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國(guó)家智能傳感器創(chuàng)新中心副總裁馮翔

2018年7月3日，國(guó)家智能傳感器創(chuàng)新中心在上海正式揭牌成立，這標(biāo)志著承載著解決我國(guó)智能傳感器“關(guān)鍵和共性技術(shù)協(xié)同研發(fā)，實(shí)現(xiàn)首次商業(yè)化”戰(zhàn)略任務(wù)的國(guó)家級(jí)創(chuàng)新中心全面轉(zhuǎn)入實(shí)質(zhì)性運(yùn)營(yíng)階段，我國(guó)智能傳感器領(lǐng)域的強(qiáng)“芯”之旅正式起航。國(guó)家智能傳感器創(chuàng)新中心以關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)和中試為目標(biāo)，專(zhuān)注傳感器設(shè)計(jì)集成技術(shù)、先進(jìn)制造及封測(cè)工藝，布局傳感器新材料、新工藝、新器件和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案等領(lǐng)域，以“公司+聯(lián)盟”模式運(yùn)行，力爭(zhēng)打造世界級(jí)智能傳感器創(chuàng)新中心。本刊記者特采訪了國(guó)家智能傳感器創(chuàng)新中心副總裁馮翔，請(qǐng)他解讀中國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)及突破之路。

自動(dòng)化博覽：請(qǐng)您談?wù)勀壳爸袊?guó)智能傳感產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀？

馮翔：我國(guó)早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始涉足傳感器制造業(yè)，并在1972年組建成立中國(guó)第一批壓阻傳感器研制生產(chǎn)單位；1978年誕生中國(guó)第一個(gè)固態(tài)壓阻加速度傳感器；1982年國(guó)內(nèi)最早開(kāi)始MEMS加工技術(shù)和SOI技術(shù)的研究；進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，MEMS壓力傳感器、微壓傳感器、呼吸機(jī)壓傳感器、多晶硅壓力傳感器、低成本TO-8封裝壓力傳感器等相繼問(wèn)世并投入生產(chǎn)。在國(guó)家的大力扶持下，建立了傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微米/納米國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家傳感技術(shù)工程中心等研究開(kāi)發(fā)基地；在“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，傳感器技術(shù)研究取得了51個(gè)品種86個(gè)規(guī)格新產(chǎn)品的成績(jī)，初步建立了敏感元件與傳感器產(chǎn)業(yè)；經(jīng)過(guò)“八五”、“九五”和“十五”的攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，目前全國(guó)已有2000多家企事業(yè)單位從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，其中從事微機(jī)電系統(tǒng)MEMS研制、生產(chǎn)的企業(yè)有50多家，產(chǎn)品種類(lèi)有6000多種，年產(chǎn)量40多億只，市場(chǎng)銷(xiāo)售額突破1000億元。

智能傳感技術(shù)器以傳感器為核心，結(jié)合射頻、功率、微處理器、微能源等技術(shù)，是未來(lái)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的基礎(chǔ)性、決定性核心技術(shù)之一。無(wú)論是現(xiàn)有的基礎(chǔ)傳感器的規(guī)模市場(chǎng)，還是新興應(yīng)用市場(chǎng)，MEMS智能傳感器已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)層面，并保持快速、持續(xù)增長(zhǎng)，初步統(tǒng)計(jì)，中國(guó)MEMS及先進(jìn)傳感器的市場(chǎng)需求約占到全球需求總量的四分之一，但在中國(guó)市場(chǎng)中的供應(yīng)商仍然以國(guó)際大廠為主。

隨著以物聯(lián)網(wǎng)代表的新型信息技術(shù)的發(fā)展，基于各種獨(dú)特物聯(lián)體系的應(yīng)用市場(chǎng)呈現(xiàn)出百花齊放的局面，如智慧城市中的智慧交通、智能停車(chē)、無(wú)人超市、共享單車(chē)等各種智能應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。但是，處于傳感物聯(lián)底層的傳感器本身的研發(fā)卻嚴(yán)重落后于應(yīng)用端的發(fā)展，芯片級(jí)的傳感器產(chǎn)品大部分依賴進(jìn)口，特別是要求高性能、高穩(wěn)定性的傳感器產(chǎn)品，幾乎90%以上都要進(jìn)口，這成為制約整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。所以，必須通過(guò)打通整個(gè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，建立和完善一個(gè)用于開(kāi)發(fā)芯片級(jí)傳感器的技術(shù)平臺(tái)，才能保證整個(gè)物聯(lián)體系的持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展。

自動(dòng)化博覽：目前中國(guó)的傳感產(chǎn)業(yè)發(fā)展中主要面臨哪些挑戰(zhàn)？

馮翔：我國(guó)在發(fā)展智能傳感器技術(shù)方面存在一些問(wèn)題，尤其是核心的傳感器技術(shù)與新材料技術(shù)在實(shí)際產(chǎn)品工藝中的整合。世界范圍內(nèi)智能傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已進(jìn)入白熱化階段，然而今天活躍在國(guó)際市場(chǎng)上的仍然是德國(guó)、日本、美國(guó)等老牌工業(yè)國(guó)家的企業(yè)。因?yàn)樵谶@些國(guó)家中，智能傳感器的應(yīng)用范圍很廣，許多廠家的生產(chǎn)都實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化，有些企業(yè)的年生產(chǎn)能力達(dá)到幾千萬(wàn)甚至幾億只。

相比之下，我國(guó)的傳感器雖然所涉足的研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域基本與國(guó)外相差無(wú)幾，但是由于在某些核心制造工藝技術(shù)上還嚴(yán)重滯后于國(guó)外，在深度和廣度上差異較大，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品多樣性差、科技創(chuàng)新能力弱和工藝裝備落后。據(jù)《2016-2017年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報(bào)告》中指出，目前我國(guó)約60%的傳感器依賴進(jìn)口，MEMS傳感器、中高端傳感器對(duì)進(jìn)口依賴度高于90%。從行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，老產(chǎn)品比例占60%以上，新產(chǎn)品不足，高新技術(shù)類(lèi)產(chǎn)品更少，數(shù)字化、智能化、微型化產(chǎn)品嚴(yán)重欠缺。從總體看，品種不配套、系列不全、低檔產(chǎn)品多、高檔產(chǎn)品少、缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

經(jīng)過(guò)多年開(kāi)發(fā)，雖然研制出一批工藝和產(chǎn)品，但由于批產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性、可靠性問(wèn)題沒(méi)有得到根本解決，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。有些高性能產(chǎn)品，不是靠工藝保證，而是靠篩選分檔。從技術(shù)角度看，由于國(guó)內(nèi)傳感器生產(chǎn)工藝與工藝設(shè)備相對(duì)落后，微機(jī)械加工技術(shù)和封裝技術(shù)不夠先進(jìn)，手工操作比較多，檢測(cè)手段不規(guī)范等，造成主要性能指標(biāo)和國(guó)外差1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，使用壽命差2~3級(jí)。因此，在化工、電站、冶金、石油、環(huán)保、機(jī)械等領(lǐng)城重大工程中，許多高性能傳感器仍依賴于進(jìn)口。

此外，中國(guó)人才資源的匱乏、產(chǎn)業(yè)發(fā)展不足也是導(dǎo)致傳感器技術(shù)差距的原因之一。從目前國(guó)內(nèi)的情況看，能夠適應(yīng)當(dāng)今傳感器技術(shù)發(fā)展需求的具有高水平的科研隊(duì)伍及中青年科技專(zhuān)家、技術(shù)骨干、學(xué)術(shù)帶頭人相對(duì)缺乏，使行業(yè)技術(shù)更新?lián)Q代步伐慢，產(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁不足。

自動(dòng)化博覽：針對(duì)國(guó)內(nèi)傳感產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不足，您有何建議？

馮翔：中國(guó)的智能傳感器產(chǎn)業(yè)在應(yīng)用市場(chǎng)的創(chuàng)新花樣繁多，說(shuō)明并不缺乏創(chuàng)新能力，缺的是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新想法和理念的完整的技術(shù)平臺(tái)。

中國(guó)的傳感器相關(guān)技術(shù)研發(fā)起步并不晚，在某些特定的前沿領(lǐng)域的研發(fā)成果也并不落后，但是，局部的、零散的先進(jìn)技術(shù)很少能融入產(chǎn)品化的工程技術(shù)體系，無(wú)法從終端產(chǎn)品體現(xiàn)其巨大的節(jié)點(diǎn)價(jià)值，所以，完整的技術(shù)平臺(tái)對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)資源的整合，并通過(guò)產(chǎn)品應(yīng)用到特定的市場(chǎng)中去，是發(fā)揮現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵。

要改變目前的現(xiàn)狀需要產(chǎn)業(yè)鏈上的各方協(xié)同合作，才能發(fā)揮各方優(yōu)勢(shì)，通過(guò)高性價(jià)比產(chǎn)品占據(jù)特定的應(yīng)用市場(chǎng)，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)企業(yè)的節(jié)點(diǎn)技術(shù)潛能。

由此，通過(guò)有效整合大學(xué)、科研院所以及骨干企業(yè)等優(yōu)勢(shì)單位資源，并進(jìn)行有效的升級(jí)改造，打造面向國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)/傳感器制造、設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備、封裝、測(cè)試等產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)所有大中小型企業(yè)提供領(lǐng)先的技術(shù)平臺(tái)，將有效解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一系列瓶頸。這也正是國(guó)家智能傳感器創(chuàng)新中心的使命。

自動(dòng)化博覽：您曾參與工業(yè)無(wú)線傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) ——WirelessHart標(biāo)準(zhǔn)（IEC62591）的制定與認(rèn)證工作，請(qǐng)您簡(jiǎn)單介紹一下該標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和目前的應(yīng)用。

馮翔：無(wú)線HART標(biāo)準(zhǔn)是面向以石油化工為主體的過(guò)程工業(yè)的監(jiān)測(cè)應(yīng)用的一種工業(yè)級(jí)高可靠，高安全的無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。基于已經(jīng)廣泛應(yīng)用的有線HART協(xié)議，無(wú)線HART可以讓用戶在保持現(xiàn)有設(shè)備、工具和系統(tǒng)一致性的基礎(chǔ)上，快速方便地獲得無(wú)線技術(shù)帶來(lái)的好處。 無(wú)線HART最主要的特點(diǎn)就是高可靠性，適用于高密度基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境、周?chē)鷹l件常變的環(huán)境，以及射頻、電磁干擾較大的環(huán)境等。目前無(wú)線HART全球部署超過(guò)2.3萬(wàn)個(gè)無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，46億小時(shí)運(yùn)行時(shí)間，中國(guó)200多個(gè)用戶，每年有30%以上的增長(zhǎng)率。

自動(dòng)化博覽：今年的政府工作報(bào)告中特別提到了“智能+”，您如何看待“智能+傳感器設(shè)備”？

馮翔：以流程工業(yè)為例，75%以上的傳感器已經(jīng)具備一定的智能，但是由于DCS的不兼容等種種原因，85%的上述智能傳感器完全沒(méi)有使用到它們的智能信息，從而變成了智能信息的孤島。因此說(shuō)，傳感器和物聯(lián)網(wǎng)是密不可分的。同時(shí)信息的互通有很多必要環(huán)節(jié)，缺一不可，實(shí)現(xiàn)的路徑必須結(jié)合管理者和使用者的現(xiàn)實(shí)要求。無(wú)線工業(yè)總線技術(shù)提供了一個(gè)信息傳輸?shù)男碌耐ǖ馈?/p>

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年5月刊