工業4.0智能工廠高端工業傳感器依賴進口

　　我國首個面向工業4.0的智能工廠解決方案和示范生產線以中科院沈陽自動化研究所自主研發的WIA-FA技術為支撐，融入一系列前沿核心技術，有著極高的靈活性和智能化，但就其應用的傳感器而言，主要還是進口產品。

　　傳感器應用在不同的工業領域，對其能耐受的溫度、濕度、酸堿度也有不同的個性化要求，功耗和尺寸也會受到嚴格限制，比方說零下60℃極端環境就是個極大的挑戰。

　　《<中國制造2025>重點領域技術路線圖》要求，到2020年智能型光電傳感器、智能型接近傳感器、中低檔視覺傳感器、MEMS傳感器及芯片、光纖傳感器的國產化率要提高到20%。那么，我國智能制造傳感器的國產化應該從哪里切入？

　　國產傳感器并不比國外遜色？

　　智能工廠用的都是進口傳感器？我國智能制造傳感器尤其是工業機器人傳感器，自主研發能力落后國際10年？“我不這么認為。”中國石化智能工廠建設試點單位——燕山石化信息部部長劉彥波在接受記者采訪時，并不認同這些坊間流傳的觀點，“我們的智能工廠里用的基本都是國產傳感器。”

　　然而，燕山石化的情況具有代表性嗎？

　　燕山石化煉油二廠中控室，一字排開的DCS(分布式控制系統)顯示器全部呈現黑屏狀態，原本應該盯著屏幕監控生產過程的工作人員卻在專心地看著崗位練兵手冊。生產出現異常時，系統才會自動彈出界面，平時就保持黑屏，無需操作人員監控。基于生產裝置運行的高度自動化和生產過程管理的精細化，燕山石化智能工廠的“黑屏模式”已成為石化行業智能制造的典型案例。

　　智能工廠的運行，說白了就是數據的采集、分析和處理，傳感器在其中每個環節都起到至關重要的作用。“80年代我剛到廠里的時候，確實采用了不少日本進口的傳感器。如今，從壓力、溫度、流量監測等數據采集用傳感器，到生產和經營過程中涉及的各種大型設備和中央控制系統的傳感器，基本都實現了國產化。”劉彥波說。

　　在劉彥波看來，浙大中控、北京和利時等國內企業生產的傳感器，用起來并不比日本橫河、美國霍尼韋爾等國際巨頭的產品遜色多少。不過，某些特殊部件，如需要耐高溫高壓的傳感器，國內產品的可靠性、穩定性還有是些差距的。但我認為這不完全是技術水平的問題，傳感器生產企業應該在管理、品控上再多下功夫。

　　對于當下的智能制造而言，傳感器已經不僅僅是采集數據的眼睛和耳朵，更是高端制造、流程控制、聯網操作的大腦和心臟。賽迪智庫集成電路產業研究所副所長林雨指出：“不同行業間的差距非常大，對于石油化工等流程工業來說，需要用到的新型高端工業傳感器較少，但在高端制造領域，傳感器的國產化率還很低。”

　　高端新型工業傳感器仍依賴進口

　　今年年初，我國首個面向工業4.0的智能工廠解決方案和示范生產線誕生。該方案以中科院沈陽自動化研究所自主研發的WIA-FA技術(目前世界上唯一面向工廠高速自動控制應用的IEC無線技術國際標準)為支撐，融入一系列前沿核心技術，有著極高的靈活性和智能化。但就其應用的傳感器而言，主要還是進口產品。

　　“在航天、軍工等領域，為了做到自主安全可控，可以不計成本地生產研發、生產部分高端傳感器。但是應用到工業領域，目前階段還是采購進口產品比較劃算。”相關負責人向記者透露，“高端電機、視覺、力覺等高附加值的傳感器我國還不能大規模生產，只能依賴進口。為了追求整個系統的一致性和可靠性，又連帶許多傳感器也要使用進口產品。”

　　從《<中國制造2025>重點領域技術路線圖》中，可以看出些許端倪。智能制造核心信息設備位居十大重點領域，其中新型工業傳感器在2020年的近期目標是，將智能型光電傳感器、智能型接近傳感器、中低檔視覺傳感器、MEMS傳感器及芯片、光纖傳感器的市場占有率提高到20%。

　　“工業傳感器，是考驗一個國家工業體系是否完善的關鍵性因素。”曾經為國內多家主流汽車、家電、機床等生產企業提供過智能制造解決方案的楊超對此更有發言權。“工業機器人也好，生產線、反應容器、數控機床也好，智能制造的標準化設備和非標準化設備的基礎都是由很多傳感器共同集成的。”楊超告訴記者，“早期，我國智能制造設備大都是從國外進口，造價很高。后來國內設備企業引進、消化之后，實現了自主生產，但是為了選型的方便以及設備運行的穩定性，傳感器一般還是采用原廠的產品。”

　　“這些進口傳感器的價格自然不菲，比方說德國SICK的一對激光監測傳感器就要7～10萬元。不過，和整體設備的價格相比，還是占比較少的份額。”楊超說，“實際上，應用比較廣泛的進口傳感器，如邦納、歐姆龍的視覺模塊，宜科、菲尼克斯的編碼器，也有類似的國產產品。但是相對于民用來說，工業環境對傳感器的要求更高，從穩定性、精度、運行安全等多方面考慮，我接觸的智能制造解決方案中，傳感器的國產化率還是很低。”

　　智能制造傳感器需提高國產化率

　　和消費電子等民用領域相比，用于智能制造的工業傳感器在精度、穩定性、抗震動和抗沖擊性方面提出了更為苛刻的要求。“工業控制要確保零誤差，傳感器不僅要能實時通信，還要足夠精準，像民用領域的‘丟包’是絕對不能容忍的。”林雨表示，“傳感器應用在不同的工業領域，對其能耐受的溫度、濕度、酸堿度也有不同的個性化要求，功耗和尺寸也會受到嚴格限制，比方說零下60℃極端環境就是個極大的挑戰。”

　　工業傳感器不僅性能指標要求苛刻，種類也非常繁雜。據楊超介紹，從功能上來說，工業傳感器分為光電、熱敏、氣敏、力敏、磁敏、聲敏、濕敏等不同類別。以工業機器人為例，其中涉及的幾種重要傳感器包括：三維視覺傳感器、力扭矩傳感器、碰撞檢測傳感器、安全傳感器、焊接縫追蹤傳感器、觸覺傳感器等。

　　面對復雜現狀，我國智能制造傳感器的國產化應該從哪里切入？新松機器人中央研究院院長助理楊奇峰向記者建議，不要追求大而全，而是應該針對具體應用需求，集中優勢研制一類傳感器。“以我們需要用到的一款力覺傳感器來說，單個價格就高達10萬元。”

　　楊奇峰說，“力覺傳感器是用來檢測機器人自身力與外部環境力之間相互作用力的傳感器，諸如此類在工業機器人上需要用到的新型傳感器還很多，目前雖然沒有大規模應用，但是已經成為產業發展的必然趨勢。在尚未成熟的細分市場，我國企業機會更多，不妨提前布局。”

　　同時，智能制造正定義出一個利用MEMS技術的新型工業物聯網領域。林雨表示，工業物聯網推動的MEMS工業應用將帶來巨大的新興市場，博世、意法半導體、樓氏電子、應美盛等國際MEMS龍頭企業都已經瞄準了這一應用領域。

　　“實際上，我們也不能僅僅把眼光局限于傳感器的生產本身。”林雨提出，“對于硬件來說，工業傳感器的應用軟件同樣重要。當下而言，著眼于產業生態的整體布局更具操作性。”