國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀困境與探究
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)等都是從傳感器開始。進入數(shù)字時代，傳感器屬于通向未來產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。 首先，傳感器種類繁多，市場很大。產(chǎn)品種類多達 3 萬多種，是一個龐大的市場。2019 年中國傳感器市場規(guī)模達到 1700 億元，這個市場國產(chǎn)傳感器的份額很小，基本上是國外品牌。如：手機、汽車、工控、物聯(lián)網(wǎng)等用到的傳感器，基本上都是國外品牌。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)高度國產(chǎn)化，但因規(guī)模和性價比所限，采購成本較高，無法參與民用市場的競爭，所以我國傳感器行業(yè)只能依賴大量進口。 其次，中國制造的傳感器不具有明顯成本優(yōu)勢。目前我國生產(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。中高端傳感器進口占比高達 80%，傳感器芯片的進口更高達 90%。 另外，工業(yè)軟件是中國制造的軟肋，傳感器更是如此。傳感器的設(shè)計軟件，如 MEMS傳感器設(shè)計的CAD軟件，為兩家美國公司IntelliSuite和ConventorWare所控制，而國產(chǎn)傳感器企業(yè)一直在使用，國產(chǎn)設(shè)計軟件似乎還沒有準備進入這一領(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，致使國產(chǎn)傳感器利潤一直被壓得很低。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)大國企的主導(dǎo)，也開發(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)國內(nèi)40家傳感器企業(yè)上市公司的財報，近40%企業(yè)利潤率均低于5%；而利潤為負的有6家。 傳感器和工業(yè)軟件，是鎖喉中國制造的命脈。根據(jù)傳感器國家工程研究中心《中國傳感器發(fā)展藍皮書》的統(tǒng)計，汽車、手機傳感器、高端化學(xué)類氣體傳感器、光纖傳感器、環(huán)境檢測傳感器，對國外進口依賴度都是在95%以上。 第三， 在我國傳感器產(chǎn)業(yè)被邊緣化了？進入數(shù)字化時代，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為國家戰(zhàn)略，作為信息技術(shù)支點的傳感器，在中國產(chǎn)業(yè)中一直沒有占有相應(yīng)的位置，參與其中的多為民營企業(yè)，而且多為中小民營企業(yè)，類型繁多的傳感器產(chǎn)業(yè)幾乎沒有國有企業(yè)主導(dǎo)，任其自由發(fā)展。面對如此重要的產(chǎn)業(yè)，國有企業(yè)為什么遠離這個行業(yè)？顯然在我國，傳感器產(chǎn)業(yè)被邊緣化了，傳感器行業(yè)不為資本市場所看好，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、利潤低、不被資本市場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： 我國傳感器行業(yè)還屬于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級階段。 我國傳感器企業(yè)的設(shè)計大多仍處于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)性設(shè)計階段，還沒有進入基于模型的三維設(shè)計階段；上下游供應(yīng)關(guān)系仍然處于市場競爭的自由形態(tài)，沒有形成基于模型的產(chǎn)業(yè)互動的配套形態(tài)。 產(chǎn)品及其零配件沒有形成統(tǒng)一標準的參數(shù)定義能力，供應(yīng)鏈間缺乏互動的基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)標準化工作處于初期水平，產(chǎn)品標準缺乏系列化配套標準，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工作模式。團體標準是解決企業(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)。目前我國團體標準尚處于起步階段，傳感器產(chǎn)業(yè)還未認識到這一步，整個產(chǎn)業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級階段。 傳感器的材料和工藝細化量化沒有形成自己的行業(yè)規(guī)范和核心能力。 傳感器研制和生產(chǎn)工藝是一個敏感的話題，因為不同傳感器企業(yè)間的設(shè)計和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)各自封閉，以保護自己的商業(yè)秘密，保證企業(yè)的利潤和競爭力。 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，通過聲、光、電、磁等探測器件感應(yīng)后經(jīng)測量函數(shù)輸出。傳感器的關(guān)鍵核心是材料和制造過程相關(guān)數(shù)據(jù)的精準測量和控制，以及圍繞測量函數(shù)進行的相關(guān)補償和修正。 在我國材料領(lǐng)域中，對材料的成分、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化控制要求，建立傳感器行業(yè)精準化控制的系列標準是行業(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)測量與控制，性能指標的測試與迭代等方面，這些標準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，另一方面需要通過數(shù)據(jù)的不斷積累和迭代，固化量化的方法和精細的指標量值。 由于我國對基礎(chǔ)研究缺乏長期細致的積累，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)保密意識強烈，缺乏數(shù)據(jù)共享的機制，對參數(shù)的定義、指標、控制方法等缺乏測量數(shù)據(jù)積累，因此對產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)及其參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的細化追蹤和研究遠遠不足。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，設(shè)計人員除了參照相關(guān)手冊、標準或仿真數(shù)據(jù)外，最重要的是參照歷史數(shù)據(jù)的變化趨勢進行設(shè)計迭代。如果沒有嚴格細化的定義和數(shù)據(jù)積累，歷史數(shù)據(jù)再多也無法提供有效的幫助。 不從根本上解決材料和工藝的問題，我國暫時還無法生產(chǎn)出高精度的傳感器。為了市場需求和企業(yè)生存暫時只能重復(fù)低端產(chǎn)品的生產(chǎn)，沒有多余的資金和人員去解決傳感器研制過程中面臨的根本問題。 傳感器測量函數(shù)的補償和修正是目前我國傳感器產(chǎn)業(yè)唯一的救命稻草。 我國傳感器產(chǎn)業(yè)所面臨的現(xiàn)狀，離開了計量校準傳感器將不成為產(chǎn)品，產(chǎn)品的最高精度就是計量校準點的精度。傳感器輸出的是計量標準的數(shù)據(jù)，而不是真正的測量數(shù)據(jù)。雖然這話講的有些絕對，但是反映了一個現(xiàn)實，計量校準對傳感器的輸出和性能指標十分關(guān)鍵。 傳感器是通過敏感器件感知信息后，通過測量函數(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)化為標準信號，或通過硬件或軟件輸出。但是影響微弱信號變化的因素非常廣泛，對傳感器精度的影響巨大。關(guān)于這一點只能通過實驗驗證環(huán)節(jié)的模擬或?qū)嶋H工況環(huán)境獲取的歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)積累和分析最終獲取影響因素的參數(shù)指標控制限。上述論述不僅適合于設(shè)計環(huán)節(jié)也適合工藝環(huán)節(jié)。 工藝過程參數(shù)控制限的確定，也應(yīng)通過試驗過程參數(shù)變化趨勢獲取有效數(shù)據(jù)進行分析和迭代，產(chǎn)品性能輸出參數(shù)量值的一致性和正確性理應(yīng)依靠測量函數(shù)獲取。但是由于我國傳感器企業(yè)過程細化不到位，許多控制環(huán)節(jié)處于無法量化的人為控制階段，在面臨交付時還未解決，只能考查其線性度等指標后，依靠計量校準的量值對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，加強我國傳感器行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)和管理研究。 建議政府出臺傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見，指導(dǎo)企業(yè)成立戰(zhàn)略聯(lián)盟，形成供應(yīng)鏈上下游間互動機制，鼓勵相關(guān)人才聚集傳感器產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)領(lǐng)域，對標傳感器敏感器件、特殊工藝、測量函數(shù)等關(guān)鍵問題開展基礎(chǔ)研究；強化實驗和仿真技術(shù)的研究，解決傳感器研制和生產(chǎn)過程中的技術(shù)狀態(tài)控制難題，形成傳感器產(chǎn)業(yè)團體標準，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)盟和團體標準聯(lián)合體，共同推進傳感器產(chǎn)業(yè)過程中產(chǎn)品標準和工藝過程參數(shù)的控制標準等；研究傳感器產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵測試技術(shù)，提升參數(shù)測量精度，建立行業(yè)測量參考標準，形成產(chǎn)業(yè)共有知識產(chǎn)權(quán)的團體標準。 傳感器行業(yè)應(yīng)加強研制和生產(chǎn)過程技術(shù)狀態(tài)的迭代，細化量化固化設(shè)計和工藝參數(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，通過實驗積累數(shù)據(jù)分析迭代，優(yōu)化設(shè)計改善技術(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 級以上的控制要求。這樣傳感器傳遞的不是信息趨勢而是真實的感知數(shù)據(jù)，這樣從生產(chǎn)線下線的傳感器無需校準，也能確定其最終輸出量值的正確性。 我國中小型傳感器企業(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)過程中本應(yīng)不斷迭代和完善，但是我國傳感器產(chǎn)業(yè)的這種狀態(tài)似乎停滯不前，不停簡單循環(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，很難引起資本市場的興趣。 客觀上如果沒有資本市場的介入，以目前行業(yè)的利潤率5%~10%為前提，面對品種繁多的市場需求，中小企業(yè)不可能實施多品種的大規(guī)模量化生產(chǎn)，無法吸引國有企業(yè)進入主導(dǎo)；不能從根本上解決產(chǎn)品成熟度和規(guī)?；a(chǎn)的問題，更無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人才，解決產(chǎn)品研制和工藝過程控制參數(shù)的細化、量化、優(yōu)化和固化問題，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。
