大疆如何讓美國無可奈何(hé),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(wěi)員會做出針對中國無人機企業大疆的337調(diào)查終裁,宣布“不會發布禁令”,此舉無疑(yí)是狠狠打了美國的臉。這件事兒究(jiū)竟是美國企(qǐ)業惡意競爭,還是美國政府下(xià)“黑手”?今(jīn)天我(wǒ)們一探究竟。


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


越戰爆(bào)發以後,美國士兵被越南的遊擊戰虐得體無完膚,尤其是在雨林中執行任務的美軍,被越南(nán)士(shì)兵當兔子一(yī)樣攆著(zhe)走。美國(guó)開始大量使用無人機承擔偵察任務,其(qí)中最經典的無(wú)人機(jī)是瑞安公(gōng)司的BQM-34火蜂,共生產6411架,是世界上生產數量(liàng)最多的軍用無(wú)人機之一(yī)。其外形依舊(jiù)和現在(zài)的靶機差異(yì)不(bú)大(dà)。


BQM-34火蜂(fēng)因為價格便宜,而且功能性全,出現了大量的改進型,一直使用(yòng)到90年代。美國曾多(duō)次控製BQM-34火蜂無人機,飛入我國境內偵查時被擊落。不過當時的無人機更(gèng)多的是“遙控飛(fēi)行器”,還不能進行(háng)複雜的飛行任務。


之後(hòu)美國人開始了智能化的無人機研究工(gōng)作,其中就有大(dà)名鼎鼎的D-21高(gāo)空高速(sù)無人偵察機,並多次針對我國羅布(bù)泊的核(hé)試驗場進行偵查任務。但因為D-21技(jì)術問題存在缺陷,基本都失敗了。曾有傳言1971年美國發射的(de)一架D21B偵查無人機,成功(gōng)進入我國境內,不久後失蹤了,美國方麵推測很有(yǒu)可能是被我國防空部隊擊落並繳獲,不過是真是假那就不得而知了。


同時期美國也開發出(chū)QH-50反潛無人直升(shēng)機,開發目的就(jiù)是為了應對蘇聯潛艇,可惜的是該無人機不能進行複雜任務的自動駕(jià)駛(shǐ)飛行,當時的無(wú)線電技術在大海上極其(qí)容(róng)易被幹擾。雖然該項目曾被美國海軍(jun1)寄予厚望,但最終隻是(shì)曇花一現,主要原因是交付的746架QH-50,411架在任務(wù)中損毀,最終該項目在1970年被(bèi)美國叫停(tíng)。


隨後美國的無人機(jī)及相關技術被送到了以色(sè)列,以(yǐ)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(guān)靈活的指揮,在戰爭中經常以少勝多,並在(zài)美、英的幫助(zhù)下,擊敗阿拉伯國家聯盟。


到了上世紀90年(nián)代(dài),集(jí)成(chéng)電路技(jì)術突飛猛進。隨(suí)著計算機小型(xíng)化的(de)開始,MEMS傳感器(微機(jī)電(diàn)係(xì)統)逐漸普及,為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,基於航路點(diǎn)的導航係統(tǒng)開始應用,加上通信技術的升級,無人機逐漸靈巧起來,能夠獨立承擔任務。“無人作戰飛機”也因此應(yīng)運而生,並且初具“智能化”。


美國從1991年(nián)的海灣戰爭中,就(jiù)開始廣泛使用無人作戰飛機。曾(céng)有(yǒu)一位美軍無人作戰飛機(jī)操作員布賴恩特表示,他所在(zài)的部隊在他任內6年中,殺了1600人以上,不少是兒童。後續經過調查,被美軍無人機擊殺的人當中,大約有(yǒu)2%是恐怖分子。美國惡意屠殺(shā)平民,被(bèi)眾多國家譴責, 即使如此,美國也多次聲稱自己是“自由燈塔”,實在令人作嘔(ǒu)。


美國軍用無人機用途比較惡心,但(dàn)是美國在無人機領(lǐng)域的技術發展卻頗有建樹。目前美國已(yǐ)經開發出了完全由人工(gōng)智能操縱的代(dài)號X-47B的噴氣式無人駕駛(shǐ)隱形轟炸機。另外美國還開發出全球首款可重複使用的無人太空飛機,X-37B空天戰鬥機,該飛機曾一度被冠上“未來太空戰鬥機”的(de)稱(chēng)號。


美國無人機(jī)在軍事領域具有(yǒu)絕對優勢,但是在(zài)消費無人機市場(chǎng)很難有什麽建樹。因為大疆的無人機占據了消費級無人機近8成的市場,鎖死壟斷不為過。2019年全球無人機市場規模達到180億(yì)美元,消費無(wú)人機占7成,7成(chéng)中的90%份額被中國無人機民營企業(yè)拿走,因為目前全球(qiú)排名(míng)前(qián)十的(de)民用(yòng)無人機(jī)企業(yè)中(zhōng),中國占了7家


從消費無人機專利來看,大疆占(zhàn)了3成,位列全球首位。第二(èr)和第三也是我國的(de)易瓦特、深圳道(dào)通兩家公司,但專利申請量僅為大疆(jiāng)的一(yī)半。2019 年年底,大疆累計申請專利破萬,達到11700多(duō)件,其中國際專利有874件,專(zhuān)利申請全球第23,中國排第6。大(dà)疆如(rú)此(cǐ)能耐,都離不開一個人,汪滔。


大疆如何打臉美國(guó)?
汪滔,是大(dà)疆的CEO兼CTO。按照大疆離職員工所說,汪滔做事十分偏執與獨斷,並且要求大(dà)疆的產品必須以精品為向導,對於設計不好(hǎo)的東西,會很直(zhí)接地罵‘這是什麽垃圾(jī)’。汪滔對於技術(shù)的執著,促使大疆在技術層(céng)麵取(qǔ)得極大的優勢,並且積累了深厚的技術底蘊(yùn),構築了大疆在無人(rén)機(jī)領域無人能突破的技術(shù)壁壘,任何一家無人機的公司,都無法繞過大疆(jiāng)公司的(de)專利許可。


大疆擁有眾多專利的(de)同時,依托(tuō)深圳完(wán)善的(de)科技供應產業鏈,實現了從設計、製造、生產、研製一體的全產業(yè)鏈。大疆甚至通(tōng)過龐大的專(zhuān)利製定行業標準,對美國的民用無人機廠商進行技術(shù)封鎖(suǒ)。之所以能做到(dào)這樣(yàng),就是因為大疆(jiāng)無人機(jī)的核心專利,對於消費(fèi)無人機來說是不可替(tì)代的。其中最重要的就是大疆的飛控技術。


飛控技術一般依賴於傳感器、計算機和伺(sì)服作動設備等三大硬件。有(yǒu)了這三大件,大疆才能使無(wú)人機在(zài)高空飛行時,能(néng)實現姿態穩(wěn)定,可以實現(xiàn)在複雜環境中的飛行任務(wù)和應急控製。並且大疆在飛控技術中,創新地引入了計算機視覺(jiào)與AI技術。


計算機視覺是使用攝影機和計算機代替人眼,對目標進行識別、跟蹤和測量,並利用機載計算機進(jìn)一步做圖像處理,處理成適合(hé)人眼觀測或者方(fāng)便(biàn)儀器檢(jiǎn)測的圖像。要具備計算機視覺(jiào)技術,這有一個前提(tí),那就是搭載的攝(shè)像機要好(hǎo),大疆的雲台相機滿足了所有的需求(qiú)。


大疆已經將自己的無人機航拍提升到專業角度,並且擁有專業級(jí)航拍(pāi)的產品線。加上大疆自主研發的計算機視(shì)覺(jiào)技術,可以給無人機(jī)係統提供決(jué)策數(shù)據,讓大疆(jiāng)的無人機時刻進行學習,並隨時識別周(zhōu)邊物體,進行障(zhàng)礙感知,並判斷當下的飛(fēi)行環境,在一定條件下實現自(zì)主飛行和智能跟隨,並在複雜的飛行環境下也能人為操作使用(yòng)。




這些技術除了幫助大疆在無人機(jī)領域成為老大,也讓大疆在自動駕駛領域(yù)頗有收獲(huò)。在今年的(de)上海車展上,大疆展示了自產的自動駕駛係統,還宣布和五菱汽車、大眾等汽車廠(chǎng)商會有進一步的合作。


大疆的成(chéng)功,讓美國屢屢(lǚ)對(duì)大疆下黑手,從2017年美國政府就禁止美國軍隊采購大疆無人機。但是(shì)因為大(dà)疆出色的航拍能力(lì)以及便宜的價格,美國部分軍人忽視該禁令進行采購,最(zuì)後(hòu)該禁令也隻能不了了之(zhī)。


從去年開始(shǐ),美國官員就在推動美國軍方不(bú)要采購(gòu)大疆無人機。不過大疆過硬的產品質量,以及便宜的價格,甚至得到(dào)了五角大樓(lóu)的“特別豁免權”。不過在去年年底(dǐ),美(měi)國(guó)商務部還是將大疆列入實體清(qīng)單。


這確實對大(dà)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(xì)統,是將微電子技術與(yǔ)機械(xiè)工程融合到一(yī)起,製造出具備功能性的傳感(gǎn)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(chāi)解大疆無人機並進行分(fèn)析,部分核心(xīn)傳(chuán)感器其中涉及圖像處理器方案芯片、信息同步傳輸芯片(piàn)、避障傳感器前端模(mó)塊、GNSS衛星定位方案芯片等都(dōu)來自美國公司(sī)。


而MEMS配件的加工技術主要從半導體製造(zào)技術發展起來,其(qí)中就包(bāo)括(kuò)光刻、腐蝕、薄(báo)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短板,所以禁令對大疆的發展確實(shí)有了一些影響。不過考慮到大(dà)疆的專利技(jì)術,以及采購的傳感器數量(liàng),也讓美國一些企業開始遊說政府(fǔ),將大疆從實(shí)體清單撤銷,所以才會出現,大疆在(zài)美國的製裁中“反複橫跳”,製裁如同廢紙。


當然,不同於5G技術,大疆的消費無人機對美國來說更多是錢的問題,而非國家級的戰略技術,美國的(de)製裁也就沒有那麽堅定(dìng)。而我們也清楚中國(guó)不破精密機械加工(gōng)這道坎,中國現代化(huà)轉型必然受到(dào)掣肘。


中(zhōng)國精密機械加工如何破局?
精密機械製造業是關係到我國未來發展的戰略性產(chǎn)業,國家(jiā)自然十分重視,近幾年中國傳感器市場發展很快,尤其是“十三五”期間,我國傳感器領域突飛猛進,MEMS產業的市場規模從2016年的363億元,增長到2020年約708億元。年均增長率達(dá)到15%,而且長三角、珠三角以及中部地區(qū)都在(zài)大力發展MEMS產業建(jiàn)設相關產(chǎn)業園區。


雖然發展迅速,但是(shì)不能忽視的是,我國和西方的先(xiān)進水準(zhǔn)依舊有(yǒu)著不小的差距。主要是兩個原因,第一個原因是(shì)我(wǒ)國傳感器感應落後,第二個原(yuán)因是傳感器技術(shù)落後。我國傳感器主(zhǔ)要性能(néng)指標,和(hé)先進標準差了兩代,高性能MEMS傳感器依賴於進口。


因為傳感(gǎn)器的市場,主要被美國、日本、德國的公司占有,目前(qián)全球傳感(gǎn)器大約有2萬種左右,而國內隻能生產其中的1/3,主(zhǔ)要集中在低端產品和市場(chǎng),高(gāo)端依賴於進口必然會(huì)導致國產的傳感器難以(yǐ)規模化應(yīng)用,難以發展。


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(zhèng)府在80年(nián)代初就組織起了國家(jiā)技術小組(zǔ),幫助企業進行傳感器技術(shù)開發工作。所以美國保持了在高新技術領域的優勢,並促使(shǐ)美國軍事工業的(de)強大。據美國統計,關係到美(měi)國發展的22項核(hé)心技術中,有6項與(yǔ)傳(chuán)感器有關。


當然(rán),我國(guó)也很(hěn)早就意識到了傳感器(qì)的重要性,從上世紀60年代就開始了傳感器製造(zào)業的發展。但是受(shòu)製於我國(guó)的工業底子(zǐ)薄,發展比較緩慢,1982年國內才開始MEMS的加工技術的研究(jiū)工作。


到了上世紀90年代,我(wǒ)國相繼突(tū)破了矽微機械加工技術的相關技術,並建立了多個傳感技術國(guó)家級的實驗室和研發基地。“九五”期間,我國在重要的51個傳感器的上實現突破,並初步建立了我國(guó)的(de)傳感器產(chǎn)業。


隨著我國市場(chǎng)規模越來越大,對於傳感器的需求與日俱增,尤其是汽車電子和通信電子應用市場,對於傳感器(qì)需求發展最快,主要集中在智能手機、智能汽車和(hé)自動駕駛方麵,我國這些領域的發展,也成(chéng)為推動我國(guó)MEMS傳感器發(fā)展的重要因素。


隨著國內MEMS製造水平不斷提(tí)高,加上(shàng)我國擁有完善的(de)工業體係,價格方麵優勢明顯(xiǎn),尤其是在疫情期間,各個國家的製(zhì)造業停滯(zhì)。在(zài)我國政府的推動(dòng)下,大批的(de)晶圓代工廠紛紛將工(gōng)廠遷回國(guó)內(nèi)。例如台積電,在國內多處建廠,台積電不僅(jǐn)代工芯片也代工(gōng)MEMS傳感器(qì),必然會推(tuī)動(dòng)國內IC集成電路芯片廠和MEMS工廠開始蓬勃發展。


不過要在技術上超越,也不是一朝一夕就(jiù)能做(zuò)到的。MEMS傳感器和IC芯片是智能工廠的“心(xīn)髒”,對(duì)於創新性(xìng)人才需求極多。MEMS與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(yè)者的要求較高,所以也對我(wǒ)國教育發展提出要(yào)求。


在市場的推動下,未(wèi)來國內必然會有一批頂尖的MEMS科研團隊和代工廠出現,並推動(dòng)我國數字化和智能化轉型。老子雲:執大象,天(tiān)下往(wǎng)。我們擁有著最完(wán)善的工業鏈,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(yè)企業,必然(rán)未來還會有一批頂尖的(de)科技企業出現。而我們要做的就是給(gěi)國家的發展一些耐心和支持(chí)。
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