我國首個(gè)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(dòng)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(duì)其能耐受的溫度、濕度、酸堿度也有不同的個(gè)性化要求，功耗和尺寸也會(huì)受到嚴(yán)格限制，比方說零下60℃極端環(huán)境就是個(gè)極大的挑戰(zhàn)。
《<中國制造2025>重點(diǎn)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。”中國石化智能工廠建設(shè)試點(diǎn)單位——燕山石化信息部部長劉彥波在接受記者采訪時(shí)，并不認(rèn)同這些坊間流傳的觀點(diǎn)，“我們的智能工廠里用的基本都是國產(chǎn)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(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(cè)。生產(chǎn)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)自動(dòng)彈出界面，平時(shí)就保持黑屏，無需操作人員監(jiān)控。基于生產(chǎn)裝置運(yùn)行的高度自動(dòng)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(yùn)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(gè)環(huán)節(jié)都起到至關(guān)重要的作用。“80年代我剛到廠里的時(shí)候，確實(shí)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(cè)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(shí)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(shí)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(duì)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(duì)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。”
高端新型工業(yè)傳感器仍依賴進(jìn)口
我國首個(gè)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(dòng)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(dòng)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(jì)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。”相關(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(gè)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(diǎn)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(diǎn)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(yàn)一個(gè)國家工業(yè)體系是否完善的關(guān)鍵性因素。”曾經(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(duì)此更有發(fā)言權(quán)。“工業(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。”楊超告訴記者，“早期，我國智能制造設(shè)備大都是從國外進(jìn)口，造價(jià)很高。后來國內(nèi)設(shè)備企業(yè)引進(jìn)、消化之后，實(shí)現(xiàn)了自主生產(chǎn)，但是為了選型的方便以及設(shè)備運(yùn)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(jià)格自然不菲，比方說德國SICK的一對(duì)激光監(jiān)測(cè)傳感器就要7～10萬元。不過，和整體設(shè)備的價(jià)格相比，還是占比較少的份額。”楊超說，“實(shí)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(duì)于民用來說，工業(yè)環(huán)境對(duì)傳感器的要求更高，從穩(wěn)定性、精度、運(yùn)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(fèi)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(dòng)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(shí)時(shí)通信，還要足夠精準(zhǔn)，像民用領(lǐng)域的‘丟包’是絕對(duì)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(duì)其能耐受的溫度、濕度、酸堿度也有不同的個(gè)性化要求，功耗和尺寸也會(huì)受到嚴(yán)格限制，比方說零下60℃極端環(huán)境就是個(gè)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(cè)傳感器、安全傳感器、焊接縫追蹤傳感器、觸覺傳感器等。
面對(duì)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?xiàng)钇娣逑蛴浾呓ㄗh，不要追求大而全，而是應(yīng)該針對(duì)具體應(yīng)用需求，集中優(yōu)勢(shì)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(gè)價(jià)格就高達(dá)10萬元。”
楊奇峰說，“力覺傳感器是用來檢測(cè)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(shì)。在尚未成熟的細(xì)分市場，我國企業(yè)機(jī)會(huì)更多，不妨提前布局。”
同時(shí)，智能制造正定義出一個(gè)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(dòng)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(shí)際上，我們也不能僅僅把眼光局限于傳感器的生產(chǎn)本身。”林雨提出，“對(duì)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。”