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国产传感器如何打破四处受卡的局面?


  可穿戴设备、智能家电、自动驾驶汽车、智能机器人等设备与应用的发展也促使着数以百亿计的新设备将接入网络,万物互联的时代正在敲门。而作为物联网技术最重要的数据采集入口,传感器也将迎来巨大的发展良机。

  1、传感器成焦点

  据国务院“十四五”数字经济发展规划,以传感器、量子信息、集成电路等战略性前瞻领域为着眼点,传感器领域也成为了企业攻向的焦点。

  从产业链来看,传感器的上游主要为各种零部件等以支撑感知层;中游是以光传输、通信设备、网络设备等构成的传输层;下游是应用层。下游应用领域上,信息化和智能化的加速推进,让传感器在智能农业、智能工业、智能交通、建筑节能、智能环保、智能电网、健康医疗、智能穿戴等领域都有着广阔的应用空间。

  全球传感器市场在这几年呈现出快速增长的趋势,该市场的主要增长来自于可穿戴设备传感器、MEMS传感器、生物传感器等新兴传感器。

  但由于传感器是技术密集型行业,技术壁垒相对较高,这对行业的进入者会形成一定阻碍。通常情况下,从完成技术开发、技术突破到实现规模产业化,行业新进入者至少需要五年以上时间积累。随着市场竞争加剧,“并购整合”也成为各大企业的首选策略。

  从市场格局上看,传感器市场以爱默生、博世、西门子、意法半导体、霍尼韦尔等国外公司占据较大的市场份额,中国大陆具有一定影响力的公司有歌尔股份、华工科技、兆易创新等。

  2、智能传感器市场规模

  目前,国内传感器产业正处于由传统型向新一代智能型发展,中国智能传感器市场规模从2017年的792.8亿元上升至2019年的928.3亿元,同期国内厂商智能传感器产值从94.9亿元上升至250.7亿元,国产化增速显著高于市场整体增速,预计到2022年中国智能传感器行业市场规模将达1179.1亿元。

  MEMS传感器市场规模

  MEMS即微机电系统,是一种将机械结构与电子系统同时集成制造在一颗芯片上的技术,MEMS传感器芯片由MEMS与ASIC芯片组成,尺寸一般在微米甚至纳米量级。MEMS技术逐渐成为传感器市场主流,用MEMS技术制造的传感器、执行器或者微结构,具有微型化、集成化、成本低、效能高等特点。受益于中国智能手机、平板电脑等消费电子类产品产量的稳定增长,MEMS产品的需求也不断增长,使得中国已经成为全球MEMS市场中发展最快的地区。数据显示,中国MEMS行业市场规模由2016年的363亿元增长至2020年的705亿元,年均复合增长率为6.9%。中商产业研究院预测,2022年中国MEMS行业市场规模将达1008亿元。

  CMOS图像传感器市场规模

  CMOS图像传感器(CIS)是将光子转换为电子进行数字处理,把图像信号转换为数字信号的芯片,主要用于在数码相机、数码闭路电视摄像机和数码摄像机中的创建图像,是数码摄像头的关键部件。随着智能手机摄像头的升级,以及汽车市场的高速增长,CMOS图像传感器市场高速发展。数据显示,2021年国内CMOS图像传感器销售额为295.4亿元,同比增长19%,预计到2022年市场规模保持20%左右增长率,达到359.1亿元。

  3、中国传感器亟需追赶

  实际上,作为智能化的起点,传感器是构建智能工业和智能社会大厦的基石。如同一座数百米的高楼建筑,离不开深入地下几十米的地基。人们总是容易被摩天大厦壮观的外立面所吸引,却很少有人在意地下的根基。

  然而,构建智能制造的大厦,却正是要靠着大量隐姓埋名的传感器打下根基。如果去剖解制造业的根基,配角之王,非传感器莫属。

  要认清楚传感器的真实面目,也的确非常不容易。传感器的种类繁多,恐怕很难准确说清楚,但3万种以上,应该是非常确定的数目。

  要想彻底搞清楚传感器的家当,几乎要跨越所有的制造业门类,难度有如识别满天繁星。要理解这样一个产业,难免让人心生畏惧。

  这也使得多年来,传感器行业很少能得到国家政策的直接有力扶持:配角之王,在冷板凳坐得久,也是有原因的。

  中国传感器最落后、最亟需追赶的领域——工业传感器

  从实际应用看,传感器在军工、民用、工业领域的情况也是大为迥异。而工业级传感器则是迫切需要破局之道。

  就工业级传感器而言,国内产品与国外的差距则是最大的。一方面是受国内生产制造水平所限,产品的一致性和稳定性不够;另一方面,则与国内对于传感器的漠视有关。

  在技术攻关的时候,往往以主机牵头,传感器作为配角基本是拿来主义。而在引进国外设备时,往往采用整机引进方式,很少有国产零部件的机会。

  如核能、化工、电力等行业,一般都是直接输入成套设备,而这些设备基本上自带仪表和传感器。在许多项目在招标中,建设方也明确要求高端仪器和传感器必须采用国外品牌的产品。

  由于传感器在整体设备价值占比相对较低,制造企业宁可采用品质更高的国外品牌。例如在30万元一台机床,加速度传感器价格不过几千元。机床厂并不愿意冒风险来采用国内传感器品牌,这使得国内传感器厂商长期处于饥饿状态,缺乏行业应用和试错成长的机会。

  4、上下游协同,逐次释放拉动效应,传感器或迎来春天

  上个世纪六七十年代的日本制造业,无论是彩电、汽车还是半导体,都是一边发展工业品,同时发展上游装备的“打仗上战场,自建兵工厂”的模式。这是一种非常有效的举国布局之道。

  当下日本半导体制造装备,在全球处于领先地位,丝毫不逊于美国,正是靠昔日半导体崛起而带动起来。美国很多半导体设备,最后都是先强后弱,被逐渐长大的日本制造商挤压出局。

  虽然当前光刻机荷兰ASML一骑绝尘,已经碾压尼康和佳能。但在ASML没有崛起之前,尼康和佳能的光刻机,硬是靠着本国存储器所同步打磨的技术,将美国等早期光刻机霸主彻底清理出门。

  同样,这种现象也发生在中国的新兴产业。光伏和锂电池的崛起,给中国装备行业的发展带来了千载难逢的机会。它们毫无包袱的进入了赛道,或者反过来说,光伏和锂电池的制造商,毫无包袱地选择了上游的国产装备制造商,其中就包括激光装备。

  国内至少有四五家上市的激光装备公司,就是专门为光伏和动力电池而生。中国激光装备产业,从2010年的100亿产值,发展为当前700亿的产值,成为全球最举足轻重的市场。这跟中国先进制造产业的拉动,密不可分。先进装备与新兴产业,同步弹唱。

  这也是传感器的机会。中国造车新势力的崛起,给汽车供应链带来了设计的自主性。例如宁德时代面向宝马或者特斯拉供货的很多电池包自动化生产线,就采用了天津宜科的IO-Link传感器总线模块。

  这种传感器连接器,是控制系统的神经网络。而它们每分钟吞吐的海量信号,保障了这些电池包生产线的有序运转。宜科已经成为宁德时代电池生产线上这种传感器总线模块的主流供应商。这在以前封闭的汽车供应链体系中,是非常罕见的。

  国内的汽车合资企业通常是由外方指定供应商,除了机床等大型设备,也会有一长串的“御用零部件”,包括传感器。而合资公司的中方,很少有太多的话语权,自然也谈不上选择国产供应商品牌。

  上海大众桑塔纳汽车的一条生产线上,即使更改一颗螺丝钉,都需要总部批准。尽管目前宁德时代大多数生产线上用的控制系统可能还是西门子的,传感器还是以德国西克和倍加福为主,但宜科能够挤进去半个身子,也算是中国供应链生态的双重进步:像宁德时代、隆鑫光伏等制造工厂的开明,以及传感器供应商的技术突破。

  毕竟,只要能先用上国产传感器连接器,下一条生产线就有可能用上国产传感器。这并不需要等待太久,因为宜科的光电传感器,已经开始陆续进入到宁德时代的生产线上。这说明,对于国产品牌进入工业的主战场,需要给予足够的耐心,一颗钉子,一颗钉子地就会挤进去。

  还有就是中国制造在整个链条上的升级。龙头升级,步步升级,龙骨、龙身、龙尾都跟着长进。中国制造整体实力的增长,也给国产传感器的发展带来了新曙光。

  像国内数控系统出货量第一的广州数控GSK,已经开始更大规模地使用国产编码器这种传感器。对于国产数控系统编码器来说,一直都面临着两座大山:德国海德汉和日本多摩川,这两家公司在运动控制、伺服方面都有强大优势,代表了两种不同的技术路线。

  当广州数控GSK开始向更高端的对手发起挑战的时候,它会带动它的供应商一起向上爬。宜科传感器也是这样的伴随者,早期的编码器还是用在主轴电机上,现在也开始挺进更艰难的伺服电机。

  通过整个链条的努力,横亘在中国制造业面前的巨大冰山已出现了裂缝。从机床到数控系统,再到传感器,产生了一个典型三节鞭式的连动效应。企业注重设备的集成创新,其实它后面至少还跟着2-3个链条环节。高质量制造正在成为中国工业航母的全新推动力,缓慢地推动着工业全链条的转动,逐次释放的拉动效应已经呈现。

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