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郭源生:营造传感器产业化生态,为新基建提供大数据支撑

2022-05-19郭源生

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本文分析了信息技术与新基建的关系,指出传感器技术是支撑新基建基础数据的关键所在,并针对传感器产业化提出了相关建议。
       改革开放以来,我国经历了从政策推动的短缺经济到资源推动的过剩经济,以及以中共十九大为分水岭,进入以信息技术和传统产业深度融合、以数字经济为主线的创新型经济阶段。
       当前围绕5G、人工智能技术展开的应用创新纷沓而至,推动我国制造业从产业的规模化增长走向高质量发展。数字经济的增长速度同样令人惊喜。2017年我国数字经济规模是3.4万多亿美元,占GDP总量的30.3%,2018年是4.73万多亿美元,占GDP总量的34.8%。以集成电路为代表的信息技术基础产品进口额已经超过了石油、矿产的进口总额。这说明我国未来经济的核心不再是传统的能源、石油、化工等自然资源,而是数字经济。数字经济的核心则是数据,数据将成为产业变革和经济脉络的主流。

01 新基建与信息技术的相互关系

    新基建涉足5G基站建设、特高压、城际高铁和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等7大领域。

    新基建与信息技术之间具有密切的关系。一是渗透,新基建核心内容会渗透到各个行业领域。二是融合,多产业、多技术的相互融合,尤其是信息技术与传统产业的深度融合。三是协同,跨部门、跨领域的协同,尤其是人才跨界的协同。四是转型,从制造业大国走向强国时,就要把以数据为主导的产业升上台面,转向战略型新兴产业;同时,运用信息技术提高传统产业能效比、降低环境污染和制造业成本。五是服务,在区域和行业中,通过平台架构设计与模式创新提供相应的服务。

    众所周知,信息技术是由感知技术、传输技术和处理技术这三大技术构成。如果把人看成一个完整的信息系统,那么五官和皮肤就是与外界交互数据或信息的感知器官, 对应到物理层面就是传感器技术;5G通信技术相当于信息传输的神经系统;计算机相当于大脑,负责处理信息。信息技术其实是一个古老的技术,人类社会行为活动无外乎物流、人流和信息流,数字是人类这三种行为产生的结果,信息技术就是通过现代科学方法把这三个方面表现为数字化。

    近代信息技术经历了三次大的浪潮,一是上世纪80年代,个人计算机诞生,解决了数据处理问题;二是本世纪初互联网到来,把人与人之间的距离无限拉近,解决了数据传输问题(直到今天的5G, 依然是在解决数据传输问题);三是物联网带来的“万物互联”,解决的是信息获取与采集问题,这也是信息技术最重要的问题,即数据的来源问题。

02 传感器技术是支撑新基建基础数据的关键所在

    据美国研究报告显示,目前全球传感器共有约3.1万种,其中,中国约有2.2万种;产业分布方面,全球约有6500多家,其中中国约有1200 家;共性基础技术15项。在传感器的基础技术产业方面,中国与美国还存在10到15年的差距。

    1. 技术创新与发展趋势

    2011年,美国提出未来传感器重点发展的三大技术。一是MEMS工艺技术。美国硅谷近20多年来,都是以MEMS工艺技术为基础,根据行业需求和功能不同,展开不同封装结构的各种产品创新。MEMS工艺技术不但解决了传感器被称为“工业工艺品”的制造难题,实现了产业化与规模化生产,还能够使传感器微型化,变成肉眼观察不到的电子灰尘,悬浮和飘散甚至滞留在空中,不间断采集数据。二是智能化和网络化技术, 实现了传感器无线化、节点化,打通了产、用之间的瓶颈与障碍。三是微能量获取技术。通过收集 环境和自然界的风、光、电磁辐射等能量,解决了传感器节点化后的长期供电问题。

    2. 市场应用前景

    传感器可应用于所有行业领域。在此次新冠肺炎疫情防控中就大量使用了传感器技术和产品。除了我们熟知的无接触测温仪,还有130多种产品类型,用于测量血压、血脂、血氧、脉象以及二氧化碳气体等,它们都在这次疫情防控中发挥着无可替代的作用。花样繁多的可穿戴设备本质上就是一个智能传感器节点,或是多功能、多参数复合的智能节点,比如有些设备既可以测血压,心跳,还可以测脉搏等等。

    家庭智能终端是未来发展的一个趋势,因此也成为传感器创新应用的平台。包括私有云技术的融合、虚拟技术的融合,即可自成系统,也可对外链接交互。比如,智能床可实现自动翻身、按摩、紧急呼叫等功能;智能马桶内置了76只传感器,可检测人体13种生理参数指标,生成健康报告并上传,甚至直接与私人医生连接。未来家庭服务机器人要实现家用设备与设施管理(包括做饭等家务)、慢病监测与医护、情感陪护这三大功能,无疑需要大量采用各种不同类型的传感器。

    新基建在内的智能化装置与设备更是离不开各种传感器,比如手术机器人要用到400多只传感器;智能手机中现在已有20多种传感器,再向前发展,当这个数量达到100多种的时候,手机就会变成移动智能节点,与家庭智能终端融合,通话功能只是手机中一个很小的功能模块;电子围栏中用到近2万只传感器,完全实现隐形和无接触管控,场地与道路无需停车缴费,直接开走、定期结算即可;数字车间中的自动化无人值守、智能化生产所用传感器更是数不胜数。

    智慧农业从种子培育、土壤酸碱度测量,施肥状态、生长状态测量再到餐桌,都会用到大量传感器。目前一般的大棚要用20多只传感器,最好的植物工厂要用700—800只。日本、荷兰的花卉、蔬菜等植物工厂都是依靠大量的传感器来采集数据的。

    总之,传感器技术决定着系统的功能。判断一个设备或系统性能优劣,不仅仅要看装了多少微处理器,更重要的是要看有多少只、多少类型的传感器。传感器堪称为“电子五官”,若五官迟钝,大脑再发达,也难以发挥更大的效能。传感器是一切系统中的“数据之母”,没有传感器,就没有数据采集,万物互联与智能化便无从谈起。

03 产业化相关建议

    我们应该清醒地认识到,中美博弈和今后的争端,表面上看是贸易和科技的争斗,实质上是高技术产品的产业化竞争。不能清楚地认识到高科技产品的产业化问题,是很难抓住要害、形成竞争优势的。针对传感器产业化问题,结合我国结构调整与转型升级及“十四五”规划要求,充分认清疫情、国际摩擦升级与环境变化产生的具体影响,做好战略定位和顶层设计,做好相应的资源配置,建立健全良好的机制,形成规范和标准,实现产业化并非难事。具体建议如下:

    1. 明确战略定位,做好顶层设计。把传感器产业化作为数字经济的核心和基础,提升到国家战略高度来认识,分层次、分阶段持续培育和支持。

    2. 挖掘产业中的问题,弥补短板与瓶颈。从产业体系和链条中的具体问题入手,解决工艺技术、产业化瓶颈、市场供需矛盾、人才引领作用、资源优化配置等问题。

    3. 政策精准配套,资源持续配置。结合地方产业配套政策资源,设立国家产业化专项政策, 并在税收等方面给予优惠,针对产业化进行持续引领与指导。

    4. 持续评估效果,及时调整实施方式。按照产业化层次、阶段、步骤进行分段评价与考核, 根据实时状态及时修正和调整实施步骤,避免造成经济损失和更大的机会成本。

    根据以上建议,结合区域产业文化特征,要在条件具备地区建立中国“传感谷”, 培育我国产业链完整,具备“政、产、学、研、用、服”六位一体协同化、专业化和精准化的“双生态”体系,从而实现传感器基础产品500亿产值,系统集成与应用产品千亿级以上的目标,形成具有明显产业化特色的国际传感器产业集群。

   作者简介:

    郭源生,九三中央科技委副主任;中国传感器与物联网产业联盟副理事长;中国电子学会敏感技术分会副主任委员;国家发改委、工信部、科技部等项目评审专家;北京理工大学传感智能技术创新中心战略咨询委员会常务副主任;工信部电子元器件行业发展研究中心原总工程师;参与工信部、发改委,以及21个省市物联网产业发展规划等评审;参与国家电子信息产业发展“白皮书”、“国家产业转移指导目录”、国家十二、十三五、十四五规划等编制与评审。国内外核心期刊等发表论文71篇,专利成果33项。编著出版:《物联网产业技术与应用》《物联网传感器技术及应用》《智慧城市的模块化构架与核心技术》《智慧医疗在养老产业中的创新应用》《智慧医疗与健康养老》《智能制造之路》《智慧医疗共性技术与模式创新》等专著。

    来源: 《书屋》杂志

责任编辑:杨培
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