可穿戴設備、智能家電、自動駕駛汽車、智能機器人等設備與應用的發展也促使著數以百億計的新設備將接入網絡,萬物互聯的時代正在敲門。而作為物聯網技術最重要的數據采集入口,傳感器也將迎來巨大的發展良機。
1、傳感器成焦點
據國務院“十四五”數字經濟發展規劃,以傳感器、量子信息、集成電路等戰略性前瞻領域為著眼點,傳感器領域也成為了企業攻向的焦點。
從產業鏈來看,傳感器的上游主要為各種零部件等以支撐感知層;中游是以光傳輸、通信設備、網絡設備等構成的傳輸層;下游是應用層。下游應用領域上,信息化和智能化的加速推進,讓傳感器在智能農業、智能工業、智能交通、建筑節能、智能環保、智能電網、健康醫療、智能穿戴等領域都有著廣闊的應用空間。
全球傳感器市場在這幾年呈現出快速增長的趨勢,該市場的主要增長來自于可穿戴設備傳感器、MEMS傳感器、生物傳感器等新興傳感器。
但由于傳感器是技術密集型行業,技術壁壘相對較高,這對行業的進入者會形成一定阻礙。通常情況下,從完成技術開發、技術突破到實現規模產業化,行業新進入者至少需要五年以上時間積累。隨著市場競爭加劇,“并購整合”也成為各大企業的首選策略。
從市場格局上看,傳感器市場以愛默生、博世、西門子、意法半導體、霍尼韋爾等國外公司占據較大的市場份額,中國大陸具有一定影響力的公司有歌爾股份、華工科技、兆易創新等。
2、智能傳感器市場規模
目前,國內傳感器產業正處于由傳統型向新一代智能型發展,中國智能傳感器市場規模從2017年的792.8億元上升至2019年的928.3億元,同期國內廠商智能傳感器產值從94.9億元上升至250.7億元,國產化增速顯著高于市場整體增速,預計到2022年中國智能傳感器行業市場規模將達1179.1億元。
MEMS傳感器市場規模
MEMS即微機電系統,是一種將機械結構與電子系統同時集成制造在一顆芯片上的技術,MEMS傳感器芯片由MEMS與ASIC芯片組成,尺寸一般在微米甚至納米量級。MEMS技術逐漸成為傳感器市場主流,用MEMS技術制造的傳感器、執行器或者微結構,具有微型化、集成化、成本低、效能高等特點。受益于中國智能手機、平板電腦等消費電子類產品產量的穩定增長,MEMS產品的需求也不斷增長,使得中國已經成為全球MEMS市場中發展最快的地區。數據顯示,中國MEMS行業市場規模由2016年的363億元增長至2020年的705億元,年均復合增長率為6.9%。中商產業研究院預測,2022年中國MEMS行業市場規模將達1008億元。
CMOS圖像傳感器市場規模
CMOS圖像傳感器(CIS)是將光子轉換為電子進行數字處理,把圖像信號轉換為數字信號的芯片,主要用于在數碼相機、數碼閉路電視攝像機和數碼攝像機中的創建圖像,是數碼攝像頭的關鍵部件。隨著智能手機攝像頭的升級,以及汽車市場的高速增長,CMOS圖像傳感器市場高速發展。數據顯示,2021年國內CMOS圖像傳感器銷售額為295.4億元,同比增長19%,預計到2022年市場規模保持20%左右增長率,達到359.1億元。
3、中國傳感器亟需追趕
實際上,作為智能化的起點,傳感器是構建智能工業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。如果去剖解制造業的根基,配角之王,非傳感器莫屬。
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門類,難度有如識別滿天繁星。要理解這樣一個產業,難免讓人心生畏懼。
這也使得多年來,傳感器行業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。
中國傳感器最落后、最亟需追趕的領域——工業傳感器
從實際應用看,傳感器在軍工、民用、工業領域的情況也是大為迥異。而工業級傳感器則是迫切需要破局之道。
就工業級傳感器而言,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,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,缺乏行業應用和試錯成長的機會。
4、上下游協同,逐次釋放拉動效應,傳感器或迎來春天
上個世紀六七十年代的日本制造業,無論是彩電、汽車還是半導體,都是一邊發展工業品,同時發展上游裝備的“打仗上戰場,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,這種現象也發生在中國的新興產業。光伏和鋰電池的崛起,給中國裝備行業的發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,從2010年的100億產值,發展為當前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的拉動,密不可分。先進裝備與新興產業,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的主戰場,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展帶來了新曙光。
像國內數控系統出貨量第一的廣州數控GSK,已經開始更大規模地使用國產編碼器這種傳感器。對于國產數控系統編碼器來說,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起挑戰的時候,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,橫亙在中國制造業面前的巨大冰山已出現了裂縫。從機床到數控系統,再到傳感器,產生了一個典型三節鞭式的連動效應。企業注重設備的集成創新,其實它后面至少還跟著2-3個鏈條環節。高質量制造正在成為中國工業航母的全新推動力,緩慢地推動著工業全鏈條的轉動,逐次釋放的拉動效應已經呈現。