我國首個面向工業(yè)4.0的智能工廠解決方案和示范生產(chǎn)線以中科院沈陽自動化研究所自主研發(fā)的WIA-FA技術(shù)為支撐，融入一系列前沿核心技術(shù)，有著極高的靈活性和智能化，但就其應(yīng)用的傳感器而言，主要還是進(jìn)口產(chǎn)品。
傳感器應(yīng)用在不同的工業(yè)領(lǐng)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(yán)格限制，比方說零下60℃極端環(huán)境就是個極大的挑戰(zhàn)。
《<中國制造2025>重點領(lǐng)域技術(shù)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(chǎn)化率要提高到20%。那么，我國智能制造傳感器的國產(chǎn)化應(yīng)該從哪里切入？
國產(chǎn)傳感器并不比國外遜色？
智能工廠用的都是進(jìn)口傳感器？我國智能制造傳感器尤其是工業(yè)機(jī)器人傳感器，自主研發(fā)能力落后國際10年？“我不這么認(rèn)為?！敝袊悄芄S建設(shè)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(rèn)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(chǎn)傳感器?！?/p>
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(tǒng))顯示器全部呈現(xiàn)黑屏狀態(tài)，原本應(yīng)該盯著屏幕監(jiān)控生產(chǎn)過程的工作人員卻在專心地看著崗位練兵手冊。生產(chǎn)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)才會自動彈出界面，平時就保持黑屏，無需操作人員監(jiān)控?；谏a(chǎn)裝置運行的高度自動化和生產(chǎn)過程管理的精細(xì)化，燕山石化智能工廠的“黑屏模式”已成為石化行業(yè)智能制造的典型案例。
智能工廠的運行，說白了就是數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，傳感器在其中每個環(huán)節(jié)都起到至關(guān)重要的作用?！?0年代我剛到廠里的時候，確實采用了不少日本進(jìn)口的傳感器。如今，從壓力、溫度、流量監(jiān)測等數(shù)據(jù)采集用傳感器，到生產(chǎn)和經(jīng)營過程中涉及的各種大型設(shè)備和中央控制系統(tǒng)的傳感器，基本都實現(xiàn)了國產(chǎn)化。”劉彥波說。
在劉彥波看來，浙大中控、北京和利時等國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性還有是些差距的。但我認(rèn)為這不完全是技術(shù)水平的問題，傳感器生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該在管理、品控上再多下功夫。
對于當(dāng)下的智能制造而言，傳感器已經(jīng)不僅僅是采集數(shù)據(jù)的眼睛和耳朵，更是高端制造、流程控制、聯(lián)網(wǎng)操作的大腦和心臟。賽迪智庫集成電路產(chǎn)業(yè)研究所副所長林雨指出：“不同行業(yè)間的差距非常大，對于石油化工等流程工業(yè)來說，需要用到的新型高端工業(yè)傳感器較少，但在高端制造領(lǐng)域，傳感器的國產(chǎn)化率還很低?！?/p>
高端新型工業(yè)傳感器仍依賴進(jìn)口
今年年初，我國首個面向工業(yè)4.0的智能工廠解決方案和示范生產(chǎn)線誕生。該方案以中科院沈陽自動化研究所自主研發(fā)的WIA-FA技術(shù)(目前世界上唯一面向工廠高速自動控制應(yīng)用的IEC無線技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn))為支撐，融入一系列前沿核心技術(shù)，有著極高的靈活性和智能化。但就其應(yīng)用的傳感器而言，主要還是進(jìn)口產(chǎn)品。
“在航天、軍工等領(lǐng)域，為了做到自主安全可控，可以不計成本地生產(chǎn)研發(fā)、生產(chǎn)部分高端傳感器。但是應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，目前階段還是采購進(jìn)口產(chǎn)品比較劃算?！毕嚓P(guān)負(fù)責(zé)人向記者透露，“高端電機(jī)、視覺、力覺等高附加值的傳感器我國還不能大規(guī)模生產(chǎn)，只能依賴進(jìn)口。為了追求整個系統(tǒng)的一致性和可靠性，又連帶許多傳感器也要使用進(jìn)口產(chǎn)品。
從《<中國制造2025>重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖》中，可以看出些許端倪。智能制造核心信息設(shè)備位居十大重點領(lǐng)域，其中新型工業(yè)傳感器在2020年的近期目標(biāo)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(yè)傳感器，是考驗一個國家工業(yè)體系是否完善的關(guān)鍵性因素?！痹?jīng)為國內(nèi)多家主流汽車、家電、機(jī)床等生產(chǎn)企業(yè)提供過智能制造解決方案的楊超對此更有發(fā)言權(quán)?！肮I(yè)機(jī)器人也好，生產(chǎn)線、反應(yīng)容器、數(shù)控機(jī)床也好，智能制造的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備和非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備的基礎(chǔ)都是由很多傳感器共同集成的?！睏畛嬖V記者，“早期，我國智能制造設(shè)備大都是從國外進(jìn)口，造價很高。后來國內(nèi)設(shè)備企業(yè)引進(jìn)、消化之后，實現(xiàn)了自主生產(chǎn)，但是為了選型的方便以及設(shè)備運行的穩(wěn)定性，傳感器一般還是采用原廠的產(chǎn)品。”
“這些進(jìn)口傳感器的價格自然不菲，比方說德國SICK的一對激光監(jiān)測傳感器就要7～10萬元。不過，和整體設(shè)備的價格相比，還是占比較少的份額?！睏畛f，“實際上，應(yīng)用比較廣泛的進(jìn)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(chǎn)產(chǎn)品。但是相對于民用來說，工業(yè)環(huán)境對傳感器的要求更高，從穩(wěn)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(chǎn)化率還是很低。”
智能制造傳感器需提高國產(chǎn)化率
和消費電子等民用領(lǐng)域相比，用于智能制造的工業(yè)傳感器在精度、穩(wěn)定性、抗震動和抗沖擊性方面提出了更為苛刻的要求。“工業(yè)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(zhǔn)，像民用領(lǐng)域的‘丟包’是絕對不能容忍的。”林雨表示，“傳感器應(yīng)用在不同的工業(yè)領(lǐng)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(yán)格限制，比方說零下60℃極端環(huán)境就是個極大的挑戰(zhàn)。”
工業(yè)傳感器不僅性能指標(biāo)要求苛刻，種類也非常繁雜。據(jù)楊超介紹，從功能上來說，工業(yè)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(yè)機(jī)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(fù)雜現(xiàn)狀，我國智能制造傳感器的國產(chǎn)化應(yīng)該從哪里切入？新松機(jī)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(yīng)該針對具體應(yīng)用需求，集中優(yōu)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(dá)10萬元?！?/p>
楊奇峰說，“力覺傳感器是用來檢測機(jī)器人自身力與外部環(huán)境力之間相互作用力的傳感器，諸如此類在工業(yè)機(jī)器人上需要用到的新型傳感器還很多，目前雖然沒有大規(guī)模應(yīng)用，但是已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在尚未成熟的細(xì)分市場，我國企業(yè)機(jī)會更多，不妨提前布局?！?/p>
同時，智能制造正定義出一個利用MEMS技術(shù)的新型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。林雨表示，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推動的MEMS工業(yè)應(yīng)用將帶來巨大的新興市場，博世、意法半導(dǎo)體、樓氏電子、應(yīng)美盛等國際MEMS龍頭企業(yè)都已經(jīng)瞄準(zhǔn)了這一應(yīng)用領(lǐng)域。
“實際上，我們也不能僅僅把眼光局限于傳感器的生產(chǎn)本身?！绷钟晏岢?，“對于硬件來說，工業(yè)傳感器的應(yīng)用軟件同樣重要。當(dāng)下而言，著眼于產(chǎn)業(yè)生態(tài)的整體布局更具操作性。”