新一代智能制造最本質(zhì)的特征是其信息系統(tǒng)增加了認(rèn)知和學(xué)習(xí)的功能，傳感器是信息技術(shù)的支柱，是實(shí)現(xiàn)信息和現(xiàn)實(shí)之間交流的方式，體現(xiàn)了信息技術(shù)發(fā)展的重要方向。微系統(tǒng)可以應(yīng)用在五大領(lǐng)域：物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療與健康監(jiān)護(hù)、智能手機(jī)、汽車行業(yè)、機(jī)器人行業(yè)，這些技術(shù)在我國產(chǎn)業(yè)化估計(jì)還需3-5年時(shí)間。

制造業(yè)在我國發(fā)展非常迅速，我國是全球制造業(yè)行業(yè)最完整的國家。國家對(duì)制造業(yè)也非常重視，制造業(yè)是立國之本，興國之器，強(qiáng)國之基。我國的制造業(yè)有幾大特點(diǎn)，一是有巨大市場(chǎng);二是門類齊全，有獨(dú)特的體系;三是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的進(jìn)程和國際同步啟動(dòng)，未來下一步的工業(yè)革命核心技術(shù)，也和國際的新興技術(shù)處于同一個(gè)起跑線。

智能制造

中國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，取得了歷史性的成果，但是對(duì)以下幾點(diǎn)我們要有清醒的認(rèn)識(shí)：第一，自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)、基礎(chǔ)薄弱，比如說芯片80%以上依賴進(jìn)口，2018年用匯3213億美元，超過石油。第二，產(chǎn)業(yè)整體處于價(jià)值鏈中低端。第三，經(jīng)營效率不高，勞動(dòng)生產(chǎn)率不高。當(dāng)然，還有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的問題、質(zhì)量的問題等。

以集成電路為例，我國還沒有一家集成電路企業(yè)進(jìn)入世界前30強(qiáng)，沒有大的產(chǎn)業(yè)來支撐需求。另外，我國集成電路各品種占比非常小，都是5%以下，應(yīng)用種類高端部分的芯片占有率很低，只是在通信領(lǐng)域里占比稍高，計(jì)算機(jī)、通用電子領(lǐng)域占比都是0-5%。

實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，有兩點(diǎn)非常重要，一是工業(yè)強(qiáng)基，要有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二是中國的制造業(yè)要從并跑走到領(lǐng)跑的階段。我們的高端領(lǐng)域是什么呢？就是智能制造，要用更高的技術(shù)追求來改造現(xiàn)有企業(yè)的發(fā)展，智能制造是新一輪工業(yè)革命的核心驅(qū)動(dòng)力，也是真正意義上的工業(yè)4.0，第四次工業(yè)革命。

傳統(tǒng)制造業(yè)其實(shí)是解決人力不足的問題，到了數(shù)字化、數(shù)控時(shí)代，機(jī)器可以按照人的設(shè)定來進(jìn)行工作，有了信息系統(tǒng)。到了智能化時(shí)代，機(jī)器按照人設(shè)定的目標(biāo)，自己完成整個(gè)加工行為。這里很重要的一環(huán)是要有足夠的信息，通過認(rèn)知和學(xué)習(xí)，產(chǎn)生思維，同時(shí)通過傳感器對(duì)產(chǎn)生的動(dòng)作進(jìn)行檢測(cè)，是否達(dá)到了最后目標(biāo)的要求。在未來的智能制造里，傳感器和信息的獲取、信息的處理，是同等重要的。

傳感器是信息技術(shù)的支柱，也是實(shí)現(xiàn)信息和現(xiàn)實(shí)之間交流的方式，體現(xiàn)了信息技術(shù)發(fā)展的重要方向。集成電路的發(fā)展有兩個(gè)重要分支，一是傳統(tǒng)的垂直方向，就是線寬，而且投資巨大，基本上是上千億的動(dòng)作。另外一個(gè)方向是現(xiàn)在正在做的，未來的超越摩爾的方向，不追求速度最快，也不追求存儲(chǔ)容量最大，追求系統(tǒng)功能最強(qiáng)。好像是全能冠軍，把傳感器、執(zhí)行器、處理器加軟件一起做，以解決問題作為導(dǎo)向來做集成電路，這是國際目前主要的發(fā)展方向。

智能微系統(tǒng)

微系統(tǒng)的五大要素是微電子、光電子、MEMS、算法、架構(gòu)。智能微系統(tǒng)能夠做什么事呢？2018年，美國一位教授做了世界上最小的無人機(jī)叫“殺人蜂”，技術(shù)總結(jié)有三大特點(diǎn)，第一是小，在那么小一個(gè)地方可以實(shí)現(xiàn)飛行、攻擊作用;第二是智能化，人去抓它的時(shí)候可以自動(dòng)躲避;第三是可以自動(dòng)瞄準(zhǔn)和攻擊，帶10克的炸藥，通過人臉識(shí)別，可以把目標(biāo)炸死。這里有兩項(xiàng)技術(shù)是比較特殊的，第一項(xiàng)是微機(jī)電系統(tǒng)，也就是微系統(tǒng)技術(shù)，把機(jī)件結(jié)構(gòu)做到芯片里去。

MEMS和微系統(tǒng)最大的特征是結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)不是由零件來組裝的，它的可靠性非常強(qiáng)。從1996年開始，美國構(gòu)筑了這個(gè)技術(shù)的十大應(yīng)用，現(xiàn)在十大應(yīng)用的科研任務(wù)在我國都已經(jīng)完成了，還在產(chǎn)業(yè)化過程中。

國際上對(duì)微系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)分，從各種各樣的行業(yè)應(yīng)用，到它們的系統(tǒng)集成，不一而足。全球都把微系統(tǒng)作為集成電路發(fā)展的重要方向，美國也提出了“雙百”計(jì)劃：體積縮小100倍，功能提高100倍。全世界最小的導(dǎo)彈可以放在槍上發(fā)射，殺傷半徑10米以內(nèi)。更可怕的是，以后子彈也可以制導(dǎo)，不用瞄準(zhǔn)，子彈自動(dòng)到目標(biāo)那里去了。這些都是由于傳感器做小后的結(jié)果。

在工業(yè)應(yīng)用中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的溫度、工況測(cè)不出來，它的溫度800度以上，壓力超過300個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，所以測(cè)量都是把機(jī)器放在外面，通過外面來估計(jì)里面的情況。美國現(xiàn)在可以把傳感器做進(jìn)機(jī)器，很好地控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工況。據(jù)MEMS的首席專家介紹，通過工況控制可以提高燃?xì)饽軝C(jī)的效率5%到8%。

總結(jié)技術(shù)的五大應(yīng)用，第一是物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)三大技術(shù)：信息傳感采集微系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)、服務(wù)管理技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)的幾大應(yīng)用，包括停車場(chǎng)的管理、工廠的管理，環(huán)境的監(jiān)測(cè)、醫(yī)療的進(jìn)步，都是基于傳感器的，信息、圖像不能只靠輸入的信息，而是更多依賴傳感器。

第二大應(yīng)用是醫(yī)療。醫(yī)療器械從臺(tái)式到便攜式，下一步就是穿戴式的和植入式的。便攜式的已經(jīng)用到了微系統(tǒng)，穿戴式的和植入式的一定要用到微系統(tǒng)，沒有微系統(tǒng)不行，2018年有45億美元的市場(chǎng)。最典型的是糖尿病治療儀，裝在身上就可以自動(dòng)平衡胰島素，還有對(duì)眼睛的測(cè)量，把眼壓傳感器裝在博士倫眼鏡上，戴著眼鏡一天的眼壓就記錄下來了。還可以在腦子里植入一個(gè)芯片，控制動(dòng)作，這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。

第三大應(yīng)用是智能手機(jī)。之所以蘋果能打敗諾基亞和愛立信，是由于它的智能化，而智能化是基于傳感器的。蘋果3代用了8個(gè)傳感器，這8個(gè)MEMS器件占了手機(jī)利潤的30%左右。到了蘋果5代以后，一共有60多個(gè)傳感器，實(shí)際上大部分的利潤空間都被傳感器替代了。手機(jī)的傳感器越來越多，智能化水平越來越高，造就了這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。最典型的是麥克風(fēng)的市場(chǎng)，MEMS麥克風(fēng)出來以后，95%的市場(chǎng)被其替代。

第四大應(yīng)用是汽車。汽車?yán)镉?00多個(gè)傳感器，其中80%可以用MEMS來做，特別是網(wǎng)聯(lián)汽車、智能汽車，又產(chǎn)生了一批新的傳感器，比如激光雷達(dá)，各種各樣防碰撞的、防疲勞的系統(tǒng)，如果不用MEMS做，那么傳感器的價(jià)格和車的價(jià)格比例會(huì)達(dá)到50%以上。激光雷達(dá)的價(jià)格約為7萬-8萬元，用MEMS傳感器價(jià)格僅1000元左右，MEMS支撐了汽車工業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。

最后一大應(yīng)用是機(jī)器人。機(jī)器人之所以能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，是因?yàn)樗膫鞲衅鞣浅Ｐ?，傳統(tǒng)的傳感器不可用。這個(gè)行業(yè)進(jìn)口偏多，2018年該行業(yè)有30億美元的市場(chǎng)。

這些就是微系統(tǒng)技術(shù)的五大驅(qū)動(dòng)力。我們從1995年開始跟蹤上述技術(shù)，從技術(shù)角度看，我國和美國處于相當(dāng)?shù)乃?，但在我國產(chǎn)業(yè)化估計(jì)差3年到5年的時(shí)間。

本文根據(jù)尤政院士在國家制造強(qiáng)國建設(shè)專家論壇（寧波）上的主題演講速記稿整理而成。