林雪萍 | 配角之王，走進制造中央

在中國制造戰(zhàn)略中，唱主角的是主機裝備等大國重器，而處在感知最前端的傳感器，則是微不足道的配角。這也并不奇怪，傳感器作為一種很小的零部件，向來缺乏存在感；而且由于龍頭企業(yè)的規(guī)模也很小，一個企業(yè)如果純粹的傳感器收入能做到1個億，就已經(jīng)是很厲害的角色了。這種規(guī)模，自然也缺少話語權。傳感器在制造業(yè)中的定位，成為了“配套中的配套，邊緣中的邊緣”。

傳感器，往往是處于一切工業(yè)產(chǎn)品的最前沿陣地，它提供了感知物理世界的第一道哨卡。哨卡從不出錯，工廠運行良好，這就是工業(yè)運轉所依賴的基本規(guī)則。直到有一天，有一種痛蔓延過來，定睛細看，哨卡或許并不可靠，而它的價值則會被瞬間放大。多年來，一家德國的傳感器公司FirstSensor，一直為中國石化儀表行業(yè)提供壓力傳感器。然而，2019年這家德國公司突然被美國連接器巨頭TE公司收購，于是整個石化儀表行業(yè)都自然而然地進入了一種恐懼的陰影之中，揮之不散。這幾年，芯片作為“卡脖子”最耀眼的明星，擔當了卡脖子超級形象大使。但其實，傳感器、工業(yè)軟件、科學儀表等很多產(chǎn)品，都具有同樣的一劍封喉的作用，只是它們影響人們感受的方式并不相同。如果7nm的芯片沒有了，你最多是無法享用到華為的P50手機；但是如果壓力傳感器沒有了，一個上千億產(chǎn)值的化工廠就會直接陷入停產(chǎn)。

實際上，作為智能化的起點，傳感器是構建智能工業(yè)和智能社會大廈的基石。如同一座數(shù)百米的高樓建筑，離不開深入地下幾十米的地基。人們總是容易被摩天大廈壯觀的外立面所吸引，卻很少有人在意地下的根基。然而，構建智能制造的大廈，卻正是要靠著大量隱姓埋名的傳感器打下根基。如果去剖解制造業(yè)的根基，配角之王，非傳感器莫屬。

然而，要認清楚傳感器的真實面目，也的確非常不容易。傳感器的種類繁多，恐怕很難準確說清楚，但3萬種以上，應該是非常確定的數(shù)目。要想徹底搞清楚傳感器的家當，幾乎要跨越所有的制造業(yè)門類，難度有如識別滿天繁星。要理解這樣一個產(chǎn)業(yè)，難免讓人心生畏懼。這也使得多年來，傳感器行業(yè)很少能得到國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。

三大領域，工業(yè)最迫切

從實際應用看，傳感器在軍工、民用、工業(yè)領域的情況也是大為迥異。而工業(yè)級傳感器則是迫切需要破局之道。

就工業(yè)級傳感器而言，國內產(chǎn)品與國外的差距則是最大的。一方面是受國內生產(chǎn)制造水平所限，產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性不夠；另一方面，則與國內對于傳感器的漠視有關。在技術攻關的時候，往往以主機牽頭，傳感器作為配角基本是拿來主義。而在引進國外設備時，往往采用整機引進方式，很少有國產(chǎn)零部件的機會。如核能、化工、電力等行業(yè)，一般都是直接輸入成套設備，而這些設備基本上自帶儀表和傳感器。在許多項目在招標中，建設方也明確要求高端儀器和傳感器必須采用國外品牌的產(chǎn)品。

由于傳感器在整體設備價值占比相對較低，制造企業(yè)寧可采用品質更高的國外品牌。例如在30萬元一臺機床，加速度傳感器價格不過幾千元。機床廠并不愿意冒風險來采用國內傳感器品牌，這使得國內傳感器廠商長期處于饑餓狀態(tài)，缺乏行業(yè)應用和試錯成長的機會。

就軍隊而言，傳感器就是導彈、火箭和各種軍火的五官，這是所有武器的基準競爭力。在最新一次的美國國防部為聯(lián)合戰(zhàn)斗機F35的撥款預算中，依然包含了傳感器與網(wǎng)絡戰(zhàn)的研究。而美國陸軍參謀長米利（Milley）向來都將傳感器視為未來智能戰(zhàn)的關鍵核心。在今年年初美國一篇《獵殺對手：面向2035的傳感器之戰(zhàn)》的文章中，引用了米利提出的一個“高端戰(zhàn)爭”的說法。在這個概念中，“泛在傳感器的作用，就是讓敵手死的更快”。在面向2035的戰(zhàn)爭中，美軍圍繞著傳感器設想了7種智能，包括視覺智能、通訊智能等，而人工智能不過是其中一種。從這個角度來看，虛談人工智能，對制造業(yè)言，很容易造成一種虛火旺盛的假象；只有圍繞傳感器談智能制造，才更容易接近智能的真相。

圖 2035戰(zhàn)斗中的制勝傳感器

軍工行業(yè)向來對傳感器的應用極為重視，在設計和生產(chǎn)制造上甚至不吝成本，代價高昂。作為軍品的傳感器，以追求有沒有為第一目標，經(jīng)濟性是第二位的。它往往采用更為高級的生產(chǎn)線和工藝方法，費工費料在所難免。軍用傳感器的制造，跟工業(yè)級傳感器呈現(xiàn)了完全不同的狀態(tài)。

民用傳感器，則與軍品大為不同。它首先必須考慮的是經(jīng)濟性，要嚴格控制生產(chǎn)成本和不良品率。目前在中、高端傳感器制造領域，我國在知識產(chǎn)權、設備和材料等方面都沒有優(yōu)勢，成本居高不下。但近年來，在某些有限的領域，這種局面正在逐步改變。例如，隨著蘋果帶動的高保真耳機TWS的廣泛應用，聲學傳感器的發(fā)展也水漲船高，涌現(xiàn)出了一批明星企業(yè)，如歌爾、瑞聲等。

實際上，民用傳感器的快速發(fā)展，給了工業(yè)級傳感器一個重要的啟發(fā)，那就是應用會帶動傳感器的發(fā)展，大量應用則會帶動傳感器大力發(fā)展。昔日聲學傳感器都壟斷在美國樓氏的品牌之下，但隨著濰坊歌爾聲學大量耳機的出貨，它自然而然就向其中最為關鍵的MEMS傳感器（這種傳感器采用了一種與傳統(tǒng)機械加工完全不同的半導體工藝）發(fā)起挑戰(zhàn)。盡管主動發(fā)動了大量的專利訴訟戰(zhàn)，樓氏依然是節(jié)節(jié)退后，中國聲學傳感器則是一個兵團般的崛起。同樣，在新興領域，中國的傳感器由于依靠著巨大的國內市場，往往能夠找到自信。隨著生命醫(yī)療和大健康的崛起，測量血壓、血糖等生物傳感器也在蓬勃發(fā)展，這也是中國傳感器的機會。

這對于多年來積重難返的工業(yè)傳感器，啟發(fā)良多。當然，三種不同領域的傳感器，自有相通之處。國外的傳感器制造商往往都是三者通吃，因為只有這樣，才能實現(xiàn)最大的規(guī)模效應。而這恰好是中國傳感器的短板。

這么小，如何搞？

國內傳感器廠家沒有規(guī)模。與傳感器沾邊的國內上市公司大約有40家，但傳感器都無法成為主營業(yè)務。在國內傳感器做的有聲有色，算是闖出一套血路的鄭州漢威，2020年收入為20億。這其中純粹的傳感器不到20%，其他都是圍繞著傳感器而形成的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。而且，這么高的比例，跟新冠疫情引起的測溫傳感器需求劇增有很大關系。如果以2019年來看，傳感器的收入占比則不到10%。

漢威是傳感器的幸運兒。放眼看過去，國內具有一定規(guī)模的工業(yè)傳感器生產(chǎn)廠家不到兩千家，很多都在3000萬的收入線上掙扎。很多傳感器產(chǎn)品都是處于小批量生產(chǎn)狀態(tài)，單一產(chǎn)品的研制成本居高不下。中國制造的產(chǎn)品往往給人一種深刻的印象，就是價格低廉，比國外有優(yōu)勢。但其實恰好相反，中國很多工業(yè)傳感器，成本往往并沒有競爭力。

這與傳感器較為復雜和精準的生產(chǎn)工藝有關。以光電傳感器為例，需要從微弱信號檢測到提取信號、整形放大、噪聲處理等，而針對不同傳感器的工藝流程是對企業(yè)Know-how的真正考驗。傳感器企業(yè)需要購買芯片、材料、單片機等元件，然后自己做光學、做結構，進行收光、發(fā)光處理以及顯示等。這個過程，需要的設備、工裝、制具、校準儀器等，很多都需要企業(yè)自行研發(fā)。作為智能的起點產(chǎn)品，傳感器居然是一種近乎“自給自足”的生產(chǎn)方式。這未免給人留下了一種沮喪的印象，傳感器幾乎還沒有進入“工業(yè)化的狀態(tài)”。

傳感器制造還有軟件算法問題，從而支撐傳感器的智能化要求。光電開關看上去簡單，有收發(fā)光線即可，但其實一個小小的光電開關通常有100多個元器件，針對不同的應用場景有不同要求，要做好也不容易。天津宜科自2003年開始從事傳感器制造，多年來在光電傳感器算法方面，一直尋找各種經(jīng)驗的積累。例如在食品包裝線的餅干檢測中，一條包裝線上會有不同的餅干，包裝數(shù)量、包裝方式都不同。而光電開關的基礎功能就是計數(shù)，例如數(shù)出有多少個餅干。這聽上去很簡單，實際情況要復雜得多。有的餅干成分中摻雜有芝麻、巧克力豆等，會形成干擾；有的餅干很薄，信號很弱；在混線生產(chǎn)時，不同顏色的餅干都混在一起。當林林總總的餅干在包裝線上連在一起往前運動的時候，要將它們一個個數(shù)出來難度不小。為了得出一種可以對各種餅干進行準確計數(shù)的算法，宜科的研發(fā)人員就到超市去買餅干，總共買了上百包各式各樣的餅干，一一測試。巧克力餅干黑白分明，算法就要將黑白比減少；帶孔眼的餅干過線的時候，光斑不容易打出來，就要通過算法將光斑放大。

當剩余的餅干終于可以被吃掉的時候，意味著電路板硬件、材料和光學等技術條件都已經(jīng)過關。接下來要考慮的就是小批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性，這也正是傳感器制造最難的地方。如果有大訂單量，生產(chǎn)線容易變得更穩(wěn)定，廠家也就更愿意在質量控制體系可靠性和供應鏈穩(wěn)定性方面投入精力。而國內傳感器生產(chǎn)的批量通常只有幾千只，大批量生產(chǎn)的需求很少。但小批量生產(chǎn)，幾乎要花費同樣的投入來實現(xiàn)來料、工藝、質量檢測等，這樣一來，生產(chǎn)一致性自然就不好控制了。

這種多品種、小批量的產(chǎn)品，半手工半自動化就在所難免，一下子也難以找到合適的智能制造生產(chǎn)方式。這真是一個巨大的諷刺，當一家傳感器企業(yè)的產(chǎn)品被廣泛集成到智能制造的生產(chǎn)線的時候，它自身的生產(chǎn)卻還是采用一種很落后的方式。

前不著村 后不著店

然而，也并不是所有的傳感器，都是批量很小的產(chǎn)品。真相是，量大面廣的傳感器產(chǎn)品，往往都被國外品牌所把控，只是把縫隙里的艱苦地帶留給了中國制造，這種定制化的縫隙是很難產(chǎn)生足夠多的利潤。很多國外儀表的傳感器，往往都是1萬只起才接受訂單，基本不接受個性化定制。日本的首富，出乎很多人的預料，居然是一家傳感器制造公司的老板。這家公司，從來不接受定制化的產(chǎn)品，它往往將產(chǎn)品研制前置到用戶端，提前研究好用戶需求，然后都是采用大規(guī)模生產(chǎn)的方式，因此也保持了高額的利潤。這家日本最賺錢的傳感器公司，毛利率多年能保持在55%以上。

如此大的反差，一定是某個環(huán)節(jié)出了問題。細看過去，中國傳感器產(chǎn)業(yè)是一個“前不著村、后不著店”的孤獨村莊。在前面，它被芯片、材料所制約；往后看，則往往要嵌入到儀表之中，要接受儀表廠商的挑剔。

結果就是這樣：好不容易，傳感器廠商自己投入2-3年開發(fā)一個新品；下游的儀表廠商，先觀望后取證，又是等待3-5年。好不容易證件齊全了，儀表又要接受終端用戶的挑剔了。像中石化、中石化這樣的大廠，對于新的國產(chǎn)儀表產(chǎn)品，又要有案例，又要性能精彩，儀表廠商也被挑剔了個夠。產(chǎn)業(yè)化長路漫漫，傳感器廠商既缺乏終端力量，又沒有器件優(yōu)勢，自然餓得面黃肌瘦。

可以說，中國傳感器廠商，以小小的身軀，爬行在一條漫長的產(chǎn)業(yè)鏈上，前后被擠壓，而走在一個不確定的旅途。生存狀態(tài)無法自理，國產(chǎn)傳感器自然活得艱辛。

這一點，與德國傳感器的生態(tài)化布局是完全不同的。德國的傳感器是一個遍地開花的局面，小公司很多。這與德國傳感器產(chǎn)業(yè)的共性技術完善有關。如果沿著供應鏈看過去，廠商千差萬別，但相互之間組合清楚，各有卡位。就像拼圖板一樣，看似毫無規(guī)則的鋸齒形，但相互接口其實早已對齊。這使得德國傳感器產(chǎn)業(yè)，呈現(xiàn)了一種打群架的獨有景象：小而美，多而強。雖然沒有非常大的傳感器制造商（西克是德國唯一上市的傳感器公司，年產(chǎn)值超過100億，在德國也是僅此一家），但卻有一大批中小傳感器，活躍在不同的山頭和關口。

這意味著，要打開傳感器孱弱瘦小、四處受卡的局面，中國傳感器需要一個產(chǎn)業(yè)鏈條上的系統(tǒng)布局。

大工程，打開局面

許多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并不在于自身的努力，而是在于下游的拉動作用。傳感器，更是如此，它需要大型項目的拉動。

這些年來，集國內先進制造于一體的“三重山項目”（重點領域、重點行業(yè)、重大工程），雖然上馬很多，但對于國產(chǎn)傳感器而言，基本上毫無帶動，根據(jù)沈陽儀表研究院的報告表明，“三重”項目選用的國產(chǎn)傳感器占比不到總量的30%。但這也并非都是甲方之過，畢竟重大項目，安全生產(chǎn)是大事。這兩年，雖然近年來國產(chǎn)中低端傳感器取得了很大發(fā)展，諸如應變、電感、電容等一大批傳感器產(chǎn)品年產(chǎn)量居世界領先地位。但在高端傳感器，只是在某些方面完成了局部技術攻關，而產(chǎn)業(yè)化配套則基本為零。沒有甲方用戶的工藝知識傳授，傳感器企業(yè)也沒有能力自我進化。這種“麻桿打狼，兩頭擔心”的現(xiàn)象，只能由甲方主導，嘗試打開口子。

從大工程入手，拉動裝備并反推零部件的同步發(fā)展，是一條可行的發(fā)展路徑。這樣的先例并非沒有。三峽工程，不僅僅是中國水利建造史上的豐碑，其實也是引領國產(chǎn)化設備大發(fā)展的一個標桿性的大工程。當前中國的高壓輸變電工程，占全球的一半以上，天下無有左右。這種輝煌的局面，就是來自三峽工程的蔭護。中國中高壓輸電設備，就是隨著三峽工程的左岸、右岸電廠的分段建造而分階段挺立起來，成為能與國外ABB、日立、西門子相抗衡的一股新勢力。這段大工程帶動大設備發(fā)展的雄心，我們還需要另外以極大的篇幅來描述。這其中，傳感器也是受益者。氣體絕緣全封閉組合電器GIS，是近幾十年發(fā)展起來的主流高壓輸變電設備，采用一定壓力的六氟化硫SF6氣體作為絕緣滅弧介質。雖然它自身無毒，但不可以泄露出去，否則容易造成事故。而傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，很難及時發(fā)現(xiàn)這種無色無味氣體的漏泄。受益于三峽工程總設計思想對于國產(chǎn)化的包容，沈陽儀表院也是重大工程的臨危受命，針對SF6保護氣體密度檢測無法在線監(jiān)測、不能集中管理以及一體化密度變送器絕緣密封等問題進行攻關。最后在國產(chǎn)GIS設備開花結果的同時，也研制出SF6密度傳感器及在線監(jiān)測系統(tǒng)。這是一次絕佳的配合，從三峽工程，到全封閉電氣開關，到氣體檢測傳感器，一環(huán)拉動一環(huán)，每一環(huán)都很精彩。三峽工程的高壓輸配電，以及配套體系，一氣呵成。

很多人堅持認為，重大工程不可以用國產(chǎn)傳感器作為嘗試。這里面有謹慎的技術成分，其實也有隱約的國產(chǎn)化歧視。國產(chǎn)產(chǎn)品遭受非國民待遇，國外品牌受到超國民待遇，這一反常現(xiàn)象在制造領域是普遍存在的。在很多場合，采購何種傳感器，不完全由最終的甲方來決定，中間會夾著工程集成商。有趣的現(xiàn)象出現(xiàn)了，當出現(xiàn)問題的時候，如果是國外傳感器品牌，集成商首先想到的就是修改系統(tǒng)設計來適應國外傳感器。但如果使用的是國內傳感器，即使系統(tǒng)結構很容易修改，集成商也不愿意改動，而是要求傳感器廠家改設計，要求定制。這些很難拿到明面來說的歧視或者不信任的氛圍，瓦解了國產(chǎn)傳感器廠商的部分努力。

全鏈條移動，拉唱都精彩

上個世紀六七十年代的日本制造業(yè)，無論是彩電、汽車還是半導體，都是一邊發(fā)展工業(yè)品，同時發(fā)展上游裝備的“打仗上戰(zhàn)場，自建兵工廠”的模式。這是一種非常有效的舉國布局之道。當下日本半導體制造裝備，在全球處于領先地位，絲毫不遜于美國，正是靠昔日半導體崛起而帶動起來。美國很多半導體設備，最后都是先強后弱，被逐漸長大的日本制造商擠壓出局。雖然當前光刻機荷蘭ASML一騎絕塵，已經(jīng)碾壓尼康和佳能。但在ASML沒有崛起之前，尼康和佳能的光刻機，硬是靠著本國存儲器所同步打磨的技術，將美國等早期光刻機霸主徹底清理出門。

同樣，這種現(xiàn)象也發(fā)生在中國的新興產(chǎn)業(yè)。光伏和鋰電池的崛起，給中國裝備行業(yè)的發(fā)展帶來了千載難逢的機會。它們毫無包袱的進入了賽道，或者反過來說，光伏和鋰電池的制造商，毫無包袱地選擇了上游的國產(chǎn)裝備制造商，其中就包括激光裝備。國內至少有四五家上市的激光裝備公司，就是專門為光伏和動力電池而生。中國激光裝備產(chǎn)業(yè)，從2010年的100億產(chǎn)值，發(fā)展為當前700億的產(chǎn)值，成為全球最舉足輕重的市場。這跟中國先進制造產(chǎn)業(yè)的拉動，密不可分。先進裝備與新興產(chǎn)業(yè)，同步彈唱。

這也是傳感器的機會。中國造車新勢力的崛起，給汽車供應鏈帶來了設計的自主性。例如寧德時代面向寶馬或者特斯拉供貨的很多電池包自動化生產(chǎn)線，就采用了天津宜科的IO-Link傳感器總線模塊。這種傳感器連接器，是控制系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡。而它們每分鐘吞吐的海量信號，保障了這些電池包生產(chǎn)線的有序運轉。宜科已經(jīng)成為寧德時代電池生產(chǎn)線上這種傳感器總線模塊的主流供應商。這在以前封閉的汽車供應鏈體系中，是非常罕見的。國內的汽車合資企業(yè)通常是由外方指定供應商，除了機床等大型設備，也會有一長串的“御用零部件”，包括傳感器。而合資公司的中方，很少有太多的話語權，自然也談不上選擇國產(chǎn)供應商品牌。上海大眾桑塔納汽車的一條生產(chǎn)線上，即使更改一顆螺絲釘，都需要總部批準。盡管目前寧德時代大多數(shù)生產(chǎn)線上用的控制系統(tǒng)可能還是西門子的，傳感器還是以德國西克和倍加福為主，但宜科能夠擠進去半個身子，也算是中國供應鏈生態(tài)的雙重進步：像寧德時代、隆鑫光伏等制造工廠的開明，以及傳感器供應商的技術突破。畢竟，只要能先用上國產(chǎn)傳感器連接器，下一條生產(chǎn)線就有可能用上國產(chǎn)傳感器。這并不需要等待太久，因為宜科的光電傳感器，已經(jīng)開始陸續(xù)進入到寧德時代的生產(chǎn)線上。這說明，對于國產(chǎn)品牌進入工業(yè)的主戰(zhàn)場，需要給予足夠的耐心，一顆釘子，一顆釘子地就會擠進去。

還有就是中國制造在整個鏈條上的升級。龍頭升級，步步升級，龍骨、龍身、龍尾都跟著長進。中國制造整體實力的增長，也給國產(chǎn)傳感器的發(fā)展帶來了新曙光。像國內數(shù)控系統(tǒng)出貨量第一的廣州數(shù)控GSK，已經(jīng)開始更大規(guī)模地使用國產(chǎn)編碼器這種傳感器。對于國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)編碼器來說，一直都面臨著兩座大山：德國海德漢和日本多摩川，這兩家公司在運動控制、伺服方面都有強大優(yōu)勢，代表了兩種不同的技術路線。當廣州數(shù)控GSK開始向更高端的對手發(fā)起挑戰(zhàn)的時候，它會帶動它的供應商一起向上爬。宜科傳感器也是這樣的伴隨者，早期的編碼器還是用在主軸電機上，現(xiàn)在也開始挺進更艱難的伺服電機。

通過整個鏈條的努力，橫亙在中國制造業(yè)面前的巨大冰山已出現(xiàn)了裂縫。從機床到數(shù)控系統(tǒng)，再到傳感器，產(chǎn)生了一個典型三節(jié)鞭式的連動效應。企業(yè)注重設備的集成創(chuàng)新，其實它后面至少還跟著2-3個鏈條環(huán)節(jié)。高質量制造正在成為中國工業(yè)航母的全新推動力，緩慢地推動著工業(yè)全鏈條的轉動，逐次釋放的拉動效應已經(jīng)呈現(xiàn)。

小記：傳感器的春天

中國傳感器產(chǎn)業(yè)估計在1300億元的規(guī)模，跟人工智能的規(guī)模差不多。但它真正能起到杠桿支點的作用，實打實地撬動著中國制造30多萬億的產(chǎn)值。相比而言，就知名度和吸金度而言，傳感器差得實在太遠。但傳感器從來就不是熊熊大火，就產(chǎn)值體量而言，它的光亮度微不足道，這一點模糊了人們關注它的視線。然而，中國制造要往更高的階梯向上，最需要的是重新認識這樣一個多、散、小、弱的配角之王。

為什么想要點亮滿天星火？這個問題的答案，就是傳感器產(chǎn)業(yè)最愿意聽到的回復。

文章來源于傳感器專家網(wǎng)，原作者：林雪萍