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中國無人機的生門死穴和第二戰場
2022-05-27 11:06:47

  一場俄烏沖突,讓大疆上了兩次熱搜。

  一次是4月26日大疆以“重新評估各司法管轄區的合規要求”為由,宣布暫停在俄羅斯和烏克蘭的商業活動;次日大疆新聞發言人聲明:“我們停止在相關國家的銷售,以確保沒有人在戰爭中使用我們的無人機?!?/span>

  另一次是3月12日,美國公司Figma突然凍結大疆的賬號。

  Figma蹭完微軟等企業制裁俄羅斯的熱度,卻宣布選擇這樣的時間點與俄烏沖突無關,只是單純因為大疆在美國的制裁清單上。

  國內隨即再次響起了“尖端技術被卡脖子”的聲浪。

  不過大疆的反應卻較為松弛,幾乎未作任何回應。據接近大疆內部人士向立方知造局透露:Figma封禁事件對大疆影響不大,討論的聲音更多來自國產軟件廠商。

  Figma的產品主要是UI工具,與CAD、EDA這些更加基礎關鍵的工業設計軟件不可同日而語。對于大疆的設計師來說,相當于把手里的高端畫筆換個不那么趁手的替代品而已。

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Figma設計工具演示 圖源:Figma官網

  如果非要說“卡脖子”,Figma卡住的頂多算是腳脖子。

  比Figma更厲害的角色已經對中國無人機“動手”很多年。

  早在2016年,也就是民用無人機市場泡沫最盛的時候,美國議員即開始以網絡數據安全為由提案限制大疆。接著是一連串的制裁事件。

  2018年5月,美國國防部陸軍部要求下屬部隊停止采購和使用大疆無人機。

  2019年,美國國防部明令禁止聯邦資金購買中國制造的無人機,商務部宣布將大疆被列入貿易管制黑名單,對其產品變相增加關稅。

  2020年12月,美國商務部將大疆列入“實體清單”。

  這兩年登上美國“實體清單”的中國企業,比進入世界500強的中國企業還要多。

  作為風口浪尖的中國民營科技公司,中國無人機沒有像華為手機業務那樣被美國重創,除了制裁力度以外,另一個原因在于:無人機所遵循的產品邏輯,與手機、電腦等電子產品并不相同。

  如果說芯片目前仍是中國眾多科技產品受國外制約的“死穴”,那么中國民用無人機自有其獨特的兩道“生門”:

  1.  產品上:以成本和飛控技術優勢拿下全球領先地位,芯片不懼卡脖子;

  2.  應用上:隨著中國制造產業升級,無人機行業應用的巨大藍海已現——隨著企業角色定位從產品制造轉向解決方案/服務提供者,中國無人機正在重新定義分蛋糕的方式。

  本文中,立方知造局將通過解析這兩道“生門”,和您一起探尋中國無人機行業正在發生怎樣的關鍵轉向。

01

拆解無人機

  以硬件而論,民用無人機全身上下都帶著與手機產業的親緣關系。

  按照日本調查公司Fomalhaut Technology Solutions對大疆Mavic Air 2的拆解,一架航拍無人機,80%的零部件與手機、電腦這些電子設備重合。

  零部件重合背后是產業鏈紅利——手機產業鏈的規模效應降低了零部件價格,無人機可以借此大大壓縮成本。用一家日本無人機制造商的話說:“制造一種具有相同功能的產品,我們(日本)僅是材料方面所需的成本就是中國無人機價格的兩倍?!?/span>

  另一方面,日本人發現,大疆Mavic Air 2的不少核心零部件,來自國外頂級供應商:

  例如存儲裝置和攝像頭核心零部件來自三星;

  控制電池的IC芯片由美國的德州儀器制造;

  放大無線電芯片、消除噪音的IC芯片來自美國的Qorvo等。

  其它企業也不例外。

  縱橫股份在上市招股書里表示,其芯片、慣性導航等主要向國外廠商采購。  

  不過,在無人機產品中,“使用”并不等同于“依賴”。

  這包含了兩方面的因素:

  一、手機芯片與無人機所使用的芯片,存在極大的代際鴻溝。

  以最直觀的芯片制程來對比,手機芯片已達到5nm制程,而華為設計的“麒麟9010”更是達到了3nm水準。

  半導體領域專家張國斌告訴立方知造局:相比之下,無人機的MCU主控芯片,制程多為110nm甚至130nm。這已經不是一代兩代的工藝差距了。另一方面,MCU的產品邏輯也與手機芯片不同,追求的是“夠用就好”,而非極致工藝,因此在技術上國內完全可以實現替代,不存在“卡脖子”風險。

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蘋果5nm制程的A14芯片,宣稱是全世界最快的手機芯片 圖源:網絡

  另一方面,手機受體積影響,處理器(或者說手機SOC,System On Chip)必須盡可能地輕薄小巧,因此被認為是世界上最復雜的芯片,集成了CPU、GPU、DSP、ISP、4G/5G基帶、NP藍牙,GPS北斗,顯示系統等——指甲蓋大小,卻有上百億晶體管。

  相比之下,無人機并沒有一個類似的“無人機芯片”,而是將各類通用芯片以分立模式搭建在一起,因此難度遠小于手機芯片。

  二、美國對華為和大疆的“制裁”邏輯不同。

  華為遭受美國制裁,很大一部分原因正是其芯片設計能力——例如海思團隊設計的3nm“麒麟9010”,已經完全不輸高通、聯發科、蘋果等企業,正在趕超美國。

  美國連帶把哈工大也送上“實體清單”,禁止其使用“工科神器” MATLAB軟件,同時阻止荷蘭阿斯麥公司(ASML)向中國出售光刻機。

  制裁華為的背后,是為了系統性打壓中國在上游半導體領域起勢。

  相比之下,包括大疆在內的中國無人機廠商,幾乎不可能染指到這場半導體“巔峰對決”中。

  在美國,感受到大疆威脅的是同行競對,至于上游半導體供應商,斷供芯片只會把一個大客戶拱手讓給自己的對手。所以美國對大疆的制裁,目前還只限于提高關稅、禁止部隊采購等銷售端手段,而不是在供應端做手腳。

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美國的諸多舉動未對大疆份額產生太大影響 信息來源:無人機網 制圖:立方知造局

  既然無人機零部件可以實現國產替代,為什么仍在大量使用國外芯片?

  制造業比拼的,除了技術優勢,還有規模優勢、工藝積累等。

  以電池管理芯片為例:

  德州儀器歷史悠久,其電源IC量大可靠,對上游供應商有足夠的議價權,這使得其批發價只需要幾分錢。

  換言之,很多零部件的選擇,其實是一道商業計算題。

  那么,目前無人機的核心技術在哪?這就要說到無人機的靈魂——飛控系統了。

02

無人機里的飛行員

  飛控系統就是無人機的大腦,或者說,是無人機里的“飛行員”。

  一架無人機要完成俯仰、橫滾、偏擺,以及各種更加復雜的動作,全都依賴一套成熟精密的飛控系統。

  手機追求在獨立封閉的系統中將性能推向最優,而無人機的設計思路則指向了外部的物理空間,要思考如何克服重力、空氣阻力,如何避開障礙物,如何根據外部環境與作業靈活調整飛行姿態。

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通過精巧的飛控系統,無人機可以在飛行中保持立在其上的細長鐵桿平衡不倒 圖源:TED

  換言之,需要更多“軟”的積累。

  中國民用無人機從航模發展而來,那時候飛控系統還很初級,甚至沒有飛控,早期的航模發燒友依靠豐富的電子與機械知識和強悍的動手能力,通過自己購買和組裝無人機,苦練飛行技術來獲得樂趣。

  但民用無人機要真正市場化,做大用戶數量,無論是滿足更多航拍需求,還是進入農業、電力巡檢等行業應用場景,就需要讓更多零基礎的人能迅速上手——也就是把各種復雜的任務都交給飛控這個“飛行員”。使用者則只需要學會如何下達指令即可。

  十多年前,零度楊建軍、大疆汪滔等人,都是以飛控起家,之后才進入無人機整機制造。

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飛控系統是無人機企業核心競爭力,也常作為獨立產品售賣 圖源:大疆官網

  具體來說,飛控系統的硬件部分可以粗略分為主控MCU和慣性測量模塊IMU,它們相當于飛行員的大腦和眼睛,而無人機的算法系統,則相當于針對飛行員的飛行技術。

  硬件方面,各家無人機企業通常都保持著IMU自主性;而主控MCU,則選擇余地很大,用ARM架構可以,用FPGA一樣也可以處理飛控數據,甚至用單片機也可以驅動一些簡單的飛行器。

  中國無人機企業涌現于2006年左右,與全球民用無人機市場同時起步。從單旋翼直升機到多旋翼無人機飛控,中國的大疆、零度智控等企業,幾乎都走在了相關研發的最前沿。

  對民用無人機來說:硬件決定下限,算法決定上限。這是中國無人機產品取勝的關鍵所在。

03

找到超級蛋糕的方式,

是重新定義競爭邊界

  世界瞬息萬變。中國無人機如果繼續抱著過去單一產品取勝的思路做下去,前面已經沒有多少可以吃下的增量了。

  航拍無人機在近幾年市場增量已幾乎見頂。

  人口紅利見頂、產業轉型升級——近兩年幾乎各個行業都在經歷這兩組關鍵詞。

  在互聯網“脫虛向實”,從消費互聯網轉向產業互聯網的當下,制造型企業也在向服務型轉變。

  ——過去不溫不火的無人機行業應用,正在加速發展,成為新戰場。

  2015年,工業級無人機在中國民用無人機市場中僅占不到20%份額,而到2020年,這個數字已經增長到了45.61%。

  無人機行業應用包括植保、測繪、巡檢、安防、消防救災、快遞物流等,這是民用無人機的新藍海。根據F&S的預測,2026年,中國工業無人機市場規模將達到2658億元。

  行業應用的大量的荒地,正在等待開發。

  時代移易,要吃下這塊大蛋糕,無人機企業就需要面臨兩項新的挑戰:

  1.  角色定位轉換:從原來產品制造商轉變為服務方案提供商;

  2.  競爭邊界重新定義:要進入新的行業應用場景,無人機勢必要挑戰該場景下的傳統技術,換言之,競爭對手不再是同行了。

  立方知造局以農業無人機為例:

  中國有約20億畝耕地,每年農藥噴灑需求巨大。但是多旋翼民用無人機首先要回答的一個問題是:自己與傳統固定翼植保大飛機相比,有什么優勢?憑什么可以取代對方?

  很多人認為體型較小的多旋翼無人機更適合小塊耕地,而在東北、新疆等大片農田中,固定翼大飛機單次載重更大,效率更高。

  為了打敗傳統技術,無人機給出的答案是:精準和高效。

  相比于大型飛機的粗放作業,無人機的噴灑更加精準,避免了藥水的過度使用。

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相比于固定翼大飛機,多旋翼無人機可以壓低機身近距離噴灑,避免農藥飄移浪費 圖源:pixabay

  而針對多旋翼無人機續航時間短、載重量有限的的問題,通過“藥電配合”的方式,無人機廠商盡力將效率提升到極致:

  例如40升載重的無人機,確保打完以后,電池只剩下10%,返航后直接換電換藥。為此農業無人機一塊電池的設計只需要滿足飛滿12分鐘,不會更長。

  做好藥電配合后,再搭配無人機測繪好的地圖自動飛,飛手就可以在這個過程中在地面做配藥,并給電池充電,從而保持連續作業的狀態。

  而大型植保機盡管單次載重量更大,但如果計算地面準備時間、整箱藥配置時間等,其實并不比如此作業的無人機更快。

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無人機農田測繪軟件 圖源:極飛科技官網

  這就不難看出,無人機企業已經不再是在單個產品上與同行展開比拼,而是在巨大的藍海市場中,與傳統技術、設備、機械、工作流展開競爭。

  而致勝方式,是率先探索出為客戶降本增效的可靠服務和系統性解決方案。

  例如,在油田巡檢中,無人機在與傳統的人工作業PK中勝出并不難。傳統巡檢需要幾十上百人親自到人跡罕至的地方進行紙筆記錄。而無人機替代高難度人工作業,可以大幅度降低人工成本。

  但如何與同樣可以取代人工作業的固定攝像頭檢查方案競爭?

  固定攝像頭為了經濟效益考量,通常部署在關鍵區域、關鍵組件、關鍵設施、關鍵物品和關鍵崗位。用最少的攝像頭、最經濟的攝像頭實現關鍵覆蓋。

  無人機的固有優勢則是靈活性和覆蓋面,自由安排巡檢范圍,探尋死角區域。

  再進一步,就需要無人機廠商去思考創造降本優勢、滿足更細致的場景需求了。

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無人機在巡檢方面的獨特優勢,在鐵路、山地、海面等多樣化場景中都發揮出了巨大的替代潛力 圖源:江蘇啟飛官網

  以大疆的解決方案為例——

  通過云端作業平臺和飛行作業軟件,實現空地協同;

  再加上可見光和紅外云端建圖功能,靈活規劃巡檢路線和實時查看。

  開發無人值守系統,研發無人機機場,再加上夜視級相機,讓一架無人機+一個占地不足一平米的無人機機場,就可以針對7公里半徑區域實現24小時自動連續作業。

  立方知造局發現,無人機企業在行業應用端向服務型角色轉換,還有以下幾個重要表現:

  從單一產品到組合產品:無人機、地面機場(充電站)、地面無人車等;

  從硬件產品到數字化平臺:包括云平臺操作系統、建圖軟件等;

  從人工操作到無人化:人工部分縮向前期規劃和結果查看,中間的固定飛行任務自動化。

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無人機云平臺系統 圖源:大疆

  整個行業的競爭態勢都發生了微妙的變化。與當下從消費互聯網到產業互聯網的轉向頗為同調——

  消費互聯網強調短平快與壟斷,就像那些年航拍無人機的性價比之戰與瘋狂迭代;而產業互聯網則更強調對具體行業的深度認知與降本增效,如今無人機在行業應用的拓展中,能否對場景深度把握是最大挑戰。

04

結語

  中國民用無人機的前方,沒有先行者。全世界的企業都一起走在探索的路上。

  這意味著不存在國外領先企業反手加以鉗制,也意味著每一步的技術創新和應用拓展都需要我們自己探索。

  過去,中國無人機吃了國內電子產業鏈的紅利,占了飛控技術的先機,得以領先全球。而現在,行業應用正成為中國無人機的新戰場。

  無人機就像飛機和汽車,經驗的累積同樣是壁壘的重要組成部分。舉個例子,國產大飛機的研發制造在這些年突飛猛進,不過還有一項短板:適航標準。

  一套適航標準,是近百年航空史的經驗與血淚教訓的積淀。由于航空經驗相對較少,要完善出自己的一套標準,仍需付出時間與努力。

  對于民用無人機來說,中國有全世界最大的工業制造環境、最大的農業植保需求、最蓬勃的新能源發展機遇,等待開墾的用武之地很多。

  換言之,中國無人機要想滾雪球,腳下踏著的就是一片一眼望不到邊的巨型雪場。


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