大疆如何讓(ràng)美國無可奈(nài)何,精密加工傳感器的重要性
07-30-2021
大疆如何讓美國無可奈何,精密加工傳感器的重要(yào)性


2020年8月21日,一則消息讓眾多國人興奮不(bú)已。美國國際貿易委員會做出針對(duì)中國無(wú)人(rén)機企業大疆的337調查終裁,宣布“不(bú)會發布禁令”,此舉無疑是狠(hěn)狠打了美國的臉。這件事兒究(jiū)竟是美國(guó)企業(yè)惡意競爭,還是美國政(zhèng)府下“黑手(shǒu)”?今天我們一探究竟。


美國為何被中國(guó)反超?
無人(rén)機最早的嚐試,是作為無人靶機(jī)訓練的防空兵。二戰爆發後,歐洲戰場的(de)航空兵損失慘重(chóng),美德兩國都盯上了無人(rén)機,都試圖用退役飛機開發出能攜帶武器彈藥,又能精確攻擊目標的無人飛行器。同時還設計了小型無人飛機擔任偵查或者試驗任務。但受製於當時(shí)的電子水平,無人機的作戰能力達不(bú)到預期。


越戰爆發以後,美國士兵被越南的遊(yóu)擊戰虐得體無完膚,尤其是在(zài)雨林中(zhōng)執行任務的美軍,被越(yuè)南士兵當兔子一樣攆著(zhe)走。美國開始大量使用無人機承擔偵(zhēn)察任務,其中最經典的無(wú)人機是瑞安公司的BQM-34火(huǒ)蜂,共生產6411架,是(shì)世界上生產數量最(zuì)多的(de)軍用無人機之一。其外形依舊和現(xiàn)在的靶機差異不大。


BQM-34火蜂因為價格便宜,而且功能性全,出現(xiàn)了大量的改進(jìn)型,一直使用(yòng)到90年(nián)代。美(měi)國曾多(duō)次控製BQM-34火蜂無人機,飛入我國境內偵查時被擊(jī)落。不過當時的無人機(jī)更多的是“遙控飛行器”,還不能進行(háng)複雜的飛行任務。


之後美國人開始了智能化的(de)無人(rén)機(jī)研究工作,其中就有大名鼎鼎的D-21高空高速無人偵察機,並多次針對我國羅布泊的核試驗場進行(háng)偵查(chá)任(rèn)務。但因為D-21技術問題存在缺陷,基本都失敗了。曾有傳言1971年美國(guó)發(fā)射的一架D21B偵查無人機,成功進入我國境內,不(bú)久後失蹤了(le),美國方麵推測很有可能是被我國防空部(bù)隊擊落並繳獲,不過是真是假那就不得而知了(le)。


同時期美國也開發出QH-50反潛無人直升機,開發(fā)目(mù)的就是為了應對蘇(sū)聯潛艇,可惜的是該無人(rén)機不能進行複雜任務的(de)自動駕駛飛行,當時的無線電技術在大(dà)海上極其(qí)容(róng)易被幹擾。雖然該項目曾被美國海軍寄予厚望,但最終隻是曇花一(yī)現,主要原因是交付(fù)的(de)746架QH-50,411架在任務中損毀,最終該項目在1970年被美國叫停。


隨後美國(guó)的無人機及(jí)相關技術(shù)被送到了以(yǐ)色列,以色列在中東戰爭用無人機進行偵查、情報收集任務,還承擔起通信任務。加上以色列指揮官靈活的指揮,在戰爭中經常(cháng)以少勝多,並在美、英(yīng)的幫助(zhù)下(xià),擊敗阿拉伯(bó)國家聯盟。


到了上世紀90年代,集成電路技術突飛猛進。隨著計算機小(xiǎo)型化的開始,MEMS傳感器(微機電係(xì)統)逐(zhú)漸普及,為(wéi)現代無人機的發展做出了重要貢獻。隨著電傳操縱係統發展,加上GPS的出現,基於航(háng)路點的導航係統開始應用,加(jiā)上通信技術的升級,無人機逐漸靈巧起來(lái),能夠(gòu)獨立承(chéng)擔(dān)任務。“無人作戰飛機”也因此應運而生,並且初具“智能化(huà)”。


美國(guó)從(cóng)1991年的海灣戰爭(zhēng)中,就開始廣泛使用無人作(zuò)戰飛機。曾(céng)有一位美軍無人作戰(zhàn)飛機操作員布賴恩特表示,他所在的(de)部隊在他(tā)任內6年中,殺了1600人以上,不(bú)少是兒童。後續經(jīng)過調查,被美軍無人機擊(jī)殺(shā)的人當中,大約有2%是恐(kǒng)怖分子。美國惡意屠殺平民,被眾多國家譴責, 即使如此,美國也多次聲(shēng)稱自己是“自由燈塔”,實在令人作嘔。


美國軍用無人(rén)機用(yòng)途比較惡心,但是美國在無人(rén)機(jī)領域的技術發展卻頗有建樹。目前(qián)美國已經開發出了完全由人工智(zhì)能操縱的代號X-47B的噴氣式無人駕駛隱形轟炸機。另外(wài)美(měi)國(guó)還開發出全(quán)球首款可重複使用的無人太空飛機,X-37B空天戰鬥機,該飛機曾一度被冠(guàn)上(shàng)“未來太空戰鬥機”的稱(chēng)號。


美國(guó)無人機在軍事領域(yù)具有絕對優勢,但是在消費無人機市場很難有什麽建樹。因為大疆的無人機占(zhàn)據了消費級無人機近8成的市場,鎖死壟斷(duàn)不為過。2019年全(quán)球(qiú)無人機市場規模達到180億美元,消費無(wú)人機占7成,7成中的90%份額被中國無人機民營企業拿(ná)走,因為目前全球排名前十的民用無人機(jī)企業中,中國占了7家


從消(xiāo)費無人(rén)機專利來看,大疆(jiāng)占了3成,位列全球首位。第二和(hé)第三也是我國的易瓦特、深圳道通兩家公司,但專利申請量(liàng)僅為大疆的一半。2019 年年底,大(dà)疆累(lèi)計申請專利破萬,達到11700多(duō)件,其中國際專利有874件,專利申請全球第23,中國排第6。大疆如(rú)此能耐,都離不開一個人(rén),汪滔。


大疆如何打(dǎ)臉美國?
汪滔,是大疆的CEO兼CTO。按照大疆離職員工所說,汪滔做事十分(fèn)偏(piān)執與獨斷,並且要求(qiú)大疆的產品必須以精品為向(xiàng)導,對於設計不好的東(dōng)西,會很直接地罵‘這是什麽垃圾’。汪(wāng)滔對於技術的執著,促使大疆在技術(shù)層麵(miàn)取得極大的(de)優勢,並且積累(lèi)了深厚的技術底蘊,構築了大疆在無人機領域無人能突破的技術壁壘,任何一家無人機的公司,都無法繞過大疆(jiāng)公司的專利許可。


大疆擁有眾多專利的(de)同時,依托深圳完善的科技供(gòng)應產業鏈,實(shí)現了從設計、製造、生產、研製一體的全產業鏈。大疆甚至(zhì)通(tōng)過龐大的專利製定行業標準,對美國的民用無人機廠商進行技術封(fēng)鎖。之所以能做到這樣,就(jiù)是因為大疆無人(rén)機的核心專利,對於消費無人機來說是不可(kě)替代的。其中(zhōng)最重要的就(jiù)是大疆的飛控技術。


飛控技(jì)術(shù)一般依賴於傳感器(qì)、計算機和伺服作動設備等三大硬件。有了這三大件,大疆才能使無(wú)人機在高空飛行時,能實現姿態穩定,可以實現在複雜環(huán)境中的飛行任(rèn)務和應急控製。並且大疆在飛控技術中,創新地引入了(le)計算機視覺與(yǔ)AI技術。


計算機視覺是使用攝影機和計(jì)算機代替人(rén)眼,對目標進(jìn)行識別、跟蹤(zōng)和測量,並利用(yòng)機載計算機進一步做圖像處理,處理(lǐ)成(chéng)適合(hé)人眼觀測或者方便儀器檢測的圖(tú)像。要具備計算機視覺技術,這有一個前(qián)提,那就是搭載的攝像機要好,大(dà)疆的雲台相機(jī)滿足了所有的需(xū)求。


大(dà)疆已(yǐ)經將自己(jǐ)的無人(rén)機航拍提升(shēng)到專業角度,並且擁有專業(yè)級航拍的產品線。加上大疆自主研發的計算機視覺技術,可以給無人機係(xì)統提供決策數據,讓大疆的無(wú)人機時刻進行(háng)學習(xí),並隨時識別周邊(biān)物體,進行障礙感知,並判斷當下的飛行環境,在一定條件下實現自主飛行和智能跟(gēn)隨,並在複雜的飛行環境下也能人為操作使(shǐ)用。




這些技術除了幫助(zhù)大(dà)疆在(zài)無人機領(lǐng)域成為老大,也讓大疆在自動駕駛(shǐ)領(lǐng)域頗有收獲。在(zài)今(jīn)年的上(shàng)海車展(zhǎn)上,大疆(jiāng)展示了(le)自產的自動駕駛係(xì)統,還宣布和五菱汽(qì)車、大眾等汽車廠商會(huì)有進一步的合作。


大疆的成功,讓(ràng)美(měi)國屢屢對大疆(jiāng)下黑(hēi)手,從2017年美國政府就禁止美國軍隊采購大疆無人機。但是因為大疆出色的航拍能力以及便宜的(de)價格,美國部分軍人忽視該禁令進行采(cǎi)購,最後該禁令也隻能不了了(le)之。


從去年開始,美國官員就在(zài)推動美國軍方不要采購大疆無人機。不過大疆過硬的產品質量,以及便宜的價格,甚至(zhì)得到了五角大樓的“特別豁免權”。不過在去年年底,美國商務部還是將(jiāng)大疆列入實體清單。


這確實對大疆的發展有了一些阻礙,主要原因是大疆無人機的很多MEMS配件也叫微機電係統,是(shì)將(jiāng)微電子技術與機械工程融合到一起(qǐ),製造出具備功能性的傳感器。目前大疆的無人機對美國傳感器依賴較大。日媒曾(céng)經拆解大疆無人(rén)機並進行分析,部分核心傳感器其中涉(shè)及圖像處理器(qì)方案芯片、信息同步傳(chuán)輸(shū)芯片、避障傳感器前端模塊、GNSS衛(wèi)星(xīng)定位方案芯片等都來自美(měi)國公司。


而MEMS配件的加工(gōng)技(jì)術主要從半導體(tǐ)製造技術發展起來(lái),其中就包括光刻、腐蝕、薄膜、LIGA、矽微加工等精密機械加工技術,而這些恰恰就是我國工業(yè)短(duǎn)板,所以禁令對大疆的發展確實有了一些影響。不過(guò)考慮到大疆的專利技術,以及采購的傳(chuán)感(gǎn)器數量,也讓美國一些企業開始遊說政(zhèng)府,將大疆從實體清單撤銷,所以(yǐ)才會出(chū)現(xiàn),大疆在美國的(de)製裁中“反複橫跳”,製裁如同廢(fèi)紙。


當然,不同於5G技術,大疆的消費無人機對美國來說更多是(shì)錢的(de)問題,而非國(guó)家級的戰略技術,美國的製裁也(yě)就沒有那麽堅定。而我們(men)也清楚(chǔ)中國不破精(jīng)密機械加工這道(dào)坎,中國現代化轉型必然受到掣肘。


中國精密機械(xiè)加工如何破局?
精密(mì)機械製造業是關係到我國未來發展的戰略性產業,國(guó)家自(zì)然十(shí)分重視,近幾年中國傳感器市(shì)場發展很快(kuài),尤(yóu)其是“十三五”期間,我國傳感器領域突飛猛進(jìn),MEMS產業的市場規模從(cóng)2016年(nián)的363億元,增長到2020年約708億元。年均增長率達到15%,而且長三角、珠三角以及中部地區都在大力發(fā)展MEMS產業(yè)建(jiàn)設相關產業園區。


雖然發展迅速,但是不能(néng)忽視的是,我國和西方的先(xiān)進水(shuǐ)準(zhǔn)依舊有著不(bú)小的差(chà)距。主要是兩個原因,第一個原因是我國傳感器感應落後,第(dì)二個原(yuán)因是(shì)傳感器技術落後。我國傳(chuán)感器主(zhǔ)要性能指標,和先進標準差了兩代,高性(xìng)能(néng)MEMS傳感器依賴於進口。


因為傳感器的市場,主要(yào)被美國、日(rì)本、德(dé)國的公司占有(yǒu),目前全球傳感器大約有(yǒu)2萬種左右,而國內隻能生產其中的1/3,主要集中在低端(duān)產品和市場,高端依賴於進口(kǒu)必(bì)然會導致國產的傳感器難以規模化應用,難(nán)以發展。


而美國MEMS傳感器能發展起來,也是因為美國的技術前瞻性,美國政府在80年代(dài)初就組織起(qǐ)了國家技術小組,幫助企業進行傳感器技術開發工作。所以美國保持了在高(gāo)新技術領域的優勢,並促使美國軍事工業的強大。據美國統計,關(guān)係到(dào)美國發展的22項核心(xīn)技術中,有6項與傳感器有(yǒu)關。


當然,我國也很早就(jiù)意識到了傳感器(qì)的(de)重要性,從上世(shì)紀60年代就開始(shǐ)了傳感器製造業的發展。但是受製於我國的工業底子薄,發展比較緩慢,1982年國內才開(kāi)始MEMS的加工技術的研究工作。


到了上世紀90年代,我國相繼突破了矽微機械(xiè)加工技術的相關技術,並建立了多個傳感技術國家級的實驗室和研發基地。“九五”期間,我國(guó)在重(chóng)要的(de)51個傳感器的上實現突破,並初步(bù)建立(lì)了我國的傳感器(qì)產業。


隨著(zhe)我國市場(chǎng)規模(mó)越(yuè)來越大(dà),對於傳(chuán)感器的需求與日俱增,尤其是汽車(chē)電(diàn)子和通(tōng)信電子應用市(shì)場,對於傳(chuán)感器需求發展最快,主要集中在智能手機、智能汽車和自動駕駛方麵,我國這些領(lǐng)域的發展,也成為推動我(wǒ)國(guó)MEMS傳感器發展的重要因(yīn)素。


隨著國內MEMS製造水平不斷提高,加上我國擁有完善的工業體係(xì),價格方麵優勢明顯,尤其是在疫情期間,各個(gè)國家的製造業停滯。在我國政府的推動下,大批的晶圓代工(gōng)廠紛紛將工廠遷回國內。例如台積電,在國內多處建廠,台積電(diàn)不僅代工芯片也代工MEMS傳感器,必然會推動國內IC集成電路芯片廠和(hé)MEMS工廠開(kāi)始蓬(péng)勃發展。


不過要在技術上(shàng)超越,也不是一朝一夕就能做到的。MEMS傳感器和(hé)IC芯片是智能工廠的“心髒”,對於創新性人才(cái)需求極多。MEMS與(yǔ)IC區別不小,因為MEMS需要的複合型人才,既要懂微電子,又需要懂力、聲、光、電、磁、熱等多種物理科學,對於從業者的要求(qiú)較高,所以也(yě)對我國教育發展提出要求。


在(zài)市場的推動下,未來(lái)國內必(bì)然會有一批頂尖(jiān)的MEMS科研團隊和代工廠出現,並(bìng)推動我國數字化和(hé)智能化轉型。老子雲:執大象,天下往。我們擁有著最完善的工業鏈(liàn),最合適國家發展的製度“土壤”,我們國土上已經誕生了華為、大疆等科技巨頭企業企業,必然未(wèi)來還會(huì)有一(yī)批頂尖的科技(jì)企業出現(xiàn)。而我們要做的就是給國家的發展一些耐心和支持。
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