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意法半導體（STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱(chēng)ST）是MEMS傳感器主要供應商之一。MEMS傳感器市場(chǎng)近年的爆發(fā)式增長(cháng)為ST帶來(lái)了豐厚的收入。在此情況下，ST正在努力尋找和培養新的MEMS傳感器增長(cháng)點(diǎn)。這是為什么呢？ 雖然MEMS傳感器早在上世紀60年代初就已經(jīng)問(wèn)世，但它真正的興起也只不過(guò)有十來(lái)年時(shí)間�？梢哉f(shuō)，當年沒(méi)有人能夠預料到MEMS傳感器會(huì )以這種方式爆發(fā)。近年興起的移動(dòng)設備，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(kāi)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(gè)龐大的MEMS半導體市場(chǎng)。 ST副總裁、MEMS傳感器產(chǎn)品部總經(jīng)理Andrea Onetti先生將移動(dòng)時(shí)代產(chǎn)生的MEMS巨大市場(chǎng)稱(chēng)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擔心這第一波MEMS盛宴的高潮已過(guò)。原因有兩個(gè)。首先，全球智能手機的出貨量已經(jīng)停止增長(cháng)，而曾被寄予厚望的可穿戴設備市場(chǎng)并沒(méi)有如期爆發(fā)。其次，新上市的移動(dòng)設備中并沒(méi)有配置更多的MEMS器件。也就是說(shuō)，移動(dòng)設備市場(chǎng)已經(jīng)趨近飽和，而且MEMS器件在移動(dòng)設備中的應用也基本飽和，消費類(lèi)MEMS市場(chǎng)規模不再增長(cháng)。更糟糕的也許是，隨著(zhù)更多供應商的加入，消費類(lèi)MEMS器件的利潤會(huì )遭受侵蝕。 在這種情況下，作為一家先進(jìn)的MEMS傳感器廠(chǎng)商，ST有必要尋找和培養下一個(gè)MEMS市場(chǎng)增長(cháng)點(diǎn)。在Onetti先生看來(lái)，智能工業(yè)應用將啟動(dòng)大量MEMS傳感器需求，促成下一波MEMS應用浪潮。 智能工業(yè)或智能制造，在歐洲稱(chēng)作“工業(yè)4.0”，中國稱(chēng)作“中國制造2025”。智能工業(yè)是最近特朗普政府挑起的貿易戰、科技戰的核心戰場(chǎng)，可見(jiàn)該領(lǐng)域的戰略重要性。MEMS傳感器很幸運，它又成了場(chǎng)上主力隊員。因為智能工業(yè)設備，包括智能汽車(chē)，首先必須能夠隨時(shí)感知自身所處的環(huán)境，所以它們需要各類(lèi)傳感器。 Onetti先生指出，與消費類(lèi)市場(chǎng)不同的是，工業(yè)傳感器的后裝市場(chǎng)潛力巨大。雖然目前新上市的智能設備出貨量有限，但現存的工業(yè)設備數量龐大，而我們不可能像扔掉舊手機一樣扔掉這些舊設備，而是要對它們進(jìn)行升級改造。據他估算，全球潛在的智能工業(yè)設備市場(chǎng)的總規模在10億臺左右。 
圖1：既有設備和新裝設備通過(guò)不同的通信方式實(shí)現智能化 與消費類(lèi)市場(chǎng)相比，工業(yè)市場(chǎng)對傳感器的要求很不相同。消費類(lèi)市場(chǎng)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(chǎng)則不同，它對成本不甚敏感，但對壽命和可靠性則要求極嚴。工業(yè)設備所處的環(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)境中保持穩定可靠。還有，工業(yè)設備的服役時(shí)間往往長(cháng)達十年以上，這要求工業(yè)傳感器經(jīng)久耐用。 此外，當同一類(lèi)傳感器應用在不同領(lǐng)域時(shí)，我們對它的性能要求也可能是不一樣的。Onetti先生舉例說(shuō)，當用于采集人類(lèi)語(yǔ)音信號時(shí)，MEMS麥克風(fēng)的頻率響應范圍一般是20Hz至2kHz。但是，當它要應用在機器對機器（M2M）環(huán)境中時(shí)，我們要求它能夠收集高達80kHz的音頻信號。 Onetti先生介紹說(shuō)，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(chǎng)房，可以完全控制MEMS產(chǎn)品制造過(guò)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(chǎng)的特殊要求對傳感器進(jìn)行精度校準和性能優(yōu)化，保證產(chǎn)品的可靠性和長(cháng)壽命。此外，ST的大規模產(chǎn)能為穩定的供貨提供了保障。Onetti先生強調，針對工業(yè)市場(chǎng)的需求，ST已經(jīng)做出了鄭重的承諾：所有在工業(yè)類(lèi)產(chǎn)品的生命周期超過(guò)十年。 ST提供各種類(lèi)別的MEMS傳感器，包括多種運動(dòng)傳感器，以及溫濕度、壓力和聲音傳感器等等。針對工業(yè)應用，ST首先著(zhù)力于運動(dòng)傳感器，比如Onetti先生重點(diǎn)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。傾角計早已應用于工業(yè)領(lǐng)域，例如用于貨物搬運的叉車(chē)�，F在，ST提升了傾角計的精度，使它能夠應用到新的場(chǎng)景，例如設備自動(dòng)安裝。Onetti先生說(shuō)，這種設備安裝過(guò)程是由電腦自動(dòng)控制的，甚至是遠程遙控的，它可以知道設備在安裝的整個(gè)過(guò)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(guò)程中遇到了什么異常。要達到自動(dòng)安裝標準，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(shí)現更多應用，如設備自動(dòng)安裝 除了運動(dòng)傳感器，ST還在布局其他種類(lèi)的工業(yè)標準MEMS傳感器，以實(shí)現工業(yè)設備的智能化。Onetti以電機為例說(shuō)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)中的應用場(chǎng)景。 智能工業(yè)里最常見(jiàn)的是馬達，馬達的狀態(tài)需要實(shí)時(shí)監測，監測參數包括速度、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馬達是否工作正常。常規的做法是把這些采集到的數據傳輸給后臺的云，讓云來(lái)進(jìn)行數據處理。但是，工業(yè)馬達通常24小時(shí)運行，它們會(huì )產(chǎn)生龐大的數據量。如果后臺的云一直在做滿(mǎn)負荷的計算，那么總體成本會(huì )很高昂。ST的做法是，按照不同應用的需求量身訂做。用加速傳感器/模塊來(lái)檢測振動(dòng)，用麥克風(fēng)模塊來(lái)檢測噪音，用溫濕度模塊來(lái)檢測溫濕度：不同類(lèi)別的信息可以通過(guò)幾個(gè)傳感器進(jìn)行本地采集，然后在本地的人工智能模塊(local AI)里面進(jìn)行信號處理，或稱(chēng)作“預處理”，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)現不符合先前定義的工作狀態(tài)、工作表征，則將數據上報到云，而平時(shí)產(chǎn)生的只是小數據量。如此則整個(gè)系統就變得相對精簡(jiǎn)。
圖3：采用各類(lèi)傳感器和本地人工智能降低設備監測成本 Onetti最后總結說(shuō)，繼消費市場(chǎng)之后，工業(yè)市場(chǎng)對傳感器的需求在快速增長(cháng)。工業(yè)市場(chǎng)對傳感器的要求有所不同，MEMS傳感器必須滿(mǎn)足新的要求。智能工業(yè)需要嚴苛環(huán)境下的高精度傳感器，而ST可以根據應用需求對其裁剪。ST能夠提供多種高可靠、長(cháng)壽命的傳感器，以迎合新一波自動(dòng)化時(shí)代對MEMS傳感器的需求。 |
