不止是芯片,同样是战略核心的传感器产业存在哪些危机?
一、 中兴芯片危机启示我们,战略核心产业受制于人注定遭遇发展掣肘
那么,在当前身处信息化产业洪流的时代背景之下,我们还有哪些战略核心产业存在同样危机?
比如智能手机操作系统、超高精度机床、光刻机、半导体硅材料、炭纤维、高端电子显微镜、发电用燃气机轮、脱销催化装置、工业机器人专用伺服电机、加氢反应器等等,从技术难度及美、日、德市场占有率基本垄断角度出发,我们可以列出一个长长的西方可能制裁中国的核心科技产品清单。
清单虽然刺眼,突破西方的专利围城也罢,核心技术突破的长周期高投入现状也罢,加速核心技术及产品的国产化进程则是不得不面对的残酷事实。
在痛定思痛并将芯片技术研发及产业化发展列为国家战略的同时,现代信息技术之相关支柱性技术及产业的发展更加值得我们审视与重视,有着信息产业“电五官”之称的传感器产业尤其如此。
二、 智能化进程离不开传感器
新工业革命浪潮席卷全球,深刻影响着产业发展进程,当前国际产业竞争的实质是高端化、融合化产业发展进程的竞争。
当前新工业革命的浪潮,主要由新能源、互联网(智能制造、3D打印等)、无人机、无人汽车驾驶技术等引领,所以欧美主要发达国家及中国纷纷制定政策,实施以互联网为基础、新能源为驱动、智能制造为手段、无人驾驶物联网的智慧城市、智慧工业、智慧农业等新工业革命发展战略。德国工业4.0战略,美国再工业化、中国制造2025等,给予了传感器产业无限广阔的发展空间。
我国目前在大力推进以产业结构调整为核心的供给侧改革的同时,在当前新工业革命的背景下,更加注重互联网+、智能制造、智慧城市等工作的同步开展,宏观经济形势在整体向好发展的同时,以智能化为核心的社会变革、产业变革在各行各业持续推进,与此密切相关的传感器产业迎来了大好发展机遇。
传感器在工业生产、智能家居、环境保护等方面都有巨大潜力,并且随着智能时代逐渐到来,传感器将变得更加不可替代。随着信息时代的发展,传感器在各类产品上的应用更加广泛。微型化、数字化、智能化的传感器迅速地被普及,进而改变我们的生活方式。传感器让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,在工业生产、智能家居、环境保护等方面都有巨大潜力,传感器将在智能时代发挥无可替代的作用。
(一) 产品的智能化发展离不开传感器
智能制造技术的关键,是让产品能够被自动化生产线有效识别、定位、追溯,从而让生产线上的智能机器设备可以根据不同产品的定制要求进行制造加工。具体而言就是,在各种待加工产品中加入智能传感器、处理器、信息存储器、无线通信器等微型智能设备。
(二) 工业设备的智能化与传感器息息相关
智能制造的主体是智能化的工业设备。例如,从单个的智能机械手、智能传感器、智能机床到智能生产线、智能工厂,工业生产设备都采用高水平的人工智能,都离不开制造设备的智能化,制造业发展智能工厂,重组工业产业链离不开传感器的广泛应用。
(三) 服务的智能化与智能制造模式密切相关
智能制造模式可以让最终端用户全程参与整个产品的生命周期,与智能工厂携手完成研发设计、制造加工、组装包装、物流配送等环节,实现了与消费者的全程无障碍沟通,智能工厂可以在整个产品生命周期中为消费者提供更加人性化的服务。
三、 中国传感器产业与国外差距大、危机重重
如以上智能化进程对传感器的依赖看出,传感器产业已经成为世界各国在高新技术发展中争夺的一个重要领域。
近年来我国传感器产业发展迅速,应用模式也日渐成熟,但产业档次偏低、技术创新能力较差,低端传感器过剩而中高端被国外垄断等问题突出,显然我国的传感器产业与国外差距较大,甚至在一定程度传感器技术发展滞后已掣肘国内战略性新兴产业的顺利推进。
(一) 我国传感器在种类、高端市场远远落后
截至2015年底,我国从事传感器的研制、生产和应用的企事业单位共2000多家,从事高端传感器产品MEMS工艺研发、制造的企业仅50多家,产品种类共计6000多种,而国外传感器产品已达20000多种,远远满足不了国内市场需求。中高端传感器进口占比达80%,传感器芯片进口更是达90%,国产化缺口巨大。其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品更是严重短缺,国家重大装备所需高端产品主要依赖进口。而涉及国家安全和重大工程所需的传感器及智能化仪器仪表,国外对我国往往采取限制。外资企业产品占据国内高端市场绝大多数的市场份额,并将会在今后很长一段时间内持续把持高端市场,这种势头在短期内难以得到根本转变。
如下图所示,目前全球传感器市场主要由美国、日本、德国的几家龙头公司主导,美国、日本、德国合计占据全球传感器市场份额的近60%,中国企业在全球传感器市场式微。而且与全世界生产的超过2万种,美国约17000种传感器相比,中国国内仅能生产其中的约1/3,整体技术含量也较低,我国传感器产品在种类、高端市场远远落后的状况急需改变。
图:2017年全球传感器市场分布状况
(二) “价高技低”矛盾难解决
“大企业不愿意做,小企业做不了。”成为了目前我国传感器产业遭遇的普遍尴尬。由于每个领域都需要量身定做的传感器,应用领域众多,但市场规模偏小,虽然看似有市场需求,但市场规模并不大,导致传感器厂家的技术投入成本太高;相反,传感器产品技术是建立在新型敏感材料、纳米技术、生物技术、仿生技术、新型储能技术和极低能耗技术上,小企业却根本不具备这种技术能力。研发投入大,进入技术壁垒高等因素叠加,使得国产传感器产品规模化应用机会欠缺,造成了国内传感器产品普遍存在技术水平低和价格高的矛盾,在市场上很难有竞争力。
在国际市场上,美、日、德、俄罗斯等老牌工业国家的企业主导了压力传感器等主导产品市场,许多厂家实现了规模化生产,有些企业年生产能力达到几千万只甚至几亿只。相比之下,我国传感器的应用范围较窄,更多的应用仍然停留在工业测量与控制等基础应用领域,传感器企业整体素质参差不齐,产品结构老化,老产品比例占60%以上,新产品明显不足,其中高新技术类产品更少,技术水平总体偏低,很多企业都是引用国外的原件进行加工,自主创新困难。同时,数字化、智能化、微型化产品欠缺。
长此以往,很容易使我国传感器产业陷入价高质低、高端产品依赖进口不能自拔的危险境地。
四、 思考:如何破局
市场、技术和政策三大因素将驱动传感器产业快速发展。在应用方面,无论是航空航天飞行器、火车、高铁、汽车,还是移动终端,包括机器人,都是一个多技术融合与聚集的“平台”,是一个安装传感器的“平台”,它的优劣取决于装了多少个传感器,没有传感器就没有大数据。
以打破产业与应用之间障碍,解决产业对接市场和共性技术产业化问题为目标,“十三五”期间,我国制定了国家传感器产业长期的发展战略,工信部制定的“智能传感器产业三年行动指南(2017-2019年)”,已于2017年11月20日正式印发,明确了传感器产业发展目标和方向即智能化传感器,并制定了相应的产业发展路线图,确定了MEMS(微机电系统)工艺和集成电路工艺相结合的产业发展路径以及以市场应用为主导的政策扶持原则。
图:MEMS传感器分类
这些规划与政策推动将成为实现产业安全、自主、可控的产业化发展必然选择,既可以促进我国传感器产业的快速健康发展,又可以提升我国产业自主发展的能力与核心竞争力。
但长期以来,我国传感器产业化未得到足够的高度重视,产业发展与市场需求及作用不不相适应矛盾的解决需要多方面系统发力。
(一) 将传感器上升到国家战略高度加以重视
与早前提升到国家战略高度的人工智能偏发展方向、更接近于是一种发展理念不同,传感器是涉及智能制造架构方方面面的基础零部件,基础不扎实则大厦易倾,但长期以来传感器产业在我国的国家战略规划和产业政策上,没有提到相应高度予以足够的重视和扶持培育、资源配置偏离行业发展、政策关注度不够。长此以往,产业分散、规模偏小、缺少龙头企业带动和领军人才的引领,产业链不完整,产业融合与聚集度不高,产业空心化加重等矛盾只能愈演愈烈,与发达国家的差距只能越来越大。因此,将传感器产业上升到国家战略高度予以重视,把传感器定位为“国家战略”项目,在国家产业规划中列为重点支持、优先发展的内容,将相关资源的匹配度和调配度大大提升,为传感器产业发展营造良好的政策及市场环境。
(二) 从基础研发到市场化应用,给予多方面大力支持
针对传感器产品种类繁多,研发投入成本大周期长等研发及市场化应用难题,首先注重鼓励和引导开展国内外产学研合作,同时综合运用财税、科技重大专项、产业创新基金、知识产权、扶持引导组建产业技术创新战略联盟等多种手段,激发和保护企业研发及市场化应用的热情及兴趣。
针对传感器产业“大企业不愿做,小企业做不了”的发展困境,综合运用政府采购、首台套、智能制造试点示范等多种方式,加强对中小研发创新型传感器企业的培育和扶持。鼓励行业内相关企业开展兼并重组,进行核心技术联合攻关等协同创新活动,鼓励开展传感器研发设计及生产等业务,培育扶持产业龙头。
加速开展数字化、智能化、微型化等国内紧缺传感器产品的国产化进程,推动国产传感器产品在智能制造试点示范、智慧工厂、数字化工厂、离散型智能制造、智能医疗、智慧城市、健康养老、物联网、工业数据云平台等领域的广泛应用。
(三) 着力解决市场到研发的资本匹配问题
制造业企业贷款难、融资成本高的问题长期存在,传感器企业的融资难度更大。针对传感器从技术研发到产业化应用所需匹配的资金短缺问题,建议设立“国家传感器产业发展专项基金”,充分发挥财政资金的杠杆作用,引导和带动社会投资,培育发展传感器领域创新领军企业。
注重运用科技金融保险、产业引导基金、知识产权融资等手段,鼓励和扶持传感器创新创业型企业发展,激励中小企业发展专业性强、有特色、有特长技术的产品,鼓励并推动中小企业朝着产业化方向发展。
(四) 完善标准检测体系,打造良好产业生态
传感器产业的发展离不开行业应用,在加强政策协同引导的同时,完善相关标准检测体系、发展创新创业平台并打造产业生态体系更加重要。
建立国家传感器标准委员会,制定传感器标准体系,加快标准建设。搭建并不断完善由政府、大学、科研院所、企业共同建立、共同参与的传感器产业研发、检测和产品等多项标准,搭建传感器产学研协同创新公共服务平台,推动并联合企业、大专院校、科研院所、行业协会、支撑机构,成立产业联盟,打造传感器产业化基地,打造多个创新创业平台,形成从技术研发到产业化落地的良好产业生态。