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本文为2019年11月10日作者在2019世界传感器大会上的发言稿节选。关于5G和传感器的世界观。传感器、5G、工业APP，构成了工业互联网的先进力量。 尊敬的各位传感器行业的嘉宾，大家下午好！前面的几位嘉宾介绍了他们的传感器产品，讲的都很精彩，开句玩笑话，他们都是卖传感器的。我讲的内容跟他们不太一样，我讲的是5G时代传感器是如何研发出来的。 刚才加拿大的杨院士谈到的硅基传感器有10亿的规模，我想可能是狭义的硅基传感器，我看过一个数字，全球2020年仅智能手机的保有量就将有60亿的规模，而一台手机，平均的传感器数目有接近20个，也就是说，仅智能手机上的传感器就有千亿规模了。
我们使用的产品，包括手中的手机和乘坐的汽车，越来越智能，这里面其实有很多传感器的功劳，传感器现在已经无处不在了。上面这张图上就有很多传感器，你可能会说，好像我没有见过这些东西，因为它们大部分都非常小，都已经被封装进产品里面，我们看不到的地方了。 前面朱会长几次强调，5G将改变世界，改变人类的工作和生活。我也来谈谈关于5G和传感器的世界观。 首先是人类对这个世界的认知，自古以来，我们建造了实体世界，我们制造了实体产品，我们人类身处在实体世界中，但是我们人类靠五官对实体世界的感知是非常有限的，是不精确的。 不借助于工具，我们无法准确的了解实体世界现在的状态。比如温度是多少？光亮度是多少？我们需要用工具进行测量，来获得精准的数据，构筑一个由精准参数数据组成的实测世界，或者说实体世界在当前时刻的状态参数。构建一个实测世界，传感器是非常核心的技术。 由于真实世界的复杂度逐步提升，对实测世界提出了高可靠性、高通量、大数据量、高实时性的要求，5G也就有了用武之地。随着数字化技术的发展，借助于工业软件，借助于数字化的手段，我们又构建了虚拟世界，在虚拟世界里面我们去设计，去规划实体世界里的产品、建筑以及城市。目的是优化实体世界，使未来建造或制造的产品、建筑或城市，是采用的最优的方案。 第二个认知是从数据采集开始，通过传感器获取实时的参数状态数据，通过数据传输的手段，把数据放到云端，并对这些数据进行应用开发。数据采集的核心技术是传感器，数据传输的核心技术是5G，数据应用的核心技术，是工业APP，工业软件。我今天介绍的内容，也会围绕这三个方面展开，基于工业软件，支撑5G时代传感器的数字化研发。刚才跟一个专家聊天，开玩笑说，传感器，先感后传，自带5G。 第三个认知，是我们对智能的认知，从传感器获得产品、设备或者环境的状态参数，传输给运算器进行计算，根据运算的结果，驱动执行器改变世界。 我们所有的这些认知，最终的目的是为人类提供更好的体验，最佳的体验，极致的体验。 5G时代传感器的应用，将会提升人类在各个行业的体验。更快，更高，更强，是人类永无止境的无限追求，5G带来的高速度、高通量、高可靠性，使人类改造自然的手段，又上了一个新的台阶。 从地面的交通运输，到空中，到海洋；从装备制造到高科技电子行业；从家居到购物；从建筑到城市；从能源发电到矿山开采，都是5G与传感器的用武之地，也将会被5G之光照耀。5G时代的传感器技术，让我们的工作和生活有更好的体验。 接下来我们可以从宏观到微观的角度思考5G时代传感器的应用。首先从产品的设计开始，我们考虑的是要给人们带来极致的体验，需要设计什么样的功能？要靠什么样的传感器来实现这些功能？传感器如何布局？传感器的尺寸如何控制？ 更大的规模是智能工厂，我们如何布局传感器？才能够保证每一个环节，每一条产线的产品质量。 再往宏观的方向走，一家核电站，一个水电站，一条铁路，一条公路，我们要怎样部署传感器，才能够保障核电站、水电站、铁路和公路的正常运营？一个城市要有怎样的传感器布局，才能够使我们生活的城市更加智能，让我们的生活更加美好？ 当我们对传感器的性能参数要求很高的时候，我们必然会要求更先进的材料，这就需要我们用科学的、数字化的手段去设计和发现更先进的材料。 从宏观到微观，从原子到星球，我们需要借助工业软件的力量，构建数字化的虚拟世界，帮助我们去设计和规划，传感器应用的宏观环境，实现智能产品，智能制造，智能建造，智能城市，智能国家和智能星球。最终实现一个万物互联的地球智慧。 对于传感器本身，我们也需要借助于工业软件，实现传感器的设计、仿真、制造的产品生命周期管理。甚至在微观领域，研制和使用新材料来提升传感器的性能。 5年以前，新加坡 政 府 开始思考构建虚拟新加坡，来解决他们国计民生的100个城市规划和决策的问题。比如移动网络的规划，要怎样布局4G/5G的基站，才能保证覆盖率的要求，同时成本最小？如何布局传感器网络，来降低热污染、噪音污染？如何才能实现整个城市所有市民出行的时间总和最少？ 借助于达索系统的三维体验平台，将城市数字化、虚拟化并且同时和城市各种大数据相集成，为城市决策者、城市问题研究者和其他平台使用者提供统一的可视化平台和资料库。例如：平台和交通、医疗、废物处理和城市基础设施等静态和动态数据库对接，为城市相关决策者提供设计规划，事件模拟等决策支撑。使用3DEXPERIENCE平台可以做到“如果。。。会。。。”的可视化分析。和地产商数据、环境、交通、人口分布等数据相结合，为地产提供定价策略依据。和能源管理系统对接，在3DEXPERIENCE平台上实现可视化能源管理和规划。 从刚才的视频中，大家可以看到，虚拟新加坡可以提供很多的决策和规划能力，比如： 虚拟实验 可用虚拟新加坡平台进行模拟实验。例如，虚拟新加坡可用于检测3G/4G/5G网络的覆盖区域，提供网络覆盖率较差区域的展示功能，并在3D城市模型上突出显示有待改善的区域。虚拟新加坡可作为试验平台，验证各种新服务的结果。例如，虚拟新加坡新运动中心的3D模型可以用于建模、仿真人群扩散，从而建立紧急疏散流程。 规划和决策 虚拟新加坡的3D数据环境是一个整合的集成平台，可支持开发各类分析应用。例如，开发一种分析交通流量和行人移动模式的应用。该应用在新加坡新规划区“榜鹅”（Punggol）使用，帮助规划和设计连接公园的绿道等城市网络。 研究与开发 虚拟新加坡提供丰富的数据环境和必要的访问权限，促进研究人员创新、开发新的技术。带有语义信息的3D模型为研究人员提供丰富的资源来开发各种先进3D工具。 5G非常重要的一个场景就是智能工厂的应用。智能制造的本质是基于有限的设备资源、零部件资源、供应商资源、成本、时间，来满足消费者无限的个性化需求。 5G赋能柔性生产线，可以提高生产线的灵活部署能力，使生产线上的设备摆脱线缆的束缚，通过与云端无线连接，提供弹性化的网络部署方式，支持制造企业根据不同的业务场景灵活编排网络架构，按需打造专属的传输网络。 5G赋能云化机器人，可以加强机器人之间的协同工作能力，同时使机器人更加敏捷、安全地与工人协同工作，还可以实现机器人的远程实时控制。 5G赋能工业AR/VR/MR，使工业AR/VR/MR无线终端更加轻便、价格更低，显示效果更佳，带来更好的交互体验、协同体验。 5G赋能实时的数据采集与监控，大连接、低时延的5G网络，促进工厂内海量数据实时上传，将工厂内海量的生产设备及关键部件进行互联，提升生产数据采集的及时性，为生产流程优化、能耗管理提供智能决策支撑，提升工厂设备远程运维能力。 刚才杨院士也讲到一个很有意思的低时延的例子，人与人之间的交流，反应时间最快可以达到100多毫秒，但机器之间的低时延要求是1毫秒，甚至金属加工、切削的时延更是要求达到微秒级别。 此外，5G还可以支撑超高清视频监控、机器视觉识别。 三维的数字化工厂，传感器，5G传输，工业应用APP，把这一切组合起来就构成了三维的工业互联网。 国际标准化组织3GPP定义的5G三大应用场景中，eMBB指3D/超高清视频等大流量移动宽带业务，mMTC指大规模物联网业务，URLLC则指如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。 司机和无人驾驶汽车高级驾驶辅助系统都需要对环境动态变化有准确实时的意识判断。传感器提供了这种意识。 应该如何设计？应该将传感器放在哪里以获得最佳性能？我们如何确保它们都能正常工作？ 道路千万条，安全第一条。无人驾驶对可靠性的要求更高。不仅仅是连接的可靠性，还包括传感器的性能可靠性。如果出了问题，会造成严重的事故。 特斯拉有一次重大的自动驾驶事故，2016年5月，一名Model S在完全自动驾驶状态下撞上对向正在转弯的卡车，该事故导致驾驶员死亡。新闻上说当时特斯拉的Autopilot因为卡车车体反光，摄像头并未识别对向的卡车。 现代汽车是复杂的电子系统。如果我们深入观察，就会发现车内有大量的传感器，执行器和电子设备，来完成各种场景下的功能。 我们再举一些例子，比如调频收音机，数字音频广播天线，车顶天线，车联网和车间通讯的发送和接收装置，自动驾驶雷达天线，这么多的电磁信号发射接收，如何避免他们之间的电磁干扰？
达索系统三维体验平台提供全面的5G时代传感器数字化研发解决方案，包括芯片与封装解决方案、车联网解决方案、非参数拓扑优化解决方案、电子设备热可靠性解决方案、疲劳和耐久性解决方案、射频和微波设备解决方案、5G大规模MIMO解决方案、EMC/ EMI解决方案、PCB设计与互连结构解决方案、SAR解决方案、高级驾驶辅助系统传感器设计与布置解决方案、传感器污染解决方案、OLED解决方案、其他解决方案（光学，扬声器，摄像机，NFC等）等等； 雷达传感器的放置位置取决于四个要素：设计，空间，覆盖范围和污染。这就导致了许多问题，比如说传感器的最佳位置在什么地方？车内是否有会引起误报的干扰？雷达传感器实际看到了什么？雷达束如何反射，反射到何处以及以何种方式穿透不同的材料？雷达传感器在水，雨，雾，雪和土壤的真实环境中的性能如何？ 我们继续聊无人驾驶汽车，它要跑多少公里才能证实是安全的？美国有两个数学家，经过测算给出来一个答案，是177亿公里。但实际上现在所有的无人驾驶汽车，跑过的里程，都加起来还不到这个数字的1‰，要怎么解决这个问题呢？那就是要建造一个虚拟世界，把真实世界的温度，天气，光照，所有传感器能够探测到的参数，城市和道路，行人和汽车，所有的环境都模拟到这个虚拟世界里面，用数字化的汽车在这个虚拟的世界里面去跑，去检验每一种场景出现时，无人驾驶汽车的反馈是如何的。发现问题，解决问题，快速迭代，让无人驾驶汽车在虚拟的环境里面去跑到177亿公里，是相对比较容易的事情。 5G的一些关键技术包括波束成形、大规模天线阵列等等。5G基站可以支持大规模天线阵列，可配置的天线数量甚至可以达到1024根。要充分发挥这些大规模天线阵列的潜力，5G的波束成形技术（Beamforming）绝对必不可少。传统基站的天线数目少，无线信号传输质量就有限。这一点就好比台下的同学们去找工作，有1千家企业都有开放的职位，同时你有1000个人脉帮你找工作，找到工作的概率是非常高的。 5G终端，被人手和人体遮挡，其信号都会开始寻找最低误码率频段，形象的说，5G手机像一个长了眼睛的小宠物，一旦遮挡它，他即刻眼球四处转动寻找最优信道。我们把5G手机这一动作叫手机寻优，因此，设计终端时候，安装天线位置一开始就要合适，使其好寻优。目前手机终端中，最适合5G天线位置是两端，尤其是上端部（听筒位置附近），其他4G内天线、Wifi天线都要给5G让路，也就是说5G有优选位置权，其他天线移到他处。 借助于达索系统的5G解决方案，我们就可以确定5G天线的最佳位置，以及采用何种规格的相位阵列天线可以满足5G通讯稳定性的要求。 5G网络的信号波长与4G较低频率不同。5G信号比4G信号的波长明显更短，穿透力更低。所以，一面墙就会影响5G信号的穿透，即使是树、一个人都会影响5G信号强度。假如你手握持手机的姿势，比如说手挡住了天线，那么信号也会衰减。甚至还有天气原因，比如雨、雪、雾，这些都会使5G信号的强度降低。 甚至还有人问，是不是胖子比瘦子挡住的5G信号更多？难怪有人说，5G时代最伤人的一句话是，你该减肥了，否则用不了5g手机了。当然，这是个笑话，有人真的经过计算证实，人体对5G信号的遮挡跟很多因素有关系，胖子的比重低，遮挡的信号应该更少，到底结果如何，后来就变成5G时代胖瘦罗生门了。 人体对移动电话电磁辐射的吸收率，也叫比吸收率，SAR（Specific Absorption Rate）：SAR代表生物体（包括人体）每单位公斤容许吸收的辐射量，这个SAR值代表辐射对人体的影响，是最直接的测试值，SAR有针对全身的、局部的、四肢的数据。SAR值越低，辐射被吸收的量越少。目前国际通用的标准有两个，一个是欧洲标准2w/kg，一个是美国标准1.6w/kg，其具体含义是指，以6分钟为计时，每公斤人体组织吸收的电磁辐射能量不得超过2瓦。 建5G基站的时候，还真有遇到过某些小区，因为担心基站的电磁辐射，进行集体投票，拒绝建设5G基站，搞得现在5G基站的建设，市场不得不改头换面，做各种伪装。 （此处略去系统工程的讲解部分） 对于打造传感器行业生态，经过认证的零部件及设备供应商、传感器供应商可以入住到达索系统的3DEXPERIENCE MarketPlace，可以为企业提供快速、可靠的零部件、包括传感器，加速产品上市，实现按需制造和智能零件供应、智能传感器供应。 最后再介绍一下达索系统公司，达索系统是2018达沃斯论坛全球最具可持续性企业，财富杂志2019未来50强企业，福布斯2016创新百强企业，福布斯数字化百强企业，达索系统为5G时代传感器提供的端到端的数字化研发解决方案三维体验平台，也被亚洲物联网大会评为最佳工业互联网平台。
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