動(dòng)下，不同系統(tǒng)技術(shù)協(xié)同和智能化標(biāo)準(zhǔn)要求所迫，網(wǎng)絡(luò)化、智能化傳感器將成為今后技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一大趨勢(shì)。
在應(yīng)用方面，無(wú)論是航空航天飛行器、火車、高鐵、汽車，還是移動(dòng)終端，包括機(jī)器人，都是一個(gè)多技術(shù)融合與聚集的“平臺(tái)”，是一個(gè)安裝傳感器的“平臺(tái)”，它的優(yōu)劣取決于裝了多少個(gè)傳感器，沒(méi)有傳感器就沒(méi)有大數(shù)據(jù)。
高鐵的快速發(fā)展將為傳感器帶來(lái)巨大市場(chǎng)，按照國(guó)家規(guī)劃，到2030年鐵路運(yùn)營(yíng)達(dá)20萬(wàn)公里（2015年為12.1萬(wàn)公里），其中高鐵運(yùn)營(yíng)達(dá)4.5萬(wàn)公里（2015年為1.9萬(wàn)公里），高鐵裝有數(shù)量龐大的傳感器來(lái)完成車輛、軌道線路、自然環(huán)境等的監(jiān)測(cè)，隨著中國(guó)中車“軌道交通安全保障技術(shù)項(xiàng)目”的研發(fā)與實(shí)施，將成為高端智能傳感器的新的增長(zhǎng)點(diǎn)。
再以汽車為例，普通轎車所用傳感器數(shù)量超過(guò)100只/車，高級(jí)轎車所用傳感器超過(guò)200只/車，按照“到2020年新能源汽車保有量達(dá)到500萬(wàn)輛”的國(guó)家規(guī)劃，新能源汽車將為傳感器帶來(lái)快速增長(zhǎng)的巨大市場(chǎng)。
再例如，機(jī)器人中有內(nèi)傳感器和外傳感器之分，內(nèi)傳感器就是內(nèi)部之間的活動(dòng)關(guān)節(jié)相互之間的關(guān)系，要通過(guò)傳感器獲取大量數(shù)據(jù)并傳輸;外傳感器是通過(guò)它的五官和外界窗口來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同類型和功能的機(jī)器人，其性能和功能的優(yōu)劣，無(wú)疑是看其安裝了多少傳感器，同時(shí)看其安裝了什么類別和品質(zhì)的傳感器而已。
傳感器不僅可以決定這些“平臺(tái)”技術(shù)高低和性能優(yōu)劣，同時(shí)也可以通過(guò)獲取聲音、溫濕度、壓力、流量、磁場(chǎng)、氣體、形態(tài)圖樣等各種參數(shù)指標(biāo)的變化，來(lái)監(jiān)控“平臺(tái)”自身運(yùn)行狀態(tài)和安全狀況，使得“平臺(tái)”能夠安全可靠、健康穩(wěn)定地有效運(yùn)行。再結(jié)合系統(tǒng)體系構(gòu)架、軟件服務(wù)模型形成完整的“智能”與“智慧”系統(tǒng)，滿足工業(yè)領(lǐng)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(cè)、公共安全、智能家居、智能醫(yī)院、智能高鐵、戰(zhàn)場(chǎng)感知、機(jī)場(chǎng)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(wù)、智能消防、工業(yè)監(jiān)測(cè)、老人護(hù)理、社區(qū)醫(yī)療、花卉栽培、水系監(jiān)測(cè)、食品溯源、敵情偵查和情報(bào)搜集等400多個(gè)示范工程項(xiàng)目正式列入物聯(lián)網(wǎng)目錄，都是應(yīng)用各類傳感器技術(shù)與產(chǎn)品的主要市場(chǎng)，無(wú)疑為傳感器技術(shù)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(biāo)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(guó)已“快速、跑步進(jìn)入老齡化社會(huì)”，家庭服務(wù)未來(lái)將是一個(gè)很大的問(wèn)題�？萍贾铣蔀榻窈髣�(chuàng)新的又一大方向。相關(guān)機(jī)構(gòu)研究，未來(lái)從可穿戴到家庭智能終端，以及服務(wù)型機(jī)器人會(huì)形成8萬(wàn)億元到10萬(wàn)億元的市場(chǎng)規(guī)模。
未來(lái)服務(wù)型機(jī)器人的功能是很強(qiáng)大的，生活指導(dǎo)、娛樂(lè)游戲、慢病護(hù)理、健康管控、應(yīng)急救助等等各盡所需。因此，找到個(gè)性化的健康樣本值和分析模型是應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新的難點(diǎn)和關(guān)鍵，是通往“智能”與“智慧”的瓶頸，也是創(chuàng)新的目標(biāo)、任務(wù)與方向。結(jié)合系統(tǒng)體系構(gòu)架、服務(wù)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(gòu)架是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)智能化智能制造的一個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)也是智能傳感器亟須解決的核心問(wèn)題。按照層級(jí)化的觀點(diǎn)，智能傳感器無(wú)疑是一種系統(tǒng)集成和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下的共性基礎(chǔ)技術(shù)，也是當(dāng)前系統(tǒng)應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新的又一個(gè)“瓶頸”。
為了打破產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用之間障礙，解決產(chǎn)業(yè)對(duì)接市場(chǎng)和共性技術(shù)產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題，在“十三五”期間，我國(guó)制定了國(guó)家傳感器產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)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(dòng)指南（2017-2019年）”即將出臺(tái)，明確了傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)和方向就是智能化傳感器，并制定了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖，確定了MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）工藝和集成電路工藝相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑以及以市場(chǎng)應(yīng)用為主導(dǎo)的政策扶持原則。這些規(guī)劃與政策推動(dòng)將成為實(shí)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(jìn)我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展，又可以提升我國(guó)產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展的能力與核心競(jìng)爭(zhēng)力。
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