醫療設備設計研發精選(九篇)

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第1篇：醫療設備設計研發范文

關鍵詞：醫療電子；集成電路；MCU；ADC；軟件

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.10.001

中國市場強勁增長

賽迪：2011中國醫用IC市場近80億美元

近幾年來，由于我國經濟的持續向好，新醫改政策的深入實施，醫院信息化進程的不斷加快以及整體健康需求的快速釋放，我國醫療電子市場得以快速發展。據賽迪顧問基礎電子產業研究中心高級咨詢師高毓嬌介紹，2011年，我國醫療電子市場規模達到499.5億元，同比增長23.9%。伴隨著市場規模的持續擴大，個人醫療需求明顯增加、區域分布特征更加明顯以及產品品牌集中等特點成為我國醫療電子整體市場現狀的重要寫照，我國市場對醫療電子產品本身的需求則正朝便攜化、遠程化、多功能化以及定制化方向進一步發展。

我國對醫療電子產品需求的增長直接推動了集成電路（IC）市場向醫療電子領域擴張的腳步。2011年中國醫用IC市場規模達到79.1億美元，其中以家用醫療設備市場成長速度最快，年均復合增長率達27.7%。

目前，醫用IC產品主要應用于超聲/成像設備、個人醫療設備、自動外部除顫設備、生物醫療電子設備、醫療保健電子設備等。從技術方面來看，計算機和信息技術結合后，使各自獨立單一的模式系統成為向信息技術、醫療設備和手術治療充分整合方向發展的綜合性數字平臺，未來將大范圍地應用在電子病歷、社區醫療以及健康管理等方面，從根本上改變基礎醫學和臨床醫學的應用面貌。另外，具備遠程聯網功能的醫療電子需求隨之增多。與此同時，為進一步實現醫療產品方便使用的特性，血氧儀、便攜B超等設備的無線化趨勢也進一步深入，這在產品上表現為感應元器件和無線傳輸芯片的植入。未來醫療電子產品與技術的進一步發展，從而促使更高精度、更高性能、更低功耗的醫療電子IC產品需求的增長。

IHS iSuppli：5年內醫療電子年均增長13%

IHS iSuppli工業電子行業分析師朱慧介紹說，2011年，中國醫療電子行業銷售額超過40億美元，年增長率約20%。預計強勁增長勢頭還將持續，到2016年將達到74億美元，2011到2016年的年復合增長率為13%。主要推動力來自新醫改后的一系列刺激政策。

2012年初，科技部頒布了《醫療器械科技產業十二五規劃》后，半年內一系列重要政策相繼出臺。今年8月，衛生部又頒布了《健康中國2020戰略研究報告》。報告指出，到2020年中國醫療衛生的總開支將占到GDP比重的6.5%～7%， 意味著后續將有約1萬億美元的資金注入。

位列第一梯隊的醫療電子生產企業—通用、飛利浦和西門子，除了在高端產品市場上保持絕對優勢外，也相繼宣布了針對中國基層醫療電子市場的戰略和目標，并積極推出相應的低成本設備，以滿足二三線城市的市場需求。與此同時，國內領先的生產企業也在調整戰略，一方面極力使同類產品的成本低于海外同業，一方面加大研發投入，并引進更多的差異化產品，以期改變產品定位打入高端市場。

便攜式醫療電子產品

在醫療電子各細分市場中，消費類醫療電子特別是家用便攜式產品前景看好。IHS iSuppli 預計2012年中國消費類醫療電子設備收入將接近11億美元，比去年增長約19%。

消費類醫療電子市場上，還是以日本廠商和中國臺灣廠商為主導。近年，國內企業如江蘇魚躍和天津九安發展也比較快。

目前，以助聽器，血壓計和血糖儀為代表的約20種主流的便攜式醫療電子產品暢銷中國市場。

從半導體器件的用量來看，消費類醫療電子產品的大于普通醫療電子產品，因此便攜式產品已成為眾多半導體廠商競相搶占的目標市場。預計2012年中國市場消費類醫療電子產品用的半導體器件銷售額將超過7000萬美元。半導體領域的革新正在惠及消費類醫療電子領域，芯片發展呈現出高集成度，小型化，高能效，以及標準化四大趨勢。

圖1 2007-2011年中國醫療電子市場規模與增長

圖2 中國醫療電子各細分市場銷售額預測

電子技術只是醫療一部分

今天工程技術飛速發展，但很多工程師犯了一個錯誤。中國醫療器械行業協會專家委員會委員王曉慶博士指出，殊不知，你所做的產品和技術只是醫療技術的一部分，就像只是做了汽車輪子。工程師需要從這個角度來完善技術，而不是我的技術要包打天下。因為電子跟醫療本身是親密結合的，而且以醫療為主，因為技術比重再大，還是要通過醫生、醫療體制來發揮作用。

從進口來看，監護儀等的國產設備占較大比重，但在高可靠性、不允許宕機的領域，例如呼吸機、內窺鏡等，我們還不強。

再有，在醫療交易中，核心價值降低，附加品牌價值提升。現在世界前30強已占總產值的80%，可見行業品牌的重要性。另外，產品概念中融入更多服務。對于很多大公司，維修已經成為主要的利益來源。早幾年，國內醫院有設備科，現在設備科逐漸萎縮。

同時，醫療模式在轉變，過去關注疾病，現在關注健康。理想的醫院是比我還關心自己的健康。

現在，醫保對醫療電子產業的拉動巨大。

我國的問題是交易成本過高。很多企業重復研發，缺少誠信和知識管理。同時，高校和企業的研發需要密切協作。

低功耗、高效率是芯片研發主流

家用醫療并不意味著低性能

ADI公司亞太區醫療行業市場經理王勝稱，家庭或個人應用的便攜式醫療設備并不意味著低性能，相當一部分應用只是應用場地和應用方式的轉化，已不再局限于傳統的專業醫療機構場所使用。家用醫療監護設備在技術上的發展趨勢概括起來就是“更便攜、更安全、更低耗、更智能，以及更高診斷級的性能”。

家用醫療設備的主要針對用戶群并不具有嚴格的限定界限，可以包括慢性疾病患者、術后康復以及中老年人。未來，家用醫療設備，尤其是以預防監測為主的家用醫療設備將面向所有的用戶群，成為人們生活中的必需品。另外，隨著醫療基礎的不斷成熟，診斷級的家庭醫療設備亦將得到快速發展。除了傳統的個人醫療電子設備如血壓計、血糖儀等因其技術和市場都已很成熟，其他新的技術和應用也將帶動未來的便攜式醫療電子設備市場的發展，例如針對個人和家庭應用的生命體征信號測量等。ADI預計未來個人監護、診斷以及運動狀態監測等設備也會走入家庭和個人應用場合。此外，隨著醫療事業的發展，很多原來被認為是醫療行業邊緣產業的，如與家用保健系統相關的保險業也將越來越多地參與到醫療事業的建設中來，同樣會帶動醫療電子的發展。這些都必然要求醫療電子設備的小體積、便攜式、低功耗、易使用、低成本以及有效的數據傳輸和管理方式。

ADI已經在醫療行業專注多年，積累豐富的經驗，技術以及方案。近期，公司針對各類生命體征監護應用推出了一款低功耗、單導聯、心率監護儀模擬前端（AFE）AD8232，專為滿足新興的健身設備、便攜式/佩戴式監控設備和遠程健康監護設備的ECG信號調理要求而設計。

降低ADC功耗

安森美半導體消費類健康產品線高級經理Jakob Nielsen認為降低ADC功耗勢在必行。因為 醫療設備行業正在出現新趨勢。由于醫療成本上升及醫療法規變化，使醫療設備開發人員需要充分利用他們的設計生產醫療設備系列，而非采用一次一個設備的開發途徑。例如，某個工程團隊如今必須同時開一個發心電圖（ECG）監測儀及一個自動體外除顫儀（AED）設備。這就為選擇元器件帶來挑戰，因為醫院用的ECG監測儀通常采用墻式插座供電，而AED設備采用電池供電。換言之，一個設備需大功率電能按需要用電，而另一個設備受電池電量約束；然而，為了將開發周期縮至最短及將成本降至最低，需要為兩類設備建造共用硬件工具。其次，一個設備通常靜止不動（在病床邊），而另一個設備則需移動，配合就地治療。

對元器件制造商來說，醫療級IC制造商需要設計極低能耗的半導體產品以滿足便攜設備的電池限制，但性能還必須滿足居家嚴格應用（通常是靜態醫療設備）的性能規范要求。例如，臨床使用的ECG監測儀通常要求24位模數轉換器（ADC）來提供低至足以檢測心率及心律不齊癥狀（此狀態可能導致心臟病或死亡）的噪聲等級。然而，這樣的轉換器通常能耗大，遠高于便攜設備中通常使用的16位（或更低）轉換器。

安森美半導體已開發出專有的高精度ADC及其它知識產權（IP），其電流消耗低于常見16位轉換器，而且沒有折衷性能。此外，該IP的占位面積極小，結合業界最低的能耗，使設備開發人員能夠在多種醫療設備中充分利用相同的元器件，因而縮減一個產品系列的總體物料單，同時在同一系列的不同設備提供類似、一致的性能。

降低ADC及驅動器功耗

凌力爾特公司混合信號產品組產品市場經理Alison Steer稱，在便攜式醫療電子產品中，ADC 用于監視生命體征 （例如：血壓、血氧含量、血糖和體溫等）。隨著便攜式醫療設備傳感器的發展，就非侵入式護理保健來說，對于延長電池壽命和小型化的需求變得愈發至關緊要。工作期間的低功耗對延長電池壽命很重要，而打盹和停機模式則能更進一步降低功耗。在某種情況下，降低 ADC 中的功耗帶來的收效日益減少，而 ADC 驅動器的功耗卻超過了ADC本身。

為此，凌力爾特開發了可用于降低整個信號鏈路之功耗的新穎技術。例如：延長 SAR（逐次逼近寄存器型） ADC的采集時間將允許使用穩定速度慢得多的較低功率驅動器。另一種僅有凌力爾特SAR ADC運用的技術是數字增益壓縮 （DGC），其免除了驅動器放大器的負電源，并可保持 ADC 的完整分辨率。負電源軌的免除可降低信號鏈路的總功耗并簡化設計。比如：當采用功耗僅為18mW的18位1.6Msps SAR ADC LTC2379-18 時，在啟用數字增益壓縮功能的情況下，允許我們使用單電源LTC6362 ADC驅動器來驅動 LTC2379-18，在功耗僅5mW情況下，仍然實現了高達100dB的SNR（信噪比）性能。

有些醫療測量要求模擬電路連續運行，每秒獲取數千甚至數百萬個讀數。而其他一些應用則只要求每天獲取單個讀數。對于此類偶然的測試，模擬電路僅需上電一次并進行測量，而在一天的其余時間里則處于以低功率“睡眠”模式運行的“空閑”狀態。由于凌力爾特 SAR ADC 架構具有自動斷電特性，功耗隨采樣速率線性調節，因此采樣速率越慢消耗的功率就越少。借助一款沒有最小采樣速率要求的無延遲SAR ADC，即可采用單觸發采樣操作以降低功率耗散，從而使ADC即使在經歷了漫長的空閑周期之后也能完成準確的測量。

人們采用較寬的輸入范圍，以在ADC中實現較高的SNR性能，但這未必能獲得更好的輸入參考噪聲，而在諸如X射線成像和細胞分選儀等低功率、高精度應用中，輸入參考噪聲是一項很重要的性能指標。之所以希望擁有低輸入參考噪聲，是因為它能為應用提供明顯改善的有效分辨率或無噪聲代碼分辨率。有趣的是，當把一個具有8Vp-p輸入范圍的16位10Msps SAR ADC的輸入參考噪聲與凌力爾特具2.1Vp-p輸入范圍的16位20Msps流水線型A D C LTC2270進行對比時，我們發現后者的輸入參考噪聲僅為46μVrms（前者則為75μVrms），而功耗卻幾乎是SAR ADC的一半。

體佩式設備需要的技術

Maxim戰略市場應用經理Steve LaJeunesse介紹了醫療電子的技術概況。

超低功耗模擬測量電路、低功耗微控制器（MCU）上運行的先進的處理和motion rejection算法是實現體佩式傳感器的第一步。來自患者或使用者的信號通常很小，且充滿需要濾除的模擬噪聲信號。濾除噪聲后，鑒于數據反映的是最為隱私的個人信息，因此必須加以安全保護，以防被他人獲取。通過先進的加密技術對數據進行安全保護后，將數據通過短距離無線連接發送至手機。內部電池的高效電源管理（如：Maxim的ModelGauge）和能量收集技術可使傳感器長時間保持工作。

超低功耗模擬測量

模擬電路是來自現實世界的信號與微控制器的接口。低功耗、高精度放大器（如：Maxim的MAX9617系列）具有低功耗、低噪聲、零失調和超小尺寸封裝等特性。該系列放大器能夠最大程度地減小方案尺寸，并且在整個工作過程中無需校準。

先進的處理/算法

醫學研究工作者在過去的十年內努力使機器在醫療領域發揮更大的作用，其中最主要的成就是發展了能夠準確識別人體相關信息的算法。憑借這些成果，可以使用簡單的微控制器對人體信息進行收集和預處理，為專家診斷做準備。

安全

來自患者的數據是極為隱私的，必須加以安全保護。目前有多種方法可用于對從患者或用戶端收集的數據進行安全保護。Maxim在安全微控制器市場居于領先地位，所提供的醫療應用方案（如：DS28E01）可用于現今多種不同類型的醫用設備。

低功耗微控制器

集成微控制器的功耗不斷降低，使得采用單節鋰電池支持超長時間工作成為可能。Maxim的MAXQ系列微控制器可用于電池直接供電的應用，強大的計算能力能夠支持現今先進的算法。該系列微控制器能夠無縫連接至低功耗、短距離無線裝置，如：藍牙或ANT+。

能量收集

得益于前面提到的設備在降低功耗方面的成績，從各種能量源（如：太陽能、熱能或壓電傳感器）收集的能量有了用武之地。Maxim的MAX17710能量收集充電器和保護器能夠將收集的能量加以利用。在未來5年內，微型收集源將使這種技術成為主流。

上述技術的融合是體佩式電子設備的發展趨勢?，F在，設計一個僅靠單個鋰紐扣電池供電的設備（如：無線ECG、心率、氧含量、呼吸、體溫監測設備）已經成為現實。測量來自傳感器的信息、對其進行數字化、然后發送至手機、進而傳輸給醫生。

便攜產品的低功耗策略

在醫療電子中，半導體制造商不能再僅僅是提供單獨的芯片或元件；相反，需要提供全套解決方案，讓便攜式醫療設備的設計和制造變得更快速、更簡單和更具成本效益。

Microchip（微芯）公司醫療產品部營銷經理Marten L. Smith舉例道，采用智能手機和平板電腦的便攜式醫療設備設計的數量正在迅速增長。單片機（MCU）供應商的趨勢是提供支持Apple和Android配件設計的開發系統。這些開發系統需要具有穩定、成熟的軟件庫，用于開發iPhone、iPad和iPod Touch的配件或Android智能手機和平板電腦的配件。此外，單片機制造商還應提供針對這些解決方案的技術支持。通過這種方式，醫療設備制造商可以獲得優勢，搶在競爭對手之前快速、簡便地將其新的智能手機和平板電腦配件設計投入生產，并銷售給客戶。

便攜式醫療設備的低功耗趨勢對于醫療設備制造商來說極為重要。在便攜式醫療設計中，還可以采用單芯片電池管理部件，從而高效地利用可充電電池。這些便攜式設計中的單片機需要諸如以下的一些特性：超低的休眠電流，以及每種休眠模式下的高效喚醒源。除了這些特性之外，滿足這種低功耗趨勢的一種獨特方法是讓電池制造商的設計人員與單片機制造商的設計人員進行合作，這樣，單片機設計可以更好地考慮如何高效地工作，以及從不同類型的電池中可能消耗的最低功耗。

便攜式醫療設備另一種正在不斷增長的趨勢是相互通信或與其他設備通信（點對點或通過網絡）。芯片的相應趨勢是提供Wi-Fi、Bluetooth、USB、以太網和其他通信協議的連接元件、協議棧和支持軟件。另一個重要的連接注意事項是數據安全和加密。應確保黑客永遠無法訪問醫療設備中的敏感數據，并且絕對無法控制該設備。

Microchip提供了用于Apple與Android配件開發的開發系統、軟件庫和技術支持，可以縮短可與智能手機和平板電腦通信的便攜式醫療設備的設計周期。

利用Microchip的超低功耗（XLP）技術，能夠獲得多種解決方案（如16位PIC單片機僅消耗10 nA的休眠電流）。Microchip還提供了全功能的單芯片電池管理部件，可為采用可充電電池的設計有效地延長兩次充電之間的時間。此外，通過與Energizer電池公司的合作，Microchip獲得了相應的

技術專長，使Microchip能夠提供可最大限度提高便攜式醫療設備制造商電池壽命的元件和設計支持。Microchip還提供許多無線產品，包括低功耗WiFi、藍牙和其他無線模塊。

個人醫療設備對MCU的需求

Silicon Labs單片機市場經理Shahram Tadayon指出，大多數個人醫療設備通常由電池供電并且以無線方式傳輸數據，因此必須采用超低功耗組件。高效節能的RF發射器、收發器與低功耗單片機協同工作，可以為遠程醫療設備提供無線連接。此外，無線MCU這一高集成度的器件，結合了低功耗MCU內核與高性能RF收發器 ，現在已經廣泛使用。例如Silicon Labs公司Si10xx系列無線單片機，為電池供電型應用提供超低功耗操作，并具備較長的傳輸距離和優異的RF靈敏度。

用于個人醫療設備的超低功耗MCU或無線單片機必須支持三種低功耗策略：主動模式低功耗、待機（休眠）模式低功耗以及縮短工作狀態時間。便攜式設備或MCU在大多數時間處于關閉或低功耗狀態，然而，他們通常會保持某些功能，例如時鐘/日歷或報警器。雖然降低工作模式功耗十分重要，最小化喚醒時間也是延長電池壽命的關鍵。MCU供應商，例如S i l i c o n Labs，具有成熟的策略允許快速喚醒用于測試的MCU時鐘和模擬電路，然后重新進入低功耗狀態。

為遠程醫療應用選擇合適MCU架構的關鍵因素在于：確定個人醫療設備需要怎樣的內核處理性能。例如血壓監視器與血糖儀相比有更低的內核處理性能要求。因此，25MHz 8位MCU能夠滿足大多數類型應用的需求。而另一方面，基于32位ARM MCU，例如Silicon Labs的Precision32系列 MCU，則更適合需要高性能內核處理要求的應用。為了滿足所有醫療設備的處理需求，Silicon Labs公司還提供了8位和32位混合信號單片機，是高性能和超低功耗的產品組合。

高集成性推動了醫療成像和便攜式醫療普及

據Altera 公司醫療業務部高級市場經理John Sotir介紹，在增強醫療成像技術方面，半導體器件技術的進步直接導致了診斷質量的提高。

更常見的情況是，高性能便攜式醫療設備的日益普及。這在超聲應用中得到了很好的驗證。僅在幾年前，支持64通道和多種成像模式的高級超聲系統會含有多塊電子電路板和子系統，有很大的機箱。今天，性能相似的超聲電子設備可以安裝到一個筆記本電腦大小的機箱中。傳感器技術的進步提高了探測信噪比，可以在一個可編程邏輯器件中實現復雜的聚束技術。靈活的可編程器件支持超聲平臺在其生命周期中不斷進行改進。

半導體技術會繼續在一個器件中集成越來越多的功能，因此，更緊湊的高性能超聲平臺這一趨勢將持續下去。系統芯片（SoC）器件平臺能夠在封裝內部和外部集成高速I/O、容量更大的片內存儲器、更大的存儲器總線帶寬，以及硬件加速功能，例如DSP模塊、嵌入式處理器和可編程架構等，更加靈活，今后也不會過時，滿足了新系統的需求。這些高度集成的SoC器件降低了功耗，減少了器件數量，減小了PCB（印制板）面積，支持實現體積更小的超聲設備，例如，平板或者手持式產品，其成像質量與前一代機箱式設備相似。

可編程電源方案

Exar電源產品線副總裁James Lougheed介紹道，在醫療市場上，電源的主要技術趨勢有兩個方面。⒈當醫療設備從醫院的固定安裝向便攜式或入戶式轉變，這些產品對電源的要求也隨之發生了改變。諸如便攜式超聲儀等移動設備需要輕巧，可以靠電池供電，這促使設計工程師通過提高效率減少系統的能耗。⒉消費類和家庭保健市場的井噴推動了類似病人監護儀這樣的產品不斷變化。這些產品在與其它設備交互工作的時候，需要更多的通信協議。數據分析的增加以及傳感技術的改善同樣推動了對更加復雜的處理器的需求，這也意味著需要更復雜的電源系統。

針對這些變化，Exar的解決方案是PowerXR，是一系列業界領先的可編程電源管理系統芯片。下一代處理器的更復雜的電源可以通過可編程電源解決方案進行輕松架構。這樣的解決方案利用數字化的控制和修改，能輕松實現復雜的電源定序、閾值調整和故障管理。無論是在系統構建過程中還是實際的動態運行中，可編程優化功能可以對電源轉換進行優化。由于XRP7724上類似PFM模式的功能能夠提高輕載效率，該技術同樣是便攜式應用的好選擇。

移動健康需要為安全而設計

風河系統有限公司中國區總經理韓青指出，移動健康（mHealth）正在成為熱門話題，可以看到以下明顯趨勢：

1. 圍繞mHealth將會涌現大量的企業并購、聯盟和知識產權授權。生態共生體系將會在整個行業的發展中起到重要作用，而單個公司單打獨斗將很難形成氣候；

2. 真正的價值將在于數據集成，而非所謂的“殺手級應用”；

3. 用戶為中心的設計將會成為成功的關鍵因素。

鑒于以上趨勢，參與mHealth的企業必須格外關注其核心戰略，特別是互操作性、安全性、標準化和靈活性都將是其中的關鍵考量。產品設計必須充分考慮到與其他產品的互操作性，而且必須是安全的、高效率的。這也就使DFS （Design for Safety/Security，為安全性而設計）這個概念顯得尤為重要。如果采用Commercial-off-the-shelf（COTS，商規）的產品組件，就可以讓自己的產品立刻融入醫療健康領域的物聯網之中。

為此，風河已經推出了醫療器材軟件開發平臺，其中包含了一系列專供醫療設備開發的完整軟件組合。這套立即可用的商規（COTS）開發與RunTime平臺可協助醫療設備制造商設計出既安全又穩定的產品。該平臺以風河的VxWorks為基礎而建構。同時，風河公司可提供基于VxWorks的VQS（Vender Qualification Summary）。VQS文件是在開發過程中，為避免開發中未知來源軟件或SOUP（無正式文件或由第三方開發且無開發過程控制證據的代碼）出錯帶來的開發風險，所需附上的說明文件。設備生產廠商不需再次為VxWorks操作系統撰寫文件，因此可更好的降低相關人員開發時間及成本，并可高效通過IEC 62304國際通用協調標準認證以及美國FDA（食品與藥品管理局）的驗證。

COTS軟件勢在必行

QNX軟件系統公司產品市場經理Chris Ault同樣認為COTS重要。他說，從前，大多數醫療設備制造商都是自己編寫軟件。然而隨著醫療設備變得日益復雜，這種做法不再可行?，F在的醫療設備必須支持圖形用戶界面、安全的數據存儲、無線網絡遠程監控和其他先進的功能。另一方面，一些復雜的醫療設備需要多核處理器。所有這些功能都需要一個非常先進、可擴展、已有多年設計和研發經驗的操作系統。為了應對這些挑戰，眾多制造商正在其設備中使用商用現成的（COTS）操作系統。

盡管如此，許多設備制造商仍不愿意使用COTS軟件。例如，他們擔心不能清楚記錄軟件的開發流程，或一些軟件的來源未知。這些問題會使得設備制造商很難得到像美國FDA這樣的監管機構頒發的設備核準證書。

第2篇：醫療設備設計研發范文

【關鍵詞】集群式供應鏈 產業集群 激光產業 競爭力

一、引言

目前，國內激光企業發展顯現出產業集群現象，并且從低附加值向高附加值發展的一體化趨勢，即集群式供應鏈的發展，也就是激光產業在一特定區域，聚集了大量的從上游激光設備設計到下游激光設備銷售的企業，形成了多條縱橫交叉、相互競合單鏈式供應鏈，同時在集群內還存在著很多諸如物流企業、人力資源機構、金融機構等輔助型企業。國內外對激光產業的研究一般是將激光產業供應鏈和產業集群分開考慮，而很少將兩者綜合起來進行研究，本文通過將兩者綜合――從集群式供應鏈視角，結合實例對武漢激光產業進行研究。本文首先分析了武漢激光產業的競爭力狀況，然后提出了武漢激光產業的發展目標和定位，最后分析了武漢激光產業集群式供應鏈的整合和發展路徑。

二、武漢激光產業的競爭力狀況

邁克爾?波特認為，決定國家競爭優勢的宏觀因素共有四個方面：生產要素，需求條件，相關與支持產業，企業的戰略結構和競爭。這四個要素構成了著名的鉆石模型（見圖1）。基于鉆石模型，這四大要素與集群式供應鏈有很大關聯性。生產要素是集群式供應鏈上下游企業賴以存在和聚集的物質基礎；市場需求是集群式供應鏈發展的驅動力；相關和支持性產業是集群式供應鏈上下游“無縫連接”的組織部分；企業戰略結構是集群式供應鏈建立、組織和管理的內部單個實體，而同行業競爭者則是集群式供應鏈改善、創新和升級的外部實體或網絡組織。

1、生產要素

生產要素的聚集是集群式供應鏈形成和發展的重要原因之一，而武漢激光產業集群式供應鏈是一個勞動和技術資金密集型產業，人力資源、知識資源和資本資源是其主要影響因素。就人力資源與知識資源來說，在武漢激光產業的聚集地――武漢東湖新技術開發區50平方公里范圍內，聚集了一批從事激光產業信息技術研究、開發和人才培養的高校、科研院所，擁有各類科技人員10萬余人?？梢哉f雄厚的人力資源和知識資源是武漢激光產業基地得以建立的基本因素，但實際上，激光產業在技術研發能力存在軟肋，先進技術的掌控仍屬鳳毛麟角?，F在大概就華工激光、團結激光和楚天激光掌握了比較先進的技術，整體水平并不樂觀。而資本資源方面，據初步估算“十一五”期間要達到700億元的激光產業銷售規模，累計需要滾動投資400億元。如此大規模的投資需求，是現有的融資渠道不能滿足的，為此必須廣辟融資渠道，為武漢激光產業的建設提供源源不斷的資本支持。

2、市場需求

市場需求是集群式供應鏈的發展動力，它會刺激整個集群不斷改革和創新。激光產業是本世紀最具魅力的朝陽產業已是不爭的事實。近十幾年來，激光產品以每年兩位數的速度強勁增長，融入到信息的獲取、傳輸、處理、存儲、顯示、輸出、執行、控制等各個環節，成為上世紀末本世紀初發展最快的產業。武漢激光產業的產品覆蓋了整個激光行業幾乎所有領域，特別是在高功率數控激光切割系統、半導體泵浦激光打標系統、燈泵浦激光焊接系統、CO2激光治療系統等領域具有更強的市場競爭力，滿足了市場的需求，產品已多批次出口到美國、法國、馬來西亞等10多個國家和地區。據對較大的10家激光企業的統計，2005年共生產各類高功率激光切割、焊接、熱處理等成套設備200臺，生產中小功率激光打標、焊接、打孔等設備2027臺，激光醫療設備674臺。這些數字說明激光產品在世界上有很大的需求量，而且需求量還會進一步加大。

3、相關與支持性產業

集群式供應鏈競爭力的提高需要上游到下游的相關產業和鏈外一大批輔助支持性企業，每個環節都是休戚與共，彼此牽動而刺激集群內的競爭與合作。武漢現在有200多家激光企業，這些企業相互幫助，共同合作，形成了同寸共榮，相互補充的良性循環。各個企業根據自身的基礎，發揮自身的特點，在市場的土壤里茁壯成長，有以光學加工為主的、有以精密機械生產為主的、有以激光器生產為主的、有以系統集成為主的，激光產品自身制造的產業鏈正在形成。如華工激光目前將主打產品定位在大型重工業的激光加工成套設備上；團結激光將主打產品定位于薄鋼板的激光切割系統中；華工-恒信激光則將產品定位在高功率軸快流CO2激光器上。

4、企業的戰略結構和競爭

從武漢激光產業的發展情況來看，武漢激光產業集群式供應鏈將逐步向省外和國外擴散，主要體現在激光設備的生產和銷售環節上。對于武漢三大激光巨頭――華工激光、團結激光和楚天激光來說，他們都有這方面的戰略結構，華工激光在大功率激光器、激光加工系列成套設備、醫用激光系列設備、激光快速成型系統等方面形成了產品系列，在各相關行業得到了廣泛應用，產品銷售到世界各地；近幾年來，團結激光生產的高功率大型激光加工成套設備在國內市場份額連續占到75%以上，成為我國最大的高功率激光成套設備生產和出口基地，在制造業相對集中的武漢、上海、廣州、天津、濟南、貴州等地區建立了6個激光加工中心，并在泰國、越南籌備建立海外激光加工中心；楚天激光已經開始在北京、武漢、蘇州、上海建設生產基地，向全球客戶提供激光應用全套解決方案。武漢激光產業雖然在某些具體的技術環節上具有一定的領先優勢，但產業整體規模比較小。據統計所知，武漢激光產業規模僅僅比長春稍多一點，與深圳、上海、廣州有著非常大的差距。具體來講，武漢激光產業中規模偏小的一個主要原因是缺少具有較強帶動能力的龍頭企業。武漢激光產業中規模（按銷售收入）過10億的僅有3家企業，即華工激光、團結激光和楚天激光，雖然這三家企業在其產品國內市場上的占有率均接近或超過50%，但企業規模在全國激光產業的排名均在30名之后。

因此，武漢激光產業的發展目標是：以武漢為中心，建立完整的激光產業集群式供應鏈，繼而建成全國性乃至世界性先進的激光產業。在集群規模上提高零部件、激光器、成套設備等環節生產能力；在集群組織上，構建大企業為龍頭，中小企業為輔的集群式供應鏈。

三、武漢激光產業集群式供應鏈空間整合分析

從武漢激光的產業集群來看，無論是核心企業還是相關配套企業，他們的單個競爭實力都無法與國內和國際上的同行產業來競爭，這就需要依賴整個產業的優勢來參與競爭，而不是單打獨斗。為了提高武漢激光產業的整體競爭力，這就需要對武漢激光產業進行產業整合，突出本地區的產業優勢，培養強勢品牌，打造一批能與國內和國際上同行相競爭的企業。從空間范圍來看，集群式供應鏈的產業整合包括本地化整合、區域化整合和全球化整合。

1、本地化整合

本地化整合是指在產業集群的內部，借用自身的資源來構建集群式供應鏈。這種方式需要利用各種措施，不斷促進在集群內部產業分工，從產業鏈的縱向和橫向衍生出更多的不同的企業，對集群式供應鏈某些環節進行“加寬”和“加長”，通過對國有企業進行改組拆分出多個競爭的企業，以及通過政府建立企業衍生的“孵化器”孵化出集群式供應鏈缺乏環節。本地化整合還可以對集群某些環節上企業共性部分進行整合，共享資源，提高集群式供應鏈運作效率。2007年初，武漢三大激光企業巨頭――華工激光、團結激光和楚天激光進行了“三合一”的戰略重組。重組的方式是這三家企業以上市公司華工科技為資本運作平臺，華工科技通過定向增發募集資金3.5億元，并購團結激光、楚天激光的優質資產，然后進行業務重組，重組組建的新公司將成為華工科技的控股子公司。重組完成后，武漢地區激光產業主力將集中到上市公司華工科技的旗下，形成華工激光、華工楚天和華工團結這三大分工明確的主體，新公司的產品將涵蓋醫療激光、激光加工等多個領域，成為國內第一大高功率激光裝備制造商、第一大激光醫療設備制造商和第一大中小功率激光設備制造商，形成能夠與國際激光巨頭相抗衡的國內激光產業旗艦。另外，團結激光與武漢高科國有控股公司等5家股東組建了光谷激光股份有限公司，在短短的時間內成為武漢最大的激光企業之一，同時也成為我國最大的高功率激光加工成套設備生產及出口基地。

2、區域化整合

區域化整合是指將集群式供應鏈內部具有優勢的環節延伸到其他相關產業集群的區域間整合，但企業本身并不搬離本地或者產業集群利用自己的影響力來吸引其它產業園區的與集群內產業相關的企業進駐和加盟，強化本地集群式供應鏈環節?！拔錆h?中國光谷”吸引了許多相關環節的激光企業，例如山東淄博長空光學電子科技有限公司落戶武漢，這家公司專注于激光設備的零部件生產。廣州安特激光技術有限公司也在武漢成立分公司，這家公司主要從事于激光器的生產。武漢龍頭激光企業通過與這些企業的合作，可以專注于自己核心產品的生產，有利于集群式供應鏈的進一步完整：“加寬”和“加長”。

3、全球化整合

全球化整合是指地方產業集群與位于全球價值鏈的核心企業之間的耦合，通過產業集群與全球價值鏈的耦合，使得集群式供應鏈在構建的過程中，能緊跟該產業產品品類的最先信息，有助于集群式供應鏈在運作方面得到實質的提高，有助于產業集群的升級。武漢激光企業與國外激光企業合作，參與全球激光產業鏈的競爭。例如武漢團結激光與全球最大的三維數控激光切割設備生產廠家意大利普瑞瑪北美控股公司簽訂正式合同，成立武漢合資公司，生產高功率軸快流二氧化碳激光器及激光打孔成套設備；武漢楚天激光和以色列ESC合資組建武漢夏普蘭楚天醫療激光設備制造有限公司，專門從事醫療激光產業的制造和推廣。并與俄羅斯形成了合作意向。

四、武漢激光產業集群式供應鏈發展路徑分析

集群式供應鏈的變遷演化和其他任何自然系統一樣，有著其發生、發展乃至終結的周期過程，從其發展階段出發，集群式供應鏈系統的演化可以分為三個相互聯系遞進階段：裂變階段、聚集階段、成鏈階段。武漢激光產業集群式供應鏈發展也同樣遵循這個發展路徑。

1、裂變階段

產業集群的裂變是指集群中單個企業由于自身資源和實力的制約，將無須親自實施和無法實施的環節分離出幾種業務或外包給同一地域的其他從事這項業務更專業企業，形成企業間密切而又靈活的專業化分工協作。在這個過程中起到主導作用的是集群中核心企業，企業的“裂變瘦身”使得大量的中小企業圍繞核心企業集中在一起，企業就有“極化”發展趨勢――發展為具有核心競爭力的大企業和靈活中小企業，而界于兩者之間的企業也慢慢向核心企業和中小“邊緣化”發展。特別是核心企業裂變成功，最終形成規模大、創新和競爭力強、與外界聯系較廣的大企業，這些大的核心企業在集群式供應鏈系統起到銜接和聚合作用。華工激光、團結激光和楚天激光都是從華中科技大學激光技術國家重點實驗室發展出來的。從華中科技大學畢業的孫文帶領4個同伴貸款10萬元于1993年創辦了武漢第一家激光企業――楚天激光股份有限公司，公司現在是中國最大的激光焊接機生產基地，在全國激光焊接機市場份額占50%以上，申報專利共175項，獲批127項；1994年，陳海斌等6位年輕的科技人員離開了華中科技大學激光技術國家重點實驗室，創建了武漢團結激光成套設備有限公司，公司主業是生產高功率、大型激光加工成套設備，其產品在國內連續幾年占到75%的市場份額；華工激光公司是華中科大國家激光技術工程研究中心轉制企業；團結激光與高科國有控股集團公司等5家股東組建了武漢光谷激光技術股份有限公司，公司以高功率激光器、激光加工成套設備的開發、生產和銷售為基礎，同時開展各行業激光在線加工、激光綜合加工站的建設及相關技術服務；武漢嘉銘激光有限公司于1996年成立，公司主要開發的激光標記機和氣動打標機；武漢金石凱激光技術有限公司主要從事萬瓦級高功率CO2激光器研制、生產和銷售，公司目標是打造萬瓦級高功率CO2激光器生產基地。

2、聚集階段

裂變階段中小企業圍繞核心企業的集中還沒有形成相對完整的集群式供應鏈。要使準網絡式組織升級為相對完整網絡式供應鏈，核心企業需要從主導位置變為次要地位，而供應鏈上與之協作的中小企業則由原來的支配地位變為主導地位，吸引其他相關配套企業加盟。將核心企業和供應鏈上大量相關的中小企業粘合起來，將知識溢出和協作合作功能彌漫到供應鏈各環節中，使得這個網絡組織更加協調和高效。隨著武漢核心激光企業的不斷發展壯大，促進了上下游越來越多的相關企業的發展和聚集。像武漢現代光學工程有限公司、武漢焦點光學技術有限公司等激光元件制造企業；武漢東創激光科技有限公司、武漢光電技術有限公司、武漢永宏光電有限公司、武漢華府光電子技術有限公司等激光電源制造企業；武漢新特光電技術有限公司等激光成套設備配件制造企業，武漢匯仁激光發展有限公司等激光晶體制造企業；武漢中光華工激光工程有限公司、武漢金石凱激光技術有限公司等激光器制造企業；還有武漢高能激光產業發展有限責任公司、武漢眾泰數碼光電設備有限公司、武漢金運激光設備制造有限公司、武漢嘉銘激光有限公司等成套設備制造企業，這些企業在“武漢?中國光谷”不斷衍生和聚集，為產業鏈的形成做好了準備。

3、成鏈階段

成鏈階段是指圍繞在核心企業周圍的中小企業與核心企業之間形成了一個完整的集群式供應鏈，在這個集群式供應鏈中產業鏈主要包含四層含義：一是產業鏈是產業層次的表達。二是產業鏈是產業關聯程度的表達。產業關聯性越強，鏈條越緊密，資源的配置效率也越高。三是產業鏈是資源加工深度的表達。產業鏈越長，表明加工可以達到的深度越深。四是產業鏈是滿足需求程度的表達。產業鏈始于自然資源、止于消費市場，但起點和終點并非固定不變。在中國，產業鏈比較完整的地區是長江三角洲地區，長江三角洲地區是國內重要的液晶生產基地和芯片制造基地。以蘇州、南京為主已經成為全球液晶后工序模塊的重要生產基地和配套產業聚集區，多以世界級的日、韓、臺資企業為主，形成了規模龐大而完整的液晶中下游產業鏈。同樣，“武漢?中國光谷”也可以打造出一條激光產業的產業鏈，形成一個完整的集群式供應鏈。在這個集群式供應鏈中，核心企業是武漢激光產業的三巨頭――華工激光、團結激光、楚天激光，另外，還有圍繞在核心企業周圍的一些中小企業，諸如武漢現代光學工程有限公司、武漢焦點光學技術有限公司、武漢市陽邏金石達光電器件有限公司等一些激光元件制造企業，武漢東創激光科技有限公司、武漢光電技術有限公司、武漢永宏光電有限公司、武漢華府光電子技術有限公司等一些激光電源制造企業，武漢新特光電技術有限公司等激光成套設備配件制造企業，武漢匯仁激光發展有限公司等一些激光晶體制造企業，武漢中光華工激光工程有限公司、武漢金石凱激光技術有限公司等一些激光器制造企業，還有華中科技大學、武漢大學、武漢郵電科學院，中科院武漢分院、709所、717所等一些研發機構。

五、結束語

總之，發展武漢激光產業集群式供應鏈首先需要明確武漢激光產業的發展目標和市場定位，基于本地區對集群式供應鏈從縱向和橫向兩個方面進行整合，同時協調好核心企業與上下游相關企業、跨鏈合作企業及鏈外輔助企業的正式或非正式契約關系。發揮各企業在集群式供應鏈演化變遷階段的作用，初期應大力發展核心企業的優勢產業，通過“裂變”培養新的核心業務，吸引一大批區域外相關企業的加盟，拓寬武漢激光產業鏈的“長度”和“寬度”。當形成一定規模后，在發展核心企業的同時，重點扶持中小企業的發展，提高集群式供應鏈各環節抵御各種風險和競爭的能力。最后，在集群網絡式供應鏈形成后，由本地向外地延伸，繼續引導產業鏈的功能升級，為區域的梯度發展營造好的外部環境。

（注：本文為湖北省統計局，編號：HB072-12；武漢市社會科學研究基金，編號：06019。）

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