一、国内外产业技术现状及发展趋势
早在20世纪70年代,西方发达国家也忽视了传感器技术的发展,致使计算机及通信技术受到严重制约和影响,呈现出“大脑发达”而“五官迟钝”的窘境。从70年代中期开始,各国开始重视并加快传感器发展,美、日、德、法、英等国家纷纷制定相关计划并列为长远发展规划的重点,并相继出现在高技术发展规划中。1979年日本在《对今后十年值得注意的技术》一文中,将传感器列为首位;美国国防部1985年公布的20项军事关键技术中,被列为第14项;《星球大战》计划、欧洲《尤里卡》计划、前苏联《军事航天》计划,英、法、德等国家高技术领域发展规划中均将传感器列为重点发展技术,给予相应的政策资源配置和持续支持,并将其科研成果和制造工艺与装备列入国家核心技术,制定严格保密规定加以控制,禁止出口。
目前,全球传感器种类约有2.6万余种,随着敏感材料和机理的不断创新,以及科技水平的层出不穷,新的品种和类型仍在不断出现。据不完全统计,我国目前已经拥有科研、技术和产品约2.2万多种,约占全球种类的85%。但是大多为常规类型和低端品种,而在医疗、科研、微生物、化学分析等特种高技术领域仍有大量的品种短缺和空白。
根据工作原理划分,传感器可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应,磁致伸缩现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应;化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器;生物传感器包括:热敏、场效应管、压电、光学、声波、酶电极和介体生物传感器等。
按照用途分类,传感器被可分为:压力、位移、液面、能耗、速度、温度、加速度、射线辐射、振动、湿敏、磁敏、气敏、真空度、生物等传感器。
(一)国际传感器产业现状及发展趋势
全世界从事敏感元器件、传感器研制与生产的厂家约6500多家,其中美国、欧洲、日本均超过1000家、俄罗斯800多家,其他国家和地区2700多家。在市场销售方面,美国居首位,占世界传感器市场销售额的35%、日本约20%、德国约15%,这3个国家占据了世界传感器销售市场的70%。2018年全球销售额约为1770亿美元;非军工应用约占71%,充分表明由军工转为民用成为产业发展趋势。预计2019年全球将达到1870亿美元,年增长率大于为15%。预计在未来10年内,全球所有的传感器领域的复合年增长率都将超过10%。
(二)国内传感器产业现状
目前,我国约有1300余家企业从事传感器的研制、生产和应用。各省市自治区都有不同类型和产业应用的传感器企业,产业分散性极大,企业规模也都偏小,难以在技术研发、产业化能力上与国外同类产品竞争和抗衡。在现有研发和生产型企业中,非专业化比例较高,大多为企业附属产品,产值相对较低,在企业内部和地方重视程度不够。无论哪种类型的企业,传感器产值过亿的仅占总企业数量的5%,全国不足100家。产业链相对完整,产品种类齐全的专业厂家不足1%。同国际先进水平相比,新品研制仍落后10年,而产业化规模生产技术工艺则落后10~15年。
二、国内产业发展突出矛盾与问题
长期以来,我国传感器产业化发展与国家整体战略、市场需求不相适应。在产业政策规划中,没有提到相应战略高度予以足够的重视,资源配置严重不足;行业部门多头管理难以形成共识;现已出台的相关文件中,也没有相应的资金支持,缺乏持续性和精准化;企业融资问题尤为突出。
具体问题如下:
一是整体技术装备落后,自动化生产与检测水平较低,其生产过程被称为制造“工业工艺品”产品质量差。而工艺技术装备的投资需求较大,企业无力进行技术改造和设备能力提升。直接影响科研和生产工艺技术整体能力提高,严重影响产业化进程;
二是技术创新资源在科研院所,不在企业手中。企业自主创新能力不够,形成的科技成果转化缺乏转化的通道和桥梁,成果和产业化形成两张皮,实际应用水平较低,科研成果与产业化结合机制和体系不够健全,产业发展后劲不足、持续性不够;
三是在基础理论研究和技术开发方面的科研人员偏少;人才培养的专业化、批量化、实用性与传感器产业化偏离较大;人才的流向不能流入传感器这样的中小企业,人才的聚集度不高,缺乏领军人才的培育和优秀企业家引领作用的发挥;
四是产业政策扶持力度不够,企业税费负担过重。传感器产业技术含量较高,人才、技术密集,开发成本大于其他行业,企业负担过重,在同等高科技中享有税收等政策较少,企业规模小,各项产业政策扶持条件适应性不够,难于获得项目资金支持;
五是行业壁垒太高,准入条件过多。长期受到进口产品冲击,成熟领域配套市场长期被国外垄断和挤压,导致国内企业在生产规模、品种、质量、价格缺乏竞争优势。此外,行业壁垒导致产品销售成本过大,准入门槛偏高,也是进入良性循环的制约因素。
三、相关措施与建议
业内普遍认为,在当前中美“贸易”竞争背景下,受长期市场垄断和技术封锁的制约,传感器发展要想从发达国家获取核心技术和关键工艺是不可能的,需要统筹规划和战略性扶持,才能逐步形成自主可控。首先需要提升行业战略地位,加强统筹规划,把传感器定为“国家产业发展重点目标”,列为“国家战略”项目,在“十四五”规划中列为重点支持,优先发展的内容。
具体措施建议如下:
一是设立专项资金予以支持。重点提升敏感机理、敏感材料、新型工艺的创新性研究与开发能力,加快推进用于物理量、化学量、生物量中的半导体、陶瓷、高分子有机、光导纤维等各种新型敏感材料、复合功能材料的创新研发和产业化;重点提高基于MEMS、薄膜、介质隔离、微熔式、硅-硅键合与熔封、塑料封装、特殊结构封装等各种新型工艺技术的应用水平和能力。
二是全面提升产业化能力。重点支持半导体、陶瓷、金属、高分子、超导、光纤、纳米等材料及各种复合材料为基础的工艺技术开发,鼓励企业加大对力、磁、气、光、热、湿、离子敏、射线敏、生物敏、毫米波、激光雷达等生产工艺级装备的投入,促进产业化整体水平的提高。
三是提升产品智能化水平。重点支持具有数字补偿、网络化、智能化、多功能复合技术传感器产品。推进产品向集成式、复合式、微型化、高可靠、高稳定性、低功耗、低成本等多功能、一体化、标准化方向发展;重点支持并推进面向物联网、移动互联网、工业互联网、新一代通信网络,以及智慧城市、机器人等发展需求,以及个性化指标和特点突出的智能化传感器产品的产业化,打通产、用壁垒和瓶颈。
四是完善技术标准体系。制定行业规范与标准,加快提升传感器产品的第三方检测等公共服务能力,鼓励企业设立符合公共服务能力和标准要求的专业产品检测中心。鼓励传感器及应用行业领域组建产业联盟,制定联盟标准,积极促进跨行业、跨专业、跨企业横向联合。
五是注重高端人才培养。鼓励专业机构和科研院所对传感器产业链专业化高端人才培养;注重跨界融合与复合型人才培养;重点培养有创新能力的企业家人才。鼓励并支持通过市场化的重组、收购兼并,形成龙头企业和行业领军企业,提升全行业竞争力。
(本文作者系九三学社中央科技委副主任、中国传感器与物联网产业联盟副理事长)