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，一個上千億產值的化工廠就會直接陷入停產。
 

　　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，國內產品與國外的差距則是最大的。一方面是受國內生產制造水平所限，產品的一致性和穩(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合戰(zhàn)斗機F35的撥款預算中，依然包含了傳感器與網絡戰(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，經濟性是第二位的。它往往采用更為高級的生產線和工藝方法，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濟性，要嚴格控制生產成本和不良品率。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網解決方案。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。很多傳感器產品都是處于小批量生產狀態(tài)，單一產品的研制成本居高不下。中國制造的產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)。作為智能的起點產品，傳感器居然是一種近乎“自給自足”的生產方式。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，包裝數量、包裝方式都不同。而光電開關的基礎功能就是計數，例如數出有多少個餅干。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過關。接下來要考慮的就是小批量生產的穩(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。而國內傳感器生產的批量通常只有幾千只，大批量生產的需求很少。但小批量生產，幾乎要花費同樣的投入來實現來料、工藝、質量檢測等，這樣一來，生產一致性自然就不好控制了。
 

　　這種多品種、小批量的產品，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方式。這真是一個巨大的諷刺，當一家傳感器企業(yè)的產品被廣泛集成到智能制造的生產線的時候，它自身的生產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，都是批量很小的產品。真相是，量大面廣的傳感器產品，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品，它往往將產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，對于新的國產儀表產品，又要有案例，又要性能精彩，儀表廠商也被挑剔了個夠。產業(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業(yè)，呈現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業(yè)鏈條上的系統(tǒng)布局。
 

　　大工程，打開局面
 

　　許多產業(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，但對于國產傳感器而言，基本上毫無帶動，根據沈陽儀表研究院的報告表明，“三重”項目選用的國產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，安全生產是大事。這兩年，雖然近年來國產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品年產量居世界領先地位。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化歧視。國產產品遭受非國民待遇，國外品牌受到超國民待遇，這一反?，F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。有趣的現象出現了，當出現問題的時候，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，這種現象也發(fā)生在中國的新興產業(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。中國激光裝備產業(yè)，從2010年的100億產值，發(fā)展為當前700億的產值，成為全球最舉足輕重的市場。這跟中國先進制造產業(yè)的拉動，密不可分。先進裝備與新興產業(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)的神經網絡。而它們每分鐘吞吐的海量信號，保障了這些電池包生產線的有序運轉。宜科已經成為寧德時代電池生產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供應商品牌。上海大眾桑塔納汽車的一條生產線上，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生產線上用的控制系統(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，只要能先用上國產傳感器連接器，下一條生產線就有可能用上國產傳感器。這并不需要等待太久，因為宜科的光電傳感器，已經開始陸續(xù)進入到寧德時代的生產線上。這說明，對于國產品牌進入工業(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，也給國產傳感器的發(fā)展帶來了新曙光。像國內數控系統(tǒng)出貨量第一的廣州數控GSK，已經開始更大規(guī)模地使用國產編碼器這種傳感器。對于國產數控系統(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了裂縫。從機床到數控系統(tǒng)，再到傳感器，產生了一個典型三節(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呈現。
 

　　小記：傳感器的春天
 

　　中國傳感器產業(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，就是傳感器產業(yè)最愿意聽到的回復。
 

　　作 者
 

　　林雪萍：北京聯訊動力咨詢公司總經理，天津大學兼職教授
 

　　原標題：配角之王，走進制造中央