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1 傳(chuan)感(gan)器及儀器儀表行業发展現状

1.1　相關定義及行業分類
傳感器（sensor）是指能感受被測(ce)量並按照一定的規律轉换成可用輸出(chu)信號的器件或裝置，通(tong)常由(you)敏感元件（sensing element）和轉换元件（transducing element）組成(cheng)。其中，敏感元件指傳感器中(zhong)能直接感受或響應被測量的部分(fen)。轉换元件指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被(bei)測量轉换成(cheng)適於傳輸或測量的電信號部分。当輸出為規(gui)定的(de)標準信號時，傳(chuan)感器也被称為變(bian)送器（transmitter）。

儀器(qi)儀表（instrument或instrumentation）是指用以檢出、測量(liang)、觀察、計算各種(zhong)物理量、物質成分、物性參数等的(de)器具或設備，廣泛應用於工(gong)業生產(chan)、科(ke)研(yan)檢測、環境监測等多(duo)個领域。温(wen)度變送器、壓力變送器、流(liu)量變(bian)送器、分(fen)析(xi)儀表、實驗室(shi)儀(yi)表、工控機、控(kong)製系統、可(ke)编程(cheng)序控製器（PLC）、分散控製(zhi)系統（DCS）、現場总線(xian)控製系統(tong)（FCS）、執行系統、工業通信系統等均屬於儀器儀(yi)表範(fan)畴。这(zhe)些儀表產品承载着工業(ye)過程中的数據采集、信(xin)號轉换、實時监控等(deng)關键功能。 在(zai)過程控製领域中，儀表系統的構成通常遵循統一的功(gong)能框架(jia)。

在國民經濟行業分類(lei)體(ti)系中，儀器(qi)儀表產業(ye)作為製造業的重要支撐领域，按照科學的分(fen)類標準(zhun)被劃分為9個中類、20個小類(lei)，覆盖了从基礎測量到專業應用的全產(chan)業鏈(lian)条。 通用儀器(qi)儀表(biao)作為應用最廣泛的分類，包括(kuo)工業自動(dong)控製系統裝置、電工儀器儀表、绘圖計算(suan)及測量儀器(qi)、實驗分析儀器(qi)、試驗機、供應用儀器(qi)儀表(biao)以及其他通用儀器，廣泛服務於工業生產、能源管理、科研檢測等基(ji)礎领域。專用儀(yi)器儀表則针對特定行業和專業應用(yong)领域，包括環境监(jian)測專用儀器儀表、運輸設備及(ji)生(sheng)產用計数儀表、导航測绘(hui)氣(qi)象及海洋專用儀器、農林牧渔專用儀器儀(yi)表、地(di)質勘探和地(di)震專用儀器、教學專用(yong)儀器、核子及核辐射(she)測量(liang)儀器、電子(zi)測量儀(yi)器以及其他專用儀器。

1.2　重要作用

随着第四次工業革命(ming)的到來，世界(jie)開始進入数字化和智能化時代。在智(zhi)能化的发展過(guo)程中，首先要解決的就是要获取準(zhun)確可靠的数據(ju)和信息，而傳感器及儀器儀表(biao)正是获取自然和生產领域中数據和信息的主(zhu)要途径與手段。这些精密的測量裝置已(yi)廣泛應用於(yu)工業控製、環境监測、医疗诊(zhen)断等(deng)多個领域。 許多(duo)科學研究(jiu)的障碍，首先就(jiu)在於對象信息的获取存在(zai)困难，而一些新機理和高灵敏度的檢測傳感器的出現，往往會导致该领(ling)域内的重大突(tu)破。一些傳感器的发展，往往是一些边缘學科開发(fa)的先驅。从温(wen)度、壓力、流量到光學、化(hua)學傳感等各種類型的儀器，其创新都在驅動相關產(chan)業的進步。因此，傳感器及儀器儀表技術是現代科(ke)技的前沿技術(shu)，在高端(duan)裝備製造、新能(neng)源、生(sheng)命科學等战(zhan)略性產業中发挥着基礎支撐作用。 著(zhu)名科學家王大珩院士(shi)指出，機器是改造世(shi)界的工具(ju)，儀器儀表是認(ren)识世界的(de)工具。儀器儀表是工業生產的倍增器，是科學(xue)研究的先行官，是军事上的战鬥力，是現代社會活動的物化法(fa)官。不言而喻(yu)，儀器儀表在当今時代推動科學(xue)技術和國民經濟的发展具有非常重要(yao)的地位。

傳(chuan)感(gan)器及儀器儀表技術是一門融合材料學、力學、電學、磁學、微電子學(xue)、光學、聲學、化學、生物學、精密機械、仿(fang)生學、測量技術(shu)、半导體技術、計(ji)算機技術、信息處理技術等衆多學科的綜合(he)性领域。该技術還涉及系統(tong)科學、人(ren)工智能、自動(dong)化技術等前沿方向(xiang)，屬於典(dian)型的高新技術密集型產(chan)業。 在工業應用(yong)中，傳感器與儀器儀(yi)表廣泛服務於製造業、能源、交通運輸、環保监(jian)測、医疗诊断等關键领域，是(shi)實現工業自動化和智能化的基(ji)礎環節。

我國工業正面臨轉型升(sheng)級、提質增效的關(guan)键阶段。在(zai)这一发展背景下，新一代信息技術與工業的深度(du)融合實(shi)現了一種全新的生產方法。通過数(shu)字化、網絡化、智能化的系(xi)統整合，實現了工廠和企業之(zhi)間業務流程上的縱向網(wang)絡集成，企業上下游之間的橫向集成，以及產品全生命(ming)周期(qi)的价值鏈集成。这種(zhong)融合推動了製造業生(sheng)產組織方式的根本變革。 智能傳感器及(ji)儀器儀表作為信息產業的源头和重要組成(cheng)部分，在这(zhe)一轉變中扮演(yan)着基礎性角色。它們(men)通過實時采集、傳輸、分析工業数(shu)據，為生產決策提供支撐。

1.3　國家政策支持
鉴於傳感器及儀器儀表行業在國民經濟发展(zhan)中的重要(yao)作用，國家近年來推出了一系列相(xiang)關政策大力支持行業技術研究和產業发(fa)展。
2013年，國務院辦公厅印发了《國務院關於推(tui)進物聯網有序健康发展(zhan)的指导意见》，其中着重提出“加強低成本、低功耗、高精度、高(gao)可靠、智能(neng)化傳感器的研发與產業化，着(zhe)力突破(po)物聯網核心芯片、软件、儀器(qi)儀表等基礎共性技術，加快(kuai)傳感器網絡、智能終端、大数據(ju)處(chu)理、智(zhi)能分析(xi)、服務集成等關(guan)键技術研发(fa)创新”。同年，工信部(bu)、科技部(bu)、財政部、國標委組織(zhi)聯(lian)合印发了《加快推進傳感器及智(zhi)能化儀器儀表產業发展行動(dong)計劃》，並先后在工業(ye)领域、文物(wu)保護裝備领域開展了產業(ye)化及應用專項行動，取得(de)很好的带動效應。此外，发改委、工信部(bu)等(deng)14個部(bu)門(men)聯合印发10個物(wu)聯網发展專項(xiang)行動計劃，其(qi)中對傳感器的发展提出(chu)了明確的目標和要求。

2015年，國務院印(yin)发了(le)《中國製造2025》，其中提出要“突破(po)新型傳感器、智能測量儀表、工業控製系(xi)統、伺服電機及驅動器和减速器等(deng)智能核心裝置”。
2016年，國務院印(yin)发了(le)《“十三五”國(guo)家战(zhan)略性新興產業发展規劃》，其中把傳感器及儀器儀表(biao)產業(ye)作為“推動(dong)智能製造關键技術裝備邁上新臺阶(jie)”、“超前布局战略性產業，培育(yu)未(wei)來发展新優勢”等工作的(de)重要内容。同年，工信部(bu)、发改委、中國工(gong)程院聯合印发了《发展服(fu)務型製造(zao)專項行動指南》，促進製造業由生產型製造(zao)向服務(wu)型製造轉變。其中提出，引导(dao)製造業企業實施產品全生(sheng)命周期管理（PLM），重點支持企業通過設備跟蹤系統和網絡服(fu)務平臺進(jin)行远程监測、故障(zhang)诊断、远程維修、趨勢预測(ce)等在線支持服務。而这(zhe)些服務都需要在生產製造和產品運維的全過程部署大量智(zhi)能傳感器，實時提供数字化服(fu)務。

2017年，工信部(bu)印发了《智能傳感器產業三年行動指南(nan) （2017-2019年）》，指出智能傳(chuan)感器及儀器儀表市場應用正呈現爆发(fa)式增长態勢，已成為決定未來信息技術產(chan)業发展的核心與基礎之(zhi)一，已成為发達國家和跨國企業布局的战略(lve)高地。產業总(zong)體目標要求(qiu)：到2019年，我國智(zhi)能傳感器產業取得明顯突破，產業生態(tai)较為完善，涌現出一批(pi)创新能力较強的國际先進(jin)企業，技術水平稳(wen)步(bu)提升，產品結構不断優化，供給能力有(you)效提高(gao)。
除了以上(shang)提(ti)到的政策文件以外，早(zao)在1998年，國(guo)家(jia)自然科學基金委就設立了科學儀器基礎研究專項。2011年，“國家重(zhong)大科研儀(yi)器設備研製專項”和“國家重大科學儀(yi)器設備開发專項”設立(li)，分別由國家自然科學基金委和(he)科(ke)技部管理，一個负責原(yuan)创性的儀器研(yan)究，一個负(fu)責工(gong)程化和產業化。在这些科研計劃的支持下，我國儀(yi)器技術研究與(yu)產品開发已初见成效。以科技部“重大科學儀器設備(bei)開发重點專項(xiang)”為例，“十二五(wu)”科學儀器專項共安排項目208個，目前已全面進入(ru)驗收阶段，有些成果已(yi)具備批量生產能力，得到了推廣應用。“十三五”期間，科學儀器專項共安排項目142個，目前正處於關键技術攻關和工程化樣機研(yan)製阶(jie)段。

1.4　行業发展現状及存在問題
傳感器將是未來萬物互(hu)聯的核心基(ji)礎。当前，全球信息技術发展正處於跨界融(rong)合、加(jia)速创新、深度調整的(de)历史時期，呈(cheng)現萬物互(hu)聯、萬物(wu)智能(neng)的新特征。智能製(zhi)造、工業互聯(lian)網、人工智能(neng)等(deng)新技術和新生態的興起，推動全(quan)球生產方式和消費模式的重大改(gai)變，市場應用呈現爆发式增(zeng)长(zhang)態勢。从第(di)三方数據顯示2018年中國傳感器市(shi)場(chang)規模在2400億元(yuan)，同(tong)比增长11.6%，2019年(nian)將持續(xu)保持增长態勢進行提升。

发達工業國家都把傳感(gan)器及儀器儀表技術列為國家发展战(zhan)略。美國(guo)早在(zai)80年代就聲称世界已進入傳感器時代，日(ri)本工商界人(ren)士聲称“支配了傳感器技術就能(neng)够支配新時(shi)代”。世界(jie)技術发達國家對開发傳感器技術都十分(fen)重視。美、日、英、法、德和独聯體等國都把傳感器技術列為國(guo)家重點開发關键技術之一(yi)。正是由於世(shi)界各國(guo)普遍重視和投入開发，世界(jie)傳感器技術和(he)應用发展十分迅速。
傳感器及儀(yi)器儀表產品門類和品種規格(ge)繁多，據(ju)不(bu)完全統計有12大類(lei)，42小類，6000多品種(zhong)，20000多(duo)種規格。这也导致我國產業发展呈現兩大(da)趨(qu)勢：一是创新驅動发(fa)展，實現了高灵敏度(du)、高適應性、高(gao)可靠性，並向(xiang)嵌入式、微型化(hua)、模块化(hua)、智能化、集成化、網絡化方向发展；二是企業形態呈集團化垄断和精細化(hua)分工(gong)的有機結合，一(yi)方面(mian)大公司通過兼並重組，逐步(bu)形成垄断地位，另(ling)一方面(mian)小企業則向“小（中）而(er)精、精而專、專而(er)強”方向发展。

目前(qian)，我國傳感器及儀器(qi)儀表(biao)行業已形成門類品種比较齊全、布(bu)局比较合理、具有一定技術(shu)基礎和生產(chan)規模的產業體系。作(zuo)為发展中國家中規模最大(da)、產品品種最齊全、綜合實力最強的傳感器及儀器儀表生產國，我國在(zai)國际儀器儀表市(shi)場中具有一定的地位，在工業控製、汽车電子、環境监測、医疗诊断等多個领(ling)域得到廣泛應用(yong)。 經過(guo)近几年國家政策支持，我國一批(pi)企業具備(bei)了一定的規模和技術實力，逐步實現从代工向自主品(pin)牌(pai)的轉變。自主研发能力不(bu)断提升(sheng)，在設計、製造、封裝等環節(jie)產生了一批创新成(cheng)果，部分(fen)技術领域打(da)破了國际垄断，有效縮小了與发(fa)達(da)國家的技術差距。

我國傳感器及儀器(qi)儀表(biao)產業虽然得到了快速发展，但與國外(wai)的(de)差距仍然较大，主(zhu)要(yao)體現在：
（1）科(ke)技创(chuang)新及其產業化進展缓慢；
（2）關键核心技術匮乏，低水平重复异常(chang)突(tu)出；
（3）行業发展(zhan)不平衡不充分，低端產品面臨更(geng)加激烈竞争，中高端產品整體发(fa)展不平衡(heng)，高端產品(pin)被國外长(zhang)期垄断；
（4）產品稳(wen)定性和(he)可靠性长期得不到根本性解決；
（5）大量進口對產業发(fa)展造成较大不(bu)利影響等。

2 行業標準化需求和進展

2.1　新時期(qi)行業標準(zhun)化需求

標準化工作长期以(yi)來在(zai)技術與開发、科研與生產、市(shi)場(chang)與需求、供應與采辦、政府與企業(ye)之間，充分(fen)发(fa)挥着"橋梁"和"纽带"的重要作用，是(shi)推動(dong)傳感器和儀器儀表技術進步及其產業发展的重要基礎。在当前智能製(zhi)造、工業互聯(lian)網、人工智能(neng)技術快速(su)发展的時代背景下，工信(xin)部和國標委印发了《國家智能製造標準體系建設指南》，其中在"BA智能裝備(bei)"分類下的"识別與傳(chuan)感"领域（如(ru)圖1所(suo)示）明確了傳感器等相關(guan)標準的(de)重要地位。同時，工信部和國標委還印发(fa)了《工業互聯網綜合標準(zhun)化體系建設(she)指南》，在"平臺(tai)"分類下的"数據采集"方向（如(ru)圖2所(suo)示）也涵盖(gai)了傳感器和儀器儀表的標(biao)準化需求。此外，國家標(biao)準化部門正在製(zhi)定《國家新一代人工智能標準(zhun)體系建設指(zhi)南》，在"B平臺(tai)/支撐"分類下的"智能感知與互聯"範畴(chou)内（如(ru)圖3所(suo)示），進(jin)一步強化了對傳感器及儀器儀表(biao)技術標準的關注。

圖1 智能製造標準體(ti)系結構圖

圖2 工業互聯網參考(kao)架構

圖3 人工智能(neng)標準體系結(jie)構

圖2.2　行業標準化現状分析

目前(qian)，我國傳感器及儀器儀(yi)表行業與傳感器相關(guan)的技術標準共有約540余(yu)項。主要包(bao)括：

（1）敏感元件層面：熱(温)敏、光(guang)敏、壓(ya)敏、湿(shi)敏(min)、氣敏、磁敏、力敏、离(li)子敏(min)、生物敏、放射(she)線敏、纖維光學敏感(gan)器等十多類(lei)80余項器件(jian)標準(zhun)；

（2）產(chan)品層面：温度、流(liu)量、壓力、物(wu)位、機械量、分析、顯示、記錄、調節、執(zhi)行、變送、電單、氣單等二十多類360余項產品通用(yong)技術条件標準；

（3）系(xi)統層面：系統評估、功能安全、通(tong)信安全、物理安全、環境測試五(wu)類40余項(xiang)方法標準；

（4）集成層面(mian)：物理層規範、接口(kou)、功能(neng)块、設(she)備(bei)行規等十多類30余項基礎標準。

上述標準涉及的標委(wei)會主要包括： SAC/TC78（半导體器件）、SAC/TC103（光學和光學儀器）、SAC/TC104（電工儀器儀表）、SAC/TC124（工業過程測量控製和自動化）、SAC/TC159（工業自動化系統與集成）、SAC/TC284（光辐射(she)安全和激光設備）、SAC/TC338（測量控製和實驗(yan)室電器設備(bei)安全）、SAC/TC419（儀表(biao)功(gong)能材料）、SAC/TC526（實驗室儀(yi)器及設備(bei)）、機械工業儀(yi)器儀表元器件標準化技術委員會等等十几個標委會和行(xing)業归口單位。

面(mian)向新時(shi)期智能製造、工業互聯(lian)網、人工智能等對傳(chuan)感器及儀器儀表標準(zhun)化工作的迫切需求，近年來，機械工業儀器儀(yi)表綜合技術經濟研究所和全國工業(ye)過程測量控製和自動化標準化技術委員會（TC124）組織行業專家(jia)初步構建了智能傳感器標準體系（如(ru)圖4所(suo)示）。从基礎標準、方法(fa)標準和產品標準三個層面進行了標準規劃，已製定物聯網(wang)和智能傳感器相關標準近20項（如表1所(suo)示），很好地促進了(le)傳感(gan)器及儀器儀表领域標準化的发展。

圖4 智能傳感器標準體系
表1 物聯網和智能傳感器(qi)相(xiang)關標準

3 未來技術发展方向和建

議3.1　未來技術发展方向

目前(qian)，國外傳感器產品技術发展趨勢是應用微機械(xie)和微(wei)電子相結合的MEMS工藝、新(xin)材料、高(gao)精度补偿技術和高可靠性設計技術(shu)，使傳感器產品逐(zhu)步(bu)向集成化、智能化、微型化(hua)、可移(yi)動、多樣化(hua)方向发展。

（1）集成化：一種是(shi)同類(lei)型多個傳感器的集成，即同一功能的多個(ge)傳感元(yuan)件用集成工藝在同一平面上排列，組成(cheng)線性傳感器(qi)。另一(yi)種是多功能(neng)一體化，如(ru)几種不同的敏感元器件製作在同一硅片(pian)上，製成集成化多功能傳(chuan)感器，集成度高、體积小(xiao)，容易(yi)實現补偿和校正，是当前傳感器集成(cheng)化发展的主要方向(xiang)。

（2）智能化：智能傳感器这一概念(nian)是由國外引進的，通常定義為：带有微處理(li)器，具有信息處理和通(tong)信(xin)功能的傳感器。處(chu)理(li)功能包括：自(zi)標定(ding)、自采集(ji)、自补偿、自檢驗、自處理、自存(cun)贮、自決策、自優化等功能；通信功能包括雙向通信、標準化数字(zi)輸出或符號(hao)輸出功能，即其輸出不再是單一的模擬信號，而(er)是經過微處理器后的数(shu)字信號。

（3）微型化(hua)：随着各應用(yong)领域发展的需(xu)要，要求傳感器本身的體积越(yue)小越(yue)好。傳感器的微(wei)型化(hua)是指敏感元件的特征尺寸為mm→μm→nm類(lei)傳感(gan)器。这類傳感器具有尺寸上的微型性和性能上的優(you)越性(xing)，要(yao)素上(shang)的集成性和用途上的多樣性，功能上的系(xi)統性和結構上的复合性。其製備工藝涉(she)及等。傳感器將MEMS技術、IC技術、激光(guang)技(ji)術、精密超(chao)細加工技術引入傳感器的生產製造，實現了規模化生產，並為傳感器微型化发(fa)展提供了重要的(de)技術支撐。

（4）可移(yi)動：進入21世紀后，由於MEMS技術、低功耗的模擬和数字電路技術、低功耗的无(wu)線射頻（RF）和无線傳感網技術的发展，克服了節點(dian)资(zi)源限製，並满足(zu)了傳感器網絡擴展性、容错性等要求，使得開发(fa)小體积、低成本、低功耗(hao)的(de)无線微傳感器成為可能。无線通信及組網技術的发展，可使大量(liang)傳感器通過網絡構成智能(neng)化、协同工作的信息感知系統，从而提(ti)高了傳感器的分布(bu)式、大面积信息探測能力(li)，使傳感網的(de)實現成為可能(neng)。

（5）多樣化：新材料技術的突(tu)破加快了多種新型(xing)傳感器的涌現。新型(xing)敏(min)感材料是傳感器的技術基礎，材料技術研发是(shi)提升性能(neng)、降低成本和技術(shu)升級的重要手(shou)段。除了傳統的半导體材料(liao)、光导纖維(wei)等，有機(ji)敏感材料、陶瓷材料、超导、納米(mi)和生(sheng)物材料等成為研发熱點，生物(wu)傳感器、光纖傳感器、氣(qi)敏(min)傳感器、数(shu)字傳感器等新型傳感器(qi)加快涌現。

3.2　行業发展措施建議

根據《智能傳感器產業三年行動指南(nan) （2017-2019年）》的总體目標要求，针對行業現存(cun)的自主核心技術薄弱、高端產品(pin)缺乏、產品可靠(kao)性差、科技创新及其產(chan)業化進(jin)展缓慢等問題，提出傳感器及儀器儀表行業下一步重(zhong)點发展(zhan)措施建議如下：

（1）完善傳感器及儀(yi)器儀表公共服(fu)務平臺建設，推動(dong)科技创新和產業(ye)相結合。進一步完善技術(shu)研发、標準、知识產(chan)權、檢測及公共服務能力(li)，借鉴(jian)文物(wu)裝備、医疗儀器(qi)等專項組織(zhi)模式，主配牵手、產需對接(jie)，助力產業(ye)持續发展。

（2） 建設傳感(gan)器及儀器儀表创(chuang)新中心，助力行業高質(zhi)量发展。建設创新中心，攻克可靠性、稳定性、高精度、封測工(gong)藝(yi)、批量化校準等(deng)共性技術难(nan)題，形成一批具有知识產權和核心竞争力的關键(jian)技術成果，研发適用於消費電子、工業、農業(ye)、交(jiao)通、生物医疗等行業的量大面廣智能傳感(gan)器(qi)以及面向航天航空、深(shen)海探測等特(te)殊應用的智能傳感器產品，培养一批复合型(xing)创新人才(cai)骨干，設計與製造技術達到國际水(shui)平(ping)。2018年7月國家智能傳感器创新中心在上海(hai)启動，專注傳感器(qi)設計集成技術、先進(jin)製造及封測工藝等技術创新。

（3）培育傳感器及儀器儀表(biao)龍头企(qi)業，提升解決方案供給能力和水平。龍头企業擁有強大(da)的(de)生產、市場和技術能(neng)力，在產業鏈中充当着核(he)心企業(ye)或系統集成商的角色，是產業(ye)生態成长的關键力量。以龍头企(qi)業牵引(yin)，面(mian)向消費(fei)電子、汽车電子、工業(ye)控(kong)製、健康(kang)医疗、文物保(bao)護、節能環保等重點(dian)行業领域，開展智能傳感器及儀器儀表應用示範。

4 总結

下一(yi)步傳感器及儀器儀表行業將根據兩化融合的发展需求(qiu)，以及技術(shu)发展趨勢和產業存(cun)在的主要問題，統(tong)筹規劃傳感器及智能(neng)化儀器儀表產業发展，整合現有资源，突出重點，標準引(yin)领，通(tong)過政策和资金的支持，充分发(fa)挥企業的主體地位和作用，着(zhe)力增強自主创新能力(li)，攻克(ke)基礎共性(xing)和高端核心技術，實現(xian)整個產(chan)業的高質量发展。