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國家智能傳感器創新中心副總裁馮翔

2018年7月3日，國家智能傳感器創新中心在上海正式揭牌成立，這標志著承載著解決我國智能傳感器“關鍵和共性技術協同研發，實現首次商業化”戰略任務的國家級創新中心全面轉入實質性運營階段，我國智能傳感器領域的強“芯”之旅正式起航。國家智能傳感器創新中心以關鍵共性技術研發和中試為目標，專注傳感器設計集成技術、先進制造及封測工藝，布局傳感器新材料、新工藝、新器件和物聯網應用方案等領域，以“公司+聯盟”模式運行，力爭打造世界級智能傳感器創新中心。本刊記者特采訪了國家智能傳感器創新中心副總裁馮翔，請他解讀中國智能傳感器產業面臨的挑戰及突破之路。

自動化博覽：請您談談目前中國智能傳感產業的發展現狀？

馮翔：我國早在20世紀60年代就開始涉足傳感器制造業，并在1972年組建成立中國第一批壓阻傳感器研制生產單位；1978年誕生中國第一個固態壓阻加速度傳感器；1982年國內最早開始MEMS加工技術和SOI技術的研究；進入20世紀90年代后，MEMS壓力傳感器、微壓傳感器、呼吸機壓傳感器、多晶硅壓力傳感器、低成本TO-8封裝壓力傳感器等相繼問世并投入生產。在國家的大力扶持下，建立了傳感技術國家重點實驗室、微米/納米國家重點實驗室、國家傳感技術工程中心等研究開發基地；在“九五”國家重點科技攻關項目中，傳感器技術研究取得了51個品種86個規格新產品的成績，初步建立了敏感元件與傳感器產業；經過“八五”、“九五”和“十五”的攻關和產業化建設，目前全國已有2000多家企事業單位從事傳感器的研制、生產和應用，其中從事微機電系統MEMS研制、生產的企業有50多家，產品種類有6000多種，年產量40多億只，市場銷售額突破1000億元。

智能傳感技術器以傳感器為核心，結合射頻、功率、微處理器、微能源等技術，是未來實現萬物互聯的基礎性、決定性核心技術之一。無論是現有的基礎傳感器的規模市場，還是新興應用市場，MEMS智能傳感器已滲透到國民經濟的各個層面，并保持快速、持續增長，初步統計，中國MEMS及先進傳感器的市場需求約占到全球需求總量的四分之一，但在中國市場中的供應商仍然以國際大廠為主。

隨著以物聯網代表的新型信息技術的發展，基于各種獨特物聯體系的應用市場呈現出百花齊放的局面，如智慧城市中的智慧交通、智能停車、無人超市、共享單車等各種智能應用不斷涌現。但是，處于傳感物聯底層的傳感器本身的研發卻嚴重落后于應用端的發展，芯片級的傳感器產品大部分依賴進口，特別是要求高性能、高穩定性的傳感器產品，幾乎90%以上都要進口，這成為制約整個產業發展的最大瓶頸。所以，必須通過打通整個技術產業鏈，建立和完善一個用于開發芯片級傳感器的技術平臺，才能保證整個物聯體系的持續、健康、穩定發展。

自動化博覽：目前中國的傳感產業發展中主要面臨哪些挑戰？

馮翔：我國在發展智能傳感器技術方面存在一些問題，尤其是核心的傳感器技術與新材料技術在實際產品工藝中的整合。世界范圍內智能傳感器產業的發展已進入白熱化階段，然而今天活躍在國際市場上的仍然是德國、日本、美國等老牌工業國家的企業。因為在這些國家中，智能傳感器的應用范圍很廣，許多廠家的生產都實現了規模化，有些企業的年生產能力達到幾千萬甚至幾億只。

相比之下，我國的傳感器雖然所涉足的研究開發領域基本與國外相差無幾，但是由于在某些核心制造工藝技術上還嚴重滯后于國外，在深度和廣度上差異較大，主要體現在產品多樣性差、科技創新能力弱和工藝裝備落后。據《2016-2017年中國物聯網發展年度報告》中指出，目前我國約60%的傳感器依賴進口，MEMS傳感器、中高端傳感器對進口依賴度高于90%。從行業產品結構看，老產品比例占60%以上，新產品不足，高新技術類產品更少，數字化、智能化、微型化產品嚴重欠缺。從總體看，品種不配套、系列不全、低檔產品多、高檔產品少、缺乏市場競爭力。

經過多年開發，雖然研制出一批工藝和產品，但由于批產工藝的穩定性、可靠性問題沒有得到根本解決，限制了其應用領域和產業的發展。有些高性能產品，不是靠工藝保證，而是靠篩選分檔。從技術角度看，由于國內傳感器生產工藝與工藝設備相對落后，微機械加工技術和封裝技術不夠先進，手工操作比較多，檢測手段不規范等，造成主要性能指標和國外差1~2個數量級，使用壽命差2~3級。因此，在化工、電站、冶金、石油、環保、機械等領城重大工程中，許多高性能傳感器仍依賴于進口。

此外，中國人才資源的匱乏、產業發展不足也是導致傳感器技術差距的原因之一。從目前國內的情況看，能夠適應當今傳感器技術發展需求的具有高水平的科研隊伍及中青年科技專家、技術骨干、學術帶頭人相對缺乏，使行業技術更新換代步伐慢，產業發展后勁不足。

自動化博覽：針對國內傳感產業發展的不足，您有何建議？

馮翔：中國的智能傳感器產業在應用市場的創新花樣繁多，說明并不缺乏創新能力，缺的是實現創新想法和理念的完整的技術平臺。

中國的傳感器相關技術研發起步并不晚，在某些特定的前沿領域的研發成果也并不落后，但是，局部的、零散的先進技術很少能融入產品化的工程技術體系，無法從終端產品體現其巨大的節點價值，所以，完整的技術平臺對于現有技術資源的整合，并通過產品應用到特定的市場中去，是發揮現有先進技術的關鍵。

要改變目前的現狀需要產業鏈上的各方協同合作，才能發揮各方優勢，通過高性價比產品占據特定的應用市場，發揮產業鏈上各個企業的節點技術潛能。

由此，通過有效整合大學、科研院所以及骨干企業等優勢單位資源，并進行有效的升級改造，打造面向國內物聯網/傳感器制造、設計、材料、設備、封裝、測試等產業鏈內所有大中小型企業提供領先的技術平臺，將有效解決產業發展中的一系列瓶頸。這也正是國家智能傳感器創新中心的使命。

自動化博覽：您曾參與工業無線傳感網標準 ——WirelessHart標準（IEC62591）的制定與認證工作，請您簡單介紹一下該標準的獨特優勢和目前的應用。

馮翔：無線HART標準是面向以石油化工為主體的過程工業的監測應用的一種工業級高可靠，高安全的無線現場總線協議。基于已經廣泛應用的有線HART協議，無線HART可以讓用戶在保持現有設備、工具和系統一致性的基礎上，快速方便地獲得無線技術帶來的好處。 無線HART最主要的特點就是高可靠性，適用于高密度基礎設施環境、周圍條件常變的環境，以及射頻、電磁干擾較大的環境等。目前無線HART全球部署超過2.3萬個無線現場網絡，46億小時運行時間，中國200多個用戶，每年有30%以上的增長率。

自動化博覽：今年的政府工作報告中特別提到了“智能+”，您如何看待“智能+傳感器設備”？

馮翔：以流程工業為例，75%以上的傳感器已經具備一定的智能，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，傳感器和物聯網是密不可分的。同時信息的互通有很多必要環節，缺一不可，實現的路徑必須結合管理者和使用者的現實要求。無線工業總線技術提供了一個信息傳輸的新的通道。

摘自《自動化博覽》2019年5月刊