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意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡稱ST）是MEMS傳感器主要供應(yīng)商之一。MEMS傳感器市場近年的爆發(fā)式增長為ST帶來了豐厚的收入。在此情況下，ST正在努力尋找和培養(yǎng)新的MEMS傳感器增長點。這是為什么呢？ 雖然MEMS傳感器早在上世紀(jì)60年代初就已經(jīng)問世，但它真正的興起也只不過有十來年時間。可以說，當(dāng)年沒有人能夠預(yù)料到MEMS傳感器會以這種方式爆發(fā)。近年興起的移動設(shè)備，即以智能手機為代表的便攜式消費電子產(chǎn)品，包括平板電腦和智能手表、手環(huán)等，為MEMS傳感器提供了廣闊的用武之地。我們的每一部智能手機都離不開諸如陀螺儀、加速度計、磁力計、壓力傳感器、溫度傳感器等MEMS器件，這造就了一個龐大的MEMS半導(dǎo)體市場。 ST副總裁、MEMS傳感器產(chǎn)品部總經(jīng)理Andrea Onetti先生將移動時代產(chǎn)生的MEMS巨大市場稱作第一波MEMS浪潮，而ST正是這波浪潮的主要受益者之一。然而，ST擔(dān)心這第一波MEMS盛宴的高潮已過。原因有兩個。首先，全球智能手機的出貨量已經(jīng)停止增長，而曾被寄予厚望的可穿戴設(shè)備市場并沒有如期爆發(fā)。其次，新上市的移動設(shè)備中并沒有配置更多的MEMS器件。也就是說，移動設(shè)備市場已經(jīng)趨近飽和，而且MEMS器件在移動設(shè)備中的應(yīng)用也基本飽和，消費類MEMS市場規(guī)模不再增長。更糟糕的也許是，隨著更多供應(yīng)商的加入，消費類MEMS器件的利潤會遭受侵蝕。 在這種情況下，作為一家先進的MEMS傳感器廠商，ST有必要尋找和培養(yǎng)下一個MEMS市場增長點。在Onetti先生看來，智能工業(yè)應(yīng)用將啟動大量MEMS傳感器需求，促成下一波MEMS應(yīng)用浪潮。 智能工業(yè)或智能制造，在歐洲稱作“工業(yè)4.0”，中國稱作“中國制造2025”。智能工業(yè)是最近特朗普政府挑起的貿(mào)易戰(zhàn)、科技戰(zhàn)的核心戰(zhàn)場，可見該領(lǐng)域的戰(zhàn)略重要性。MEMS傳感器很幸運，它又成了場上主力隊員。因為智能工業(yè)設(shè)備，包括智能汽車，首先必須能夠隨時感知自身所處的環(huán)境，所以它們需要各類傳感器。 Onetti先生指出，與消費類市場不同的是，工業(yè)傳感器的后裝市場潛力巨大。雖然目前新上市的智能設(shè)備出貨量有限，但現(xiàn)存的工業(yè)設(shè)備數(shù)量龐大，而我們不可能像扔掉舊手機一樣扔掉這些舊設(shè)備，而是要對它們進行升級改造。據(jù)他估算，全球潛在的智能工業(yè)設(shè)備市場的總規(guī)模在10億臺左右。 
圖1：既有設(shè)備和新裝設(shè)備通過不同的通信方式實現(xiàn)智能化 與消費類市場相比，工業(yè)市場對傳感器的要求很不相同。消費類市場對成本和功耗敏感，而對于壽命和可靠性的要求則不甚苛刻。工業(yè)市場則不同，它對成本不甚敏感，但對壽命和可靠性則要求極嚴(yán)。工業(yè)設(shè)備所處的環(huán)境通常十分惡劣，尤其是溫度變化幅度巨大，傳感器的性能需要在變化的環(huán)境中保持穩(wěn)定可靠。還有，工業(yè)設(shè)備的服役時間往往長達十年以上，這要求工業(yè)傳感器經(jīng)久耐用。 此外，當(dāng)同一類傳感器應(yīng)用在不同領(lǐng)域時，我們對它的性能要求也可能是不一樣的。Onetti先生舉例說，當(dāng)用于采集人類語音信號時，MEMS麥克風(fēng)的頻率響應(yīng)范圍一般是20Hz至2kHz。但是，當(dāng)它要應(yīng)用在機器對機器（M2M）環(huán)境中時，我們要求它能夠收集高達80kHz的音頻信號。 Onetti先生介紹說，在工業(yè)傳感器領(lǐng)域，ST具有自己獨特的優(yōu)勢。ST擁有自己的廠房，可以完全控制MEMS產(chǎn)品制造過程，具備研發(fā)、生產(chǎn)和測試流程完全控制的能力。ST可以針對工業(yè)市場的特殊要求對傳感器進行精度校準(zhǔn)和性能優(yōu)化，保證產(chǎn)品的可靠性和長壽命。此外，ST的大規(guī)模產(chǎn)能為穩(wěn)定的供貨提供了保障。Onetti先生強調(diào)，針對工業(yè)市場的需求，ST已經(jīng)做出了鄭重的承諾：所有在工業(yè)類產(chǎn)品的生命周期超過十年。 ST提供各種類別的MEMS傳感器，包括多種運動傳感器，以及溫濕度、壓力和聲音傳感器等等。針對工業(yè)應(yīng)用，ST首先著力于運動傳感器，比如Onetti先生重點介紹的ST最新高精度傾角計。 傾角計的原理是三軸加速度計。傾角計早已應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，例如用于貨物搬運的叉車。現(xiàn)在，ST提升了傾角計的精度，使它能夠應(yīng)用到新的場景，例如設(shè)備自動安裝。Onetti先生說，這種設(shè)備安裝過程是由電腦自動控制的，甚至是遠(yuǎn)程遙控的，它可以知道設(shè)備在安裝的整個過程中是否符合安裝流程，是否安裝到足夠的精度，以及在安裝過程中遇到了什么異常。要達到自動安裝標(biāo)準(zhǔn)，傾角計的精度必須很高，而ST最新的IIS3DHHC MEMS傾角計就可以做到。
圖2：高精度傾角計可實現(xiàn)更多應(yīng)用，如設(shè)備自動安裝 除了運動傳感器，ST還在布局其他種類的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MEMS傳感器，以實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的智能化。Onetti以電機為例說明了ST的傳感器產(chǎn)品以及ST的其他產(chǎn)品在智能工業(yè)中的應(yīng)用場景。 智能工業(yè)里最常見的是馬達，馬達的狀態(tài)需要實時監(jiān)測，監(jiān)測參數(shù)包括速度、加速度、噪音、角速度、力矩、電流、電壓和溫濕度等環(huán)境因素，這些信息可以告知系統(tǒng)馬達是否工作正常。常規(guī)的做法是把這些采集到的數(shù)據(jù)傳輸給后臺的云，讓云來進行數(shù)據(jù)處理。但是，工業(yè)馬達通常24小時運行，它們會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)量。如果后臺的云一直在做滿負(fù)荷的計算，那么總體成本會很高昂。ST的做法是，按照不同應(yīng)用的需求量身訂做。用加速傳感器/模塊來檢測振動，用麥克風(fēng)模塊來檢測噪音，用溫濕度模塊來檢測溫濕度：不同類別的信息可以通過幾個傳感器進行本地采集，然后在本地的人工智能模塊(local AI)里面進行信號處理，或稱作“預(yù)處理”，即本地化的人工智能判別 (local AI)。如果本地人工智能判斷出異常，即發(fā)現(xiàn)不符合先前定義的工作狀態(tài)、工作表征，則將數(shù)據(jù)上報到云，而平時產(chǎn)生的只是小數(shù)據(jù)量。如此則整個系統(tǒng)就變得相對精簡。
圖3：采用各類傳感器和本地人工智能降低設(shè)備監(jiān)測成本 Onetti最后總結(jié)說，繼消費市場之后，工業(yè)市場對傳感器的需求在快速增長。工業(yè)市場對傳感器的要求有所不同，MEMS傳感器必須滿足新的要求。智能工業(yè)需要嚴(yán)苛環(huán)境下的高精度傳感器，而ST可以根據(jù)應(yīng)用需求對其裁剪。ST能夠提供多種高可靠、長壽命的傳感器，以迎合新一波自動化時代對MEMS傳感器的需求。 |
