中国制造强国战略中有两个非常重要的方面,一是工业强基,必须有坚实的基础。二是中国制造业肯定要从并跑走到领跑的阶段,我们的高端就是智能制造。所以智能制造应该说是新一轮工业革命的核心的驱动力,也是真正意义上的工业4.0,是第四次工业革命。新一代智能制造最本质的特征是其信息系统增加了认知和学习的功能,首要条件是传感器感知、获得信息。传感器是信息技术的支柱,是实现信息和现实之间交流的一个方式,体现了信息技术发展的一个重要方向。目前我国关键基础件发展滞后,核心传感元器件受制于人,已成为制约我国工业实现“由大变强”的主要障碍。全世界都把微系统作为一个集成电路发展的重要方向,从以前的PCV版到单电集成,这是一个方向。微系统可以应用在五大领域:物联网、医疗与健康监护、智能手机、汽车行业、机器人行业。这些技术我们从95年开始跟踪,到目前为止在全国,从技术的角度看和美国处于一个相当的水平,但产业化估计还需3-5年的时间。
 
全文如下:
尊敬的周院长、郑书记、高省长,很高兴来到宁波,我近几年来了宁波七八趟,对宁波很有感情。我们团队的第一个项目是从我们课题组出去的,还有一个项目正在谈合作,也想落户宁波。
    今天我讲的题目是“智能制造与智能微系统”,智能制造是一个大的宏观的,智能微系统是一个很有前景的和智能制造相关的研究领域。这几天大家还沉浸在国庆当中,我们在新的时代,有新的地位。制造业在我们国家发展得非常迅速,在全世界,我们国家是制造业最完整的国家,所有的行业都有。国家对制造业也非常重视,是立国之本,兴国之器,强国之基。国家领导人对制造业也非常的重视。
    国庆刚过,我们还在国庆的喜悦当中。实际上我们的制造业有几个大的特点,一个是有巨大市场,第二个是门类齐全,有独特的体系。第三个是数字化网络化智能化的进程在和国际上同步启动,未来下一步的工业革命核心技术,我们是200年以来第一次和国际上的新兴技术在同一个起跑线上。
    中国的战略性新兴产业蓬勃发展,也代表了我们国家在世界的地位,应该说取得了历史性的成果,也办成了很多以前想办而没有办成的事情。这些成就我就不讲了。
    但是有几点我们要有清醒的认识。第一个,自主创新能力不强、基础薄弱,比如说芯片80%以上依赖进口,2018年用汇3213亿美元,超过石油。第二个处于价值链低端。第三个是经营效率不高,劳动生产力不高。当然还有产业结构的问题、质量的问题,特别是最近一段时间,这三个体现得特别明显,第一个是国际环境,美国的,第二个是低端制造业向成本更低的地方流动,第三个是资源环境的约束。
    我讲一下中美贸易战对我们的启示。中美贸易战的影响还是很大的,中国对美国出口5千多亿,美国对中国出口1千多亿,巨大的差异,美国采取了很多的措施,确确实实我们GDP的增长速度放慢了,不光是中国、美国,全世界都受到了很大的影响。贸易战里面对中国第一影响的还是集成电路,大家可以看出来,影响最大的实际上除了低成本的以外,高附加值的基本上集中在集成电路里面。集成电路上我们看它的商业模式里,我们还没有一家集成电路的企业进入到世界的前30强里面去,没有一个大的产业来支撑你的需求。第二个是我们的品种,从CPU、DSP等等,我们占的比重非常小,都是5%以下。第三是我们应用的种类里,高端的部分,芯片占有率很低,只是在通信领域里稍微高一点,像计算机、通用电子等都是0到5%。
    当然了,贸易战不仅仅是贸易战,贸易战的后面是科技战,所以川普的三大措施大家也看得出来,在一步一步对我们进行约束。最后还有人才战,这也是非常明显。贸易战、科技战最后落到了人才战上面,这个非常明显。
    中国制造2025和制造强国里面,有两个非常重要,一个是工业强基,要有坚实的基础。第二个我们中国的制造业肯定要从并跑走到领跑的阶段,我们的高端是什么呢?就是我们的智能制造,要有一个很高的技术的追求,同时拿高的技术追求来改造现有企业的发展。所以智能制造应该说是新一轮工业革命的核心的驱动力,也是真正意义上的工业4.0,是第四次工业革命。
    周老师讲过一个图我觉得解释得非常好,传统的制造业其实是解决人力不足的问题,到了数字化,数控的时代,就是机器可以按照人的设定来进行工作,已经有了一个信息系统。到了智能化时代的时候,是机器按照人设定的目标,自己来完成整个加工的行为。所以这里很重要的一环,我们要有足够的信息,通过认知和学习,产生思维,同时通过传感器对产生的动作进行检测,是否达到了最后目标的要求。我想在未来的智能制造里面,传感器和信息的获取、信息的处理,是同样非常重要的。
    回过头来我就讲,核心的基础,也是智能制造的核心的传感器的基础,我们经常用工业的基石、性能的关键、发展的瓶颈来进行形容。实际上确确实实,传感器也是信息技术的支柱,也是实现信息和现实之间交流的一个方式。体现了信息技术发展的一个重要方向。我在浙江受中国科学院委托,做了浙江的集成电路的规划。实际上集成电路的发展有两个重要的分支,一个是传统的垂直方向,就是线宽,而且投资巨大,基本上是上千亿的动作。而且中国和美国的差距我们自己估计是10年以上。另外一个方向是现在正在做的,未来的超越摩尔的方向,我不追求速度最快,也不追求存储容量最大,我追求系统功能最强。这个方向好像是单项冠军,长跑冠军、短跑冠军,那个方向是全能冠军,就是把传感器、执行器、处理器加软件一起做,以解决问题作为导向来做的集成电路,是国际目前主要的发展方向。集成电路的增长在10%到15%之间,微系统的发展在美国是200%到300%,它的增长比较高,利润率也比较高。微系统是把电子器件里面的微电子、光电子,MEMS,算上算法、架构,这是五大要素。
    智能微系统能够做什么事呢?在2018年的时候,美国的一位教授做了一个世界上最小的叫杀人蜂,大家可以看一下这个录像,这是一个很小的无人机,它可以飞,这个技术总结有三大特点,第一个是小,在那么小一个地方可以实现飞行、攻击的作用;第二个是智能化,人去抓它的时候可以自动躲避。第三个功能是可以自动瞄准和攻击,带了10克的炸药,通过人脸识别,可以把他炸死。这里面有两项技术是比较特殊的,第一项叫微机电系统,也就是我们讲的微系统技术,把机件结构能够做到芯片里头去,它的最大特点是机件加工,三维的机件架构,传统的集成电路是一个图形,是一个二维的图形,电子在图形中流动,形成了电路。MEMS和微系统里面最大的特征是做一个结构,这个结构不是由零件来组装的,它的可靠性非常之强。这个技术从1996年开始,当时美国人讲这是一个军民两用的技术,美国人也构筑了它的十大应用,现在这个十大应用我们科研任务都已经完成了,还在产业化过程中。
    全世界对微系统进行了细分,从对各种各样的行业的应用到它的系统集成都在做。全世界都把微系统作为一个集成电路发展的重要方向,从以前的PCV版到单电集成,这是一个方向。美国也提出了双百计划,体积缩小100倍,功能提高100倍。举一个现实的例子,我们以前发的战术导弹,以前都不制导的,现在把传感器做得很小,几十克重,在火箭弹里面就可以制导了。而且出现了全世界最小的导弹,放在枪上发,两公里,杀伤半径10米以内,这个非常小。更可怕的是,以后子弹也制导,都不用瞄准,子弹自动到你那去了。这都是由于传感器做小了以后带来了。
    同样在工业的应用,我们的航空发动机和燃气轮机,我们的温度、工况测不出来,你看它的参数,温度800度以上,压力超过300个标准大气压,冲击接近5万克,所以我们的测量都是把机器放在外面,通过外面来估计里面的东西。在美国现在已经有了,在一片上把传感器做进去,而且从人员的获取,供电、传输,变成智能的一片,可以很好的控制发动机的工况。据专家讲,MEMS的首席专家讲,通过工况控制可以提高燃气能机的效率5%到8%,这个是很厉害的。
    同时我们也总结了技术的五大应用,第一大应用是物联网,我们中国还是做得比较早,温总理在无锡就讲了,物联网三大技术,一个是信息传感采集微系统技术,第二是网络构建技术,第三是服务管理技术。我形容为我们是起了个大早,赶了个晚集,因为我们所有的技术都在网络构建和服务管理上下文章,前面的微系统技术全是买的,现在遇到了瓶颈,所以我们也是反思。
    前面的第一项所占的比重有多大呢?有很多的应用案例,美国一家著名的咨询公司讲,2018年,有1万亿美金的市场,有一个饼图来细分整个市场的情况。这个就不细讲了。
    物联网的几个最大的应用,停车场的管理、工厂的管理,环境的监测、医疗的进步,实际上都和它密切相关,都是基于传感器的,我们的信息,图像不能从输入的信息来做,而是更多用传感器来做。就不仔细讲了。
    第二大驱动力是医疗,我们的医疗器械从台式的走到便携式,下一步就是穿戴式的和植入式的。便携式的已经用到了微系统,穿戴式的和植入式的一定要用到微系统,没有微系统是做不了的,当然这个市场有45亿,2018年有45亿美金的市场。最典型的,糖尿病治疗仪,你装个东西在膀子上,就可以自动平衡胰岛素。还有眼睛的测量,把眼压传感器装在博士伦眼镜上,你戴着眼镜,一天的眼压就记录下来了。还有在你的脑子里面植入一个芯片,可以控制很多的动作,控制机械手做一些事情,这个已经取得了很大的进步。同时也出现了片上人体,片上的肝、片上的肾,当你的脏器出现问题的时候,用这些芯片暂时减压,使得受损的系统能够有康复的时间,这个做的也很多。就不仔细的讲了。
    第三大的应用就是智能手机,之所以苹果能打败诺基亚和爱立信,是由于它的智能化,智能化是基于传感器的。苹果3里面用了8个传感器,这8个MEMS器件占到了手机利润的30%左右。到了苹果5以后,一共有60多个传感器,实际上大部分的利润空间都给这些替代了。手机的传感器越来越多,智能化水平越来越高,造就了这个产业的发展。最典型的是麦克风的市场,MEMS麦克风一出来以后,95%的市场被MEMS替代了。
    第四大驱动力是汽车,汽车里有200多个传感器,其中80%可以用MEMS来做,特别是现在讲的网联汽车、智能汽车,现在又产生了一批新的传感器,比如激光雷达,各种各样的,防碰撞的,防疲劳的系统,如果不用MEMS做,你的传感器的价格可能会和车的价格占的比例是在50%以上,现在的激光雷达卖7万、8万,但是用MEMS做可能是1千块钱左右。MEMS也支撑了汽车工业的产业化。
    最后一个应用驱动是机器人,它之所以能够去服务,是它的传感器,这些传感器是非常小的,传统的传感器都不行,这个行业基本上是100%进口的偏多。2018年有30亿美金的市场。所以这是我们讲微系统技术的五大驱动力。
    这些技术我们从95年开始跟踪,到目前为止在全国,从技术的角度和美国处于一个相当的水平,但产业化我们估计差3年到5年的时间,应该说是走向高潮的前夜,也是非常希望宁波有志于做集成电路,也是工业基础比较好的地方,能在微系统领域里有更多的建树,能成为一个卡美国人脖子的一个核心技术。谢谢大家!