我國光學奠基人、著名學者王大珩先生有個著名的論斷：傳感器是工業(yè)的基石、性能的關鍵和發(fā)展的瓶頸。中國制造大而不強，主要瓶頸實際上是傳感器。

本文來自對中國工程院院士尤政的專訪，主要闡述了制造業(yè)的重要性及其與傳感器產(chǎn)業(yè)的關系，文中提到一比較尖銳的問題，譬如重大項目需要用到高溫壓力傳感器，你用國產(chǎn)的，出了問題，你要擔當責任，買國外的出了問題沒事。

文末，尤政院士建議傳感器應上升到國家戰(zhàn)略，認為靠市場規(guī)律中國傳感器產(chǎn)業(yè)很難發(fā)展起來：

1.傳感器需要上升到國家戰(zhàn)略，因為傳感器不是靠市場規(guī)律就可以做的，需要國家行為和市場行為結合起來，這是傳感器行業(yè)的特點。2.把重點突破和行業(yè)整體水平提升相結合，既需要世界知名的百年老店，同時為提高我國整體傳感器的水平，也需要有若干專精特小企業(yè)共同支撐。3.進行市場競爭和政府引導相結合。在國內(nèi)若干地區(qū)建立若干基 地，進行人才培養(yǎng)等。傳感器不好做，需要聯(lián)合。

詳細觀點見下文。

專家檔案

尤政 ，中國工程院院士，華中科技大學校長。機械電子專家。

來源：《電子產(chǎn)品世界》| 迎九

1 我國制造業(yè)的特點

1.1 中國制造的新環(huán)境和新使命

制造業(yè)是立國之本、興國之器、強國之基。我國非常重視制造業(yè)的發(fā)展，從***總書記到李克強總理的很多論述中，講了工業(yè)化的重要性，推動中國制造向中國創(chuàng)造轉變，中國速度向中國質(zhì)量轉變，以及中國產(chǎn)品向中國品牌轉變，李克強總理也講了打造實體經(jīng)濟的這一根本基礎。

1.2 我國制造業(yè)的三個歷史階段

我國制造業(yè)曾經(jīng)歷過三個發(fā)展階段(如圖1)，第一階段是從建國初期到 1978 年，即改革開放前，我們還是取得了比較好的成績，形成了較為獨立完整的科學體系。

這還是很重要的，因近年來東歐經(jīng)濟崩潰的主要原因是沒有完整的工業(yè)體系，而我國有一套獨立完整的體系， 例如從材料、加工一直到裝備是齊全的，我們什么都不缺，而東歐一些國家當時受前蘇聯(lián)影響，只能生產(chǎn)某個中間部分，因此經(jīng)濟受到制約，所以當時老一輩革命家還是非常英明的，我們才發(fā)展到今天。

1978 年改革開放以后到 1990 年，我們告別了工業(yè)產(chǎn)品短缺時代， 即買東西再不需要券了，而俄羅斯有些地方至今還是憑券供應。

第三是 1990 年以后到 2010 年，此時產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大。

1.3 目前制造業(yè)大而不強，不可持續(xù)發(fā)展

2010 年以后，我國在世界制造業(yè)的比重占第一位，成為工業(yè)制造的第一大國。但我們還要看到，我們的制造業(yè)大而不強、不可持續(xù)發(fā)展這一問題。

原因之一是我們自主創(chuàng)新能力不強，基礎比較薄弱。尤政院士是搞衛(wèi)星的，曾聽總裝部長介紹，我們衛(wèi)星 85%實現(xiàn)了國產(chǎn)化，但是還有 15%沒有國產(chǎn)化的部分，花費了 80%的錢。

第二，我們處于價值鏈的低端。去年尤政院士陪院長去了鄭州富士康，鄭州富士康有 30 萬人，一年生產(chǎn) 1.5 億部手機，但利潤只占到 整個利潤價值的 5%多一點，可見幾十萬人創(chuàng)造的利潤很低。

第三是生產(chǎn)經(jīng)營效率不高。2011 年我國制造業(yè)增加值率只有 21.5%， 而世界發(fā)達國家往往在 35%以上，可見差距比較大。

第四是產(chǎn)業(yè)結構不合理。我們基本上是資源密集型、勞動力密集 型企業(yè)，而技術密集型和服務密集型的企業(yè)太少了。最近一項調(diào)查顯示，美國波音公司的產(chǎn)值中，服務型制造業(yè)的產(chǎn)值占實體型制造業(yè)的產(chǎn)值比例約為 6：4，可見波音服務型比例很高，超過實體制造經(jīng)濟。

第五是產(chǎn)品質(zhì)量問題突出。中國制造和低質(zhì)量可能是劃等號的。所以習總書記講要從中國制造向中國質(zhì)量轉變很重要，其他國家可能不存在這個問題。

另外，我們國家制造業(yè)的的戰(zhàn)線拉得比較長，從 20 世紀的 50 年 代到 21 世紀初都有。一位領導人曾說，外國人到中國來訪問，去看什么經(jīng)濟，看你到什么地方，到了好地方，像歐洲；差的地方像非洲。這說明我國地域差距特別大，很難用“工業(yè) 4.0”還是“工業(yè) 3.0”，就能把中國的經(jīng)濟全部能夠拖動，這還是要跟中國的國情來結合。

1.4 面臨三個新的國際問題

第一是發(fā)達國家的高端制造業(yè)回歸本土。去年美國公布了美國制造業(yè)振興的計劃，很多高新技術的研究機構不再像以前公布規(guī)劃了，實際上我們很多的研究以前是跟蹤型，現(xiàn)在美國在前面走著卻把燈關了， 就等于我們前面看不到美國在干什么，所以我們要花更多的時間去摸 索、探索新技術。

第二，發(fā)展中國家低端制造業(yè)成本競爭的優(yōu)勢特別明顯。所以近來在東莞的很多企業(yè)，設備剛到就封上了門，又轉移到越南和印度去了。因為以前這些高端制造業(yè)對于勞動力的依賴性還是比較強的，我國是中等水平的制造業(yè)者特別多，因為我們的大學畢業(yè)生特別多，而之前的制造業(yè)對人的素質(zhì)要求比較高，在中國社會比較適合，而現(xiàn)在機器人的自動化程度比較高，對人的依賴性在下降，那么更低一點層次的人也可以從事制造業(yè)。因此有些制造業(yè)往東南亞/越南轉移，相當于釜底抽薪。

另外我們國家的發(fā)展最后還要受到資源和環(huán)境的雙重約束。以前發(fā) 達國家的重要發(fā)展期里，也是以資源和環(huán)境作為代價的，但是在現(xiàn)在 的條件下，中國要發(fā)展是不可能去走這樣的路的，這也是面臨的新問題。所以我國制造面臨著內(nèi)憂外患。

1.5 中國經(jīng)濟的利好因素

但是我們也非常有信心中國的經(jīng)濟能夠發(fā)展好，主要也有三條理由。

第一，第三次工業(yè)革命給中國制造業(yè)帶來了“機會窗口期”。第一次工業(yè)革命是動力革命，第二次革命是電子革命，這兩次革命中國都處在很貧困的時期，是一個看客，我們在慢慢跟。

那么第三次工業(yè)革命，中國是一個重要的參與者，而且盡管中國的機械制造業(yè)還是比較落后的，但是我們的信息業(yè)比較發(fā)達，所以信息化和工業(yè)化進行融合的過程中，中國客觀上還是完全有成為強國的機遇。

第二，我們的城鎮(zhèn)化為消費升級提供了巨大的市場空間。我們現(xiàn)在有 2 億城市人口與 2 億城鎮(zhèn)之間的人口，其他就是農(nóng)民了，城鎮(zhèn)人/城市人和農(nóng)民最大的區(qū)別在于消費結構，農(nóng)民主要是消費自留地，稍微有一點點消費就夠了；而城鎮(zhèn)/城市人要消費工業(yè)品。

預計到 2020 年， 我們的城鎮(zhèn)人口可能會翻一倍，將來達到 8 億，因此比現(xiàn)在的市場要 翻一倍。這么巨大的市場為我們工業(yè)的發(fā)展會帶來重要機遇。

例如，在上一次經(jīng)濟危機時，德國之所以能挺過去，主要是通過汽車工業(yè)救了德國經(jīng)濟，所以很多國家和中國形成戰(zhàn)略合作，看中的是中國巨大 的市場，如果我國巨大的市場對我國的經(jīng)濟沒有推動，我們就失敗了。

所以內(nèi)在發(fā)展是我們把握機會的一個重要砝碼，馬凱副總理聽取尤政院士的“中國制造 2025”匯報時指出，你們有那么多指標，我最關心的一個指標是到 2025 年時，中國的汽車制造業(yè)能不能用上中國 60%的機床?因我們現(xiàn)在的機床對我國的最大制造業(yè)——汽車業(yè)貢獻率不到 5%。

為什么?就是我們的車床無故障工作時間是 700~800 小時，國外是 9000 小時，所以別人的車床一年修一次，我們的每個月都得修。假設一分鐘一輛車的過程是不太可能的，從經(jīng)濟角度不可能用你的。

那么， 為什么中國的機床只有 800 小時？因為關鍵的核心基礎件——電機、軸 承等是別人的，別人的技術數(shù)據(jù)我們沒有，你怎么有信任呢？所以這是我們的問題，我們必須從市場的角度來帶動我們的實體經(jīng)濟，包括物聯(lián)網(wǎng)等。

所以在傳感器行業(yè)，傳感器的同仁要團結起來，把中國制造的傳感器搞上去，才能真正借助于物聯(lián)網(wǎng)的成功，使我們的市場走到世界的前列。

第三，我們經(jīng)濟體制的改革也加速了我們制造業(yè)的轉型升級。例如清華在一些政策出臺后的 2016 年 1 月到 8 月間，技術轉移的收入大有 6 億元，而以前高校的技術和工業(yè)界沒法合作，因為不能賣，不能有產(chǎn)權，因此互相都是提防著，現(xiàn)在已經(jīng)可以技術出售和競價了，老師可以拿 70%(筆者注：最近一些政策是高?？蒲谐晒D化收益的 70% 可劃歸個人)，所以大家的積極性也提高了，以前偷偷出去辦公司的老師發(fā)現(xiàn)自己的公司上不了市，現(xiàn)在又回來拿錢把專利買回來了。

因此有序的機制轉移促進了經(jīng)濟發(fā)展。諸多國家的改革政策都會為我們的經(jīng)濟護駕保航，所以現(xiàn)在中國制造業(yè)擔負著最新的使命，也是我們偉大中華復興夢一個具體的體現(xiàn)，我們要成為制造業(yè)大國，要成為世界制造業(yè)的中心，我們的強國夢才能真正得到實現(xiàn)。

1.6 各國制造業(yè)的發(fā)展動態(tài)

當然不光是中國，美國也在強調(diào)制造業(yè)回歸，德國、日本也有計 劃(如表 1)。美國人已經(jīng)明確表態(tài)，2017 年要奪回制造大國和強國的 地位。所以我們面臨的環(huán)境還是很惡劣的。

2015 年 3 月 25 日，我們頒 布了《中國制造 2025》行動綱領，實際上中國的整個工業(yè)從“工業(yè) 2.0” 補課，“工業(yè) 3.0”普及，到“工業(yè) 4.0”的示范已經(jīng)全面地鋪開(如 表 2)。

2 傳感器內(nèi)涵及特點

中國制造是和傳感器緊密相關。例如智能制造里有傳感器九條龍， 諸如軌道交通傳感器一條龍，新能源汽車傳感器一條龍等。傳感器屬于基礎零部件的一部分，傳感器非常重要，王大珩先生有個著名的論斷：傳感器是工業(yè)的基石、性能的關鍵和發(fā)展的瓶頸。

我們由大變強的主要瓶頸實際上是傳感器，它本身也有些特點，例如量大面廣，我們產(chǎn)值很高，但是面很寬，具體到每家企業(yè)來說并不是特別大。

第二起到了承上啟下的作用，對下游產(chǎn)業(yè)起著重要的推動作用。第三是三化程度高，適于專業(yè)化大批量生產(chǎn)，這給通用化、標準 化、系列化生產(chǎn)提供了前提。

傳感器也兼有材料密集型、勞動密集型 和技術密集型的特點，但低端基礎件耗材、耗能、技術含量較低，競爭激烈;而高端基礎件則是技術密集型。例如普通的水表電表可能更多的時候是勞動密集型產(chǎn)品。

另外，在世界上也有個趨勢，發(fā)達國家的 低附加值零部件產(chǎn)業(yè)逐漸往外轉移，實行全球采購，例如我國的水表電表是世界第一大國，約占世界產(chǎn)量 70%~80%以上。

我國的傳感器產(chǎn)業(yè)和我國制造業(yè)的狀況幾乎是一樣的特點：

1.產(chǎn)業(yè)規(guī)模進入了世界前列。我們有很多是世界排在第一的，但大都是中低端產(chǎn)品。

2.我們的產(chǎn)業(yè)布局基本形成，什么傳感器都有。

3.中低檔 產(chǎn)品基本滿足市場需求，通過合資和自己研制，基本能滿足國內(nèi)需求， 嚴格地說還存在供給過剩的問題。

4.通過多年的研發(fā)，我們的研發(fā)能 力顯著進步，有一些高端傳感器已經(jīng)做到了樣機階段。

當然我們面臨的問題也一樣。

首先，產(chǎn)業(yè)集中度低，中低檔產(chǎn)能過剩，原因是我們沒有形成產(chǎn)業(yè)集群，沒有在產(chǎn)品聚集、地區(qū)聚集上 做好，產(chǎn)品很分散，提到一個產(chǎn)品不知道在什么地方，但是在國外， 很可能一類傳感器相對集中在一座城市或者一家大公司里，就比較容 易形成規(guī)模效應。

其次，研發(fā)和自主創(chuàng)新能力比較薄弱，核心技術受制于人，我們的很多傳感器是買國外的傳感器元件，拿來組成一個系統(tǒng)，并沒有自己去研發(fā)傳感部分。

第三是行業(yè)共性技術研究缺位。在國外甚至現(xiàn)在的美國也有一些高端戰(zhàn)略技術是國家出錢研究的，有國家研究院和一些公共的實驗條件是國家承擔的，我們國家以前也有，不過在 1995 年以后基本上由于體制改革，這些企業(yè)都不承擔國家的責任，跑到市場經(jīng)濟的前沿去了， 這對我國傳感器行業(yè)的進步還是影響很大的，特別是高端傳感器，比如高溫壓力傳感器，你用國產(chǎn)的，出了問題，你要擔當責任，買國外的出了問題沒事。

如果我們有國家的機構，能夠去按照客觀的測試辦法來進行測試，由測試機構來擔當使用的責任，那么我們的大企業(yè)就會愿意去用，這樣才能促進國有企業(yè)的發(fā)展。

最后是政策缺位。我們國家的建設重點主要是在整機上面，補貼整機較多，對元器件的補貼很少。因為有首臺戰(zhàn)略，但沒有首個傳感器戰(zhàn)略。建議傳感器方面，如果你要去購買國外的，你要拿出 1/3 的價格建立傳感器基金，如果你的產(chǎn)品能夠替代國外產(chǎn)品，那么用戶買一件國貨國家可補貼 1/3，所以兩個 1/3 可從經(jīng)濟和市場角度能起很大的作用。

2.1 傳感器技術發(fā)展趨勢

傳感器技術的發(fā)展也有幾條。

第一，產(chǎn)品技術與智能化技術相互融合的水平相結合，數(shù)據(jù)的處理、無線信號的傳輸、自校準技術已經(jīng)很普遍了。

另外，傳感器變成模塊化、組合化、集成化得到高度重視。以前一個傳感器不能解決的問題，通過多個傳感器的模塊化組合可以來解決了。過去我們看一個物體的特性是靠單一化的指標，現(xiàn)在通過多指標來確認你的環(huán)境特征。

第三，高性能和環(huán)保成為行業(yè)的主題，因為我們是后來者，不可能按照以前的老路再走一遍，所以我們要重視性能和環(huán)保問題。

最后，新材料、新工藝的使用是傳感器革命性的進步。比較典型的是 MEMS 傳感器，如果用硅來做，通常做到 400~600℃就到極限了， 但是碳化硅把性能可提高到 1200~1800℃，因此隨著材料技術的進步， 對我們行業(yè)技術的發(fā)展可能是顛覆性的。

傳感器的智能化、無線化等體現(xiàn)在哪幾個方面?微型化 MEMS 技術集成化怎么去做產(chǎn)量的融合？最后還有多樣化等等，需要各種各樣的先進技術的使用。

所以從傳感器的發(fā)展技術路線圖看，從分立式的傳感器到機械式的集成傳感器、MEMS 傳感器，將來可以做到單片集成傳感器、無線傳感器，一直到最后的 iSensor(智能傳感器)。

如果我們從另外一個維度——信息技術的維度看(圖 3)，摩爾定律預言集成電路(IC)上可容納的晶體管數(shù)目 每 18 個月就翻番，到目前為止，我們已接近特征尺寸的極限，在進行 “超越摩爾定律”的探索，即從系統(tǒng)的角度走，把傳感器、電源、信 號傳輸?shù)鹊纫黄鸺?，我們的發(fā)展空間還很大，增長的速度會很高， 這可能是行業(yè)很重要的一個發(fā)展方向。

所以從需求和信息獲取的技術 進步來看，傳感器和微系統(tǒng)技術都是革命性的和顛覆性的技術。

2.2 MEMS 傳感器

MEMS 傳感器和 IC 芯片最大的區(qū)別，MEMS 是可動結構，利用微納加工技術同時加工出機械結構和電路系統(tǒng)。

我們最早做 MEMS 時，總以 為 MEMS 結構像制造業(yè)是由零件組成的，實際上不是，它是通過工藝很復雜的轉動和平動，都是用一個零件，所以與以往是根本不同的。

當然我們還有自校準等工藝和設計是不一樣的，所以從 MEMS 技術出現(xiàn) 了以后，整個世界都在小型化，從微能源到生物、射頻等領域都在 MEMS 化、小型化的改造。

例如 1995 年時聽說智能灰塵，大家覺得這個不太可以，但是到了前年(2014 年)，美國已經(jīng)應用了智能灰塵，只有 5 毫克重，1.2 立方毫米，上面有厚膜電池、超級電容器、太陽能電池、陀螺儀、紅外傳感器、振動傳感器，還有激光通訊等，這么小小一個東 西，有這么多功能，反映了微系統(tǒng)或傳感器發(fā)展的未來前景很大。

當然 MEMS 傳感器技術的特點也有幾條。

首先是微型化、低成本、 功耗低、高可靠。像我們現(xiàn)在做的 MEMS 陀螺儀，最高可以做到每小時 1°，稍微差一點的，每小時 10°，成本大概不到一千元。

但是我們現(xiàn)在有的國內(nèi)廠子在做，每小時 30°的陀螺儀現(xiàn)在還賣到五萬元一支， 一年也就生產(chǎn)兩三百只，所以一個硅圓片上的 MEMS 產(chǎn)品數(shù)量就接近該企業(yè)一年的產(chǎn)量。這是顛覆性技術的特點。

第二點是高精度。陀螺儀現(xiàn)在國外可以做到每小時 0.01°，如果它能夠?qū)崿F(xiàn)的話，基本上光纖陀螺也沒了，如果現(xiàn)在的加速器可以做 到 3×10-8g，這不僅僅是高精度。

另外還有芯片級原子鐘，現(xiàn)在歐洲已經(jīng)可以買了，一千歐元就可以買到 1 小時內(nèi)阿倫方差 10-13 的芯片 原子鐘，使 GPS 的導航精度大大提高。我們現(xiàn)在的時鐘大概是 10-6、 10-9 到 10-13，半年校準一次，也有每周校準一次的。

另外是高集成。國外有 2 公斤的衛(wèi)星就可以把姿態(tài)回歸軌道全部解決，還有相控陣雷達的陣列可以做到導彈里。所以 MEMS 技術精準度可以很高。

MEMS 還有一個技術特點——高性能，例如微硅慣性器件(陀螺/加 速度計)可以承受 20 萬 g 的過載，而我們有些武器系統(tǒng)能打得很遠， 但是過載很大，10 萬 g 時傳感器不能用了，但 MEMS 傳感器可以用，

為什么?從物理上，根據(jù)牛頓第二定律：F=ma，m(物體質(zhì)量)變小了，所以它的破壞力變小了。

另外，硅的機械常數(shù)等特性要比鐵、鋼高得多， 也會提升性能。最近一家美國公司介紹其智能片，使所有的發(fā)動機片廠都有傳感 和無線信號的布局，所以發(fā)動機一開，所有發(fā)動機的參數(shù)都可以傳出來，它可以抗惡劣環(huán)境，溫度最高耐 1800℃，壓力超過 300 個標準大 氣壓，沖擊接近 5 萬 g 都能工作，反映了現(xiàn)在傳感器和智能化的水平之高超。

在武器裝備方面，美國稱 90%的 MEMS 器件可對武器制造改進，最新資料顯示火箭彈已經(jīng)可以改造了，每小時 5°的陀螺儀可以做進去了; 世界上最小的導彈——長矛已經(jīng)出現(xiàn)，只有 771 克，長 42.7 厘米，直 徑 40 毫米，射程 2 公里，殺傷半徑 10 米，放在槍上就可以射擊，把復雜的導彈已經(jīng)微縮到變成槍流彈的水平。

當然更多打法還是在制導子彈，子彈可以轉彎了。這些都源于傳感器，特別是 MEMS 技術帶來的進步。

在汽車行業(yè)，需要約三百多個傳感器，高檔車約有 80%可以用 MEMS 技 術來做。物聯(lián)網(wǎng)更是依賴于傳感器，物聯(lián)網(wǎng)最底層的技術就是信息傳感采集技術，比如智能停車場，生產(chǎn)的智能管理，還有環(huán)境的監(jiān)測，醫(yī)療資源的調(diào)配等，這些都是和 MEMS 相關。

MEMS 傳感器應用非常廣泛，醫(yī)療方面，從拍攝、便攜式、可穿戴 式到植入式大概有 45 億美元的市場，治療糖尿病需要測眼壓，可以做在博士倫等隱形眼鏡上，像美國的智能鞋可以掃雷，走過之后地雷就出來了，還有很多編織物，例如衣服可以傳感人的信息，還有各種各樣的可穿戴電池、能發(fā)電的鞋子、腦信號/腦控服務機械設備，還有芯 片上的器官/肺/腎等會出現(xiàn)。

最新穎的是通過電腦陣列可以讀人—— 把這個人的存儲器讀了。另外是消費電子，消費電子大概有 30 億美元 的市場規(guī)模，各種各樣。

2.3 我國傳感器發(fā)展

傳感器的發(fā)展還是從兩個維度解決：技術的推動和市場的需求。國內(nèi)的 MEMS 主要集中在科研院所和大學(表 3)，真正完全的單片層的 MEMS 傳感器技術中國還沒有。原因是這涉及到一系列的研究突破。

好在最近我們還是有所進步，我們已有一批中試線、生產(chǎn)線、代工線和 產(chǎn)業(yè)公司(表 4)。

經(jīng)過 20 年的奮斗，我們的 MEMS 傳感器已處于曙光階段。尤政院士也是淄博高新區(qū) MEMS 研究院院長，介紹了在淄博投資 3 億元建立的 6 英寸與 8 英寸兼容的生產(chǎn)線，加速度計和陀螺儀產(chǎn)品已下線。

微納制造、器件與系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新中心是由教育部的清華、北大、上交大、東南大學等六所高校，以及航空、航天、兵器等部委的 研究所共同在淄博開展項目的研發(fā)。

3 對“核心傳感器技術”上升為國家“制造強國”、“工業(yè)強基”戰(zhàn) 略的建議

1.傳感器需要上升到國家戰(zhàn)略，因為傳感器不是靠市場規(guī)律就可以做的，需要國家行為和市場行為結合起來，這是傳感器行業(yè)的特點。

2.把重點突破和行業(yè)整體水平提升相結合，既需要世界知名的百年老店，同時為提高我國整體傳感器的水平，也需要有若干專精特小企業(yè) 共同支撐。

3.進行市場競爭和政府引導相結合。在國內(nèi)若干地區(qū)建立若干基 地，進行人才培養(yǎng)等。傳感器不好做，需要聯(lián)合。

歐洲有歐盟 MEMS 系統(tǒng)聯(lián)盟，提供微系 統(tǒng)加工一站式服務，設計、加工、工藝、測試、應用是一體的。歐洲是分布式的，不是一家獨干的。

歐盟有很多小國可以做好，咱們社會 主義制度，也一定能做好。

審核編輯 黃宇