厉害了!我国成为全球物联网产业最活跃地区

 中国电子报、电子信息产业网  作者:郭源生
发布时间:2017-07-28
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  近年来,我国高度重视物联网产业发展,取得显著成效。自2009年提出“感知中国”以来,物联网已被认定为国家战略性新兴产业,大力推进其发展。在各级政府主导和产业界的努力推动下,产业高速增长,规模迅速扩大,成为全球物联网产业发展最活跃的地区。

  我国陆续实施了“物联网专项”、“强基工程”、“智能制造专项”等一系列产业政策,培育了不同体制的研发机构和公共服务等配套体系,促进了产业生态体系建设与完善,推进了我国新型工业化发展战略的实施,为产业结构调整和转型升级发挥了积极作用。

  目前,我国已经初步形成芯片、元器件、设备、软件、系统集成、运营、应用服务等完整的产业链,并培育出一大批基础技术扎实、应用创新能力强、品牌优势突出、行业影响力大,市场竞争特色明显、人才聚集良好的产业龙头和领军企业。

  形成物联网架构体系

  物联网作为一种形式多样的复杂系统,涉及了信息技术自上而下的每个层面,具有产业链条长、涉及领域广泛、应用场景复杂等特征。围绕物联网架构搭建产业上下游协同关系,可带动产业链的整体发展。例如每个物体上都要加装一个甚至多个芯片,为集成电路、通信设备、传统制造业等关联产业带来发展新机遇。

  从整体上来看,物联网可分为软件、硬件两大部分。软件体现了其思想理念、系统规模、功能定位、模式创新、方案内容等技术应用的灵魂,犹如人体血液一样,贯穿了整个物联网各个物理层。

  硬件包括平台,由符合设计要求和功能的所有物理实体构件组成了完整的系统结构。我国基础研究集中在软、硬件关键核心技术的突破上,并将感知、传输、处理及信息安全列为关键技术创新工程。内容主要围绕微处理芯片、敏感元件与传感器、光通信、无线通信、计算机控制、多媒体、网络、软件等技术领域,取得基础理论与应用技术的突破和成果。

  业界普遍认为,物联网产业链最长,产业关系最复杂。其构成包括敏感元件与传感器、微处理芯片、网络服务、软件及应用开发、系统集成、应用设备供应、运营及服务、用户等7个环节。另外,在产业链中还有围绕着政府机构、行业监管者、科研机构、测试认证商、管理咨询服务商等市场应用及服务机构。目前,我国已经初步形成了物联网架构体系。

  第一是敏感元件与传感器、微处理芯片提供商。主要有力敏、磁敏、光敏、气敏、声敏、温湿度、生物敏、RFID等各种类型的敏感元件与传感器和传感设备;微处理芯片提供商可分为各种类型的通信、微处理、存储、导航、模拟放大等芯片和模块的设计、封装、销售等,以及提供各种相关产品生产的设备制造厂商。目前,该领域的市场化能力、专业化技术水平,特别是在产业化规模生产的工艺技术和高端产品生产上,经过努力取得了较大进展。

  第二是系统应用设备及产品生产提供商。主要集中在数据采集智能终端装置与设备、移动终端设备、专业化服务器、网络设施与配套设备,包括电子标签、读写器模块、读写设备、读写器天线、智能卡、交换器、路由器、中间件等系统集成提供商。目前,国内企业数量较多,但以中小企业为主。

  第三是网络服务提供商。以固网和移动通信网为主,其他诸如互联网、电信网、广电网、专用网以及其他网络等,都属于物联网数据传输的支撑和服务提供商。目前,国内主要是移动、联通、电信三大电信运营商。随着新一代移动通信技术的创新与发展,结合集成电路水平的提升,未来会有更多的局域网络运营与服务商,为物联网数据信息传输提供更多的支持与选择。

  第四是软件设计与应用开发商。主要是针对特定行业应用的通用软件和专用软件开发企业,包括中间件接口软件,提供专业性软件产品及解决方案。主要包括平台结构控制系统、网络操作系统、嵌入式操作系统、实时数据库、运行集成环境、信息安全软件、中间件接口软件、组网通信软件等产品开发商。

  第五是系统集成商。根据行业特征需求,为客户提供完整解决方案、商业模式创新和管理流程再造的硬件和软件系统集成厂商。系统集成商的水平与能力,一方面反应了物联网的专业化技术发展水平,另一方面也是影响行业应用和市场推广的重要因素。

  第六是运营及服务提供商。主要是为客户提供统一的终端设备鉴权、计费等服务,实现终端接人控制、终端管理、行业应用管理、业务运营管理、平台管理等服务。目前,我国运营及服务市场开放性和资源持有各方的协同性不够,相互信任度不高。未来,随着物联网市场应用范围的不断扩大和成熟,运行状态、升级维护、故障定位、维护成本、运营成本、决策分析、数据保密等运营管理的需求将越来越多,对运营及服务提供商的要求也将逐渐提高。

  第七是用户方。主要是政府职能部门和公共资源持有者。其对物联网的认知、认可和迫切程度,特别是投资规模、系统功能、技术标准、商业模式、运行维护等决定着市场应用的发展与走向。

  以上七大方面构成了物联网产业链中的上下游主体,存在着相互关联与协同关系,是物联网产业创新发展的关键,也决定着产业的市场需求与发展。

  物联网共性技术基础与创新

  随着智慧城市、节能减排两大战略目标的确立,在庞大的市场需求牵引与带动下,我国物联网应用创新不断涌现,渗透到了人们日常生活的每一个环节,形成了强大的创新推动力,商业与服务模式日新月异。此间,挖掘以基础技术为主体、以应用技术为纽带的产业“共性技术”是决定物联网能否可持续发展的关键。

  另外,从物联网技术架构和产业链来看,共性技术也是影响和制约产业发展和创新应用的“新瓶颈”。集中表现在共性基础技术、数字编码技术、通信协议与标准技术、云计算与存储技术、大数据分析模型与算法等五个方面。

  在众多共性基础技术中,物联网对传感器技术的依赖和迫切程度尤为突出。在物联网系统中,传感器处于连接被测物体的接口位置,成为信息获取并输入的“窗口”,承担着感知并获取被测物体的一切数据信息,为物联网系统提供控制、处理、决策、执行所必须的原始数据,决定着物联网系统的功能。

  传感器可直接也可间接接触被测对象,是大数据的主要构成和来源。毫不夸张地讲,没有传感器就没有大数据。许多物联网的设计或特定功能因难以获取被测信息而无法实现,成为影响物联网技术提升和应用发展的最大障碍。

  通俗地讲,如果把人比拟为一个完整的信息系统,那么,五官和皮肤就是传感器,承担着信息获取功能;通信就是神经网络系统,承担信息传递功能;大脑思维器官就是计算机,承担信息认知、处理、再生功能;四肢等效应器官承担信息执行功能。

  如今,传感器技术作为战略竞争制高点,被认为是衡量一个国家科技水平的重要标志,已成为各国高度重视和争相发展的基础核心技术之一。传感器产业被国际公认为是具有发展前景的高技术产业,以其技术含量高、经济效益好、渗透力强、市场前景广等特点为世人瞩目。

  西方发达国家正是依仗传感器技术及应用,才拉开了与其他国家高技术应用及武器装备产业发展水平的差距,不难想象两个信息获取不对称的装备和人进行对垒,其结果是怎么样。

  传感器不仅能够精准地探知宏观和微观世界,也可感知我们人类生命体征,获取人体各种生理参数指标,如血糖、血脂、血氧、脉象、心电、脑压、脑电、体温等大数据信息。通过对不同人群健康样本分析模型进行对比,就能够形成完整的“智能化”与“智慧”健康管理系统,满足各类人体健康管理需求。

  这种样本分析模型就是物联网技术创新的难点和关键,也是“智能化”与“智慧”的最大瓶颈,是创新的目标、任务与方向,还是传感器本身迈向智能化需要解决的核心问题。随着物联网广泛应用,传感器技术的战略意义也更为突出。

  当前,甚至今后几十年内,在影响和改变着世界经济格局和人们生活方式的十大科技领域中,传感器名列首位。这些传感器技术有些已经存在,更多的正在到来或即将来临,可称之为传感器革命。

  之所以称为传感器革命,是因为在信息化过程中,传感器自身也会发生质的变化,不断涌现出新原理、新技术、新工艺、新材料等创新类技术和产品。

  未来传感器重点发展的三大技术是MEMS工艺技术;数字化、网络化、智能化技术;能量捕捉技术(即微能量获取技术)。重点推广的应用领域包括军事工业、装备制造、物流、生态环境监控(森林防控)、移动医疗、智能家居等。

  目前,全球传感器约有2.6万余种类型,随着新材料技术和敏感机理的创新,新品种和类型会不断出现。我国约有1.2万多种,不足全球的1/2,大多为常规类型和品种,在医疗、科研、微生物、化学分析等特种高端领域仍有大量品种短缺或空白。传感器技术正在快速向多功能、技术复合与集成,以及微型化、模块化、数字化、智能化、系统化、网络化发展。

  全球从事传感器研制与生产厂家约为6500多家,其中美国、欧洲、日本均超过1000家、俄罗斯800多家,其它国家和地区2700多家。在市场销售方面,美国居首位,占总销售额的35%,日本约占20%,德国约占15%。三国的销售总额占据了世界市场的70%。未来五年,传感器市场增长率将超过15%(仍然是高增长行业)。

  据行业统计和预测,我国已有1700余家企事业单位从事敏感元件与传感器的研发与生产,门类基本齐全,可产品化的达10大类、42小类、6000多个品种,年总产量超过600亿只。2014年,我国传感器销售额突破1000亿元,2015年突破1200亿元,2016年突破1300亿元。

  无论汽车、舰船、高铁、航空航天飞行器,还是移动终端、机器人,都是多技术融合与聚集的“平台”,也是安装传感器的“平台”,其性能的优劣取决于装了多少个传感器和安装了什么类型的传感器。

  例如机器人有内、外传感器之分,内传感器就是内部关节与机构之间的活动协调关系,需要通过传感器获取大量数据并传输;外传感器是通过“五官”窗口来获取环境数据信息,通过传感器获取声音、温湿度、压力、流量、磁场、气体、形态图样等各种参数指标的变化,来监控自身运行和安全状况。

  因此,安装的传感器种类与数量越多,获取外界的信息数据就越多,结合软件分析模型,其“平台”的智能化水平和“智慧”程度就越高,服务功能就越强大。正如两院院士陈俊亮所说,物联网时代正向我们走来,过去人们所幻想的万物联网、智能社会的图景,如今正随着传感技术的发展逐步成为现实。

  (作者郭源生,系工信部电子元器件行业发展研究中心总工程师 )


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:赵强
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