四個層面找尋測量控制技術(shù)與儀器儀表創(chuàng)新突破口
閱讀：2059 發(fā)布時間：2022-3-30
*，儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”,，科學(xué)研究的“先行官”,，軍事上的“戰(zhàn)斗力”，以及現(xiàn)代社會活動的“物化法官”,。“蛟龍”深潛,，“神十”探空，人類以儀器儀表為工具,，通過測量認(rèn)識世界,。當(dāng)代社會發(fā)展,，產(chǎn)業(yè)升級、減災(zāi)防災(zāi),、環(huán)境監(jiān)測,、醫(yī)療保健、能源供給,、國防安全等無不對測量控制技術(shù)和儀器儀表提出更多需求,、更高要求。
但是,，我國的測量控制技術(shù)與儀器儀表的研究,、制造卻與先進(jìn)水平存在明顯差距。據(jù)中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,，截止5月底,，2013年上半年我國儀器儀表行業(yè)進(jìn)口1533005.28萬美元，同比增長3.68%,。同期,，出口887588.11萬美元，同比增長3.98%,。但是,，單純依靠進(jìn)口設(shè)備、進(jìn)口技術(shù),，不能提高我國儀器儀表水平,。如何將進(jìn)口的設(shè)備技術(shù)轉(zhuǎn)化為自己的，如何推進(jìn)測量科技自主創(chuàng)新進(jìn)入世界前沿水平,，成為行業(yè)所關(guān)注的焦點(diǎn),。
測量控制技術(shù)與儀器儀表之“重”
先進(jìn)的測量科技和精密儀器是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的工具、技術(shù)創(chuàng)新的種子,，許多劃時代的科技成果,、獲得諾貝爾科技獎的項目皆由此產(chǎn)生。如質(zhì)譜儀的發(fā)明使我們能按原子,、分子的質(zhì)量差異進(jìn)行分離,，檢測物質(zhì)組成；計算機(jī)X射線斷層掃描（CT）,、核磁共振成像（MRI）等技術(shù)使我們可以更早發(fā)現(xiàn)疾?。粓D像傳感器（CCD）已是手機(jī),、數(shù)碼相機(jī)中的關(guān)鍵元器件,，這些儀器和方法的也都獲得了諾貝爾獎。據(jù)不*統(tǒng)計,，一個多世紀(jì)以來,，諾貝爾自然科學(xué)獎項中,，有68.4%的物理學(xué)獎、74.6%的化學(xué)獎和90%的生物醫(yī)學(xué)獎是借助各種先進(jìn)儀器完成的,。
此外，測量控制與儀器儀表科技水平還反映國家實力,。美國商務(wù)部國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所上世紀(jì)90年代中期發(fā)布的數(shù)據(jù)表明,，美國儀器儀表產(chǎn)值約占國民總產(chǎn)值的4%，但它拉動的相關(guān)產(chǎn)值卻高達(dá)66%,。2007年美國商務(wù)部國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的戰(zhàn)略報告指出,，21世紀(jì)制造業(yè)和人們生活質(zhì)量提高的關(guān)鍵是測量技術(shù)，此領(lǐng)域?qū)S系國家競爭力也*,。日本為奪回在測量分析儀器上的優(yōu)勢,，文部省啟動了測量事業(yè)，投資達(dá)上百億日元,。
事實上,，現(xiàn)代化大生產(chǎn)，如發(fā)電,、煉油,、化工、冶金,、飛機(jī)和汽車制造等,，離開了只占企業(yè)固定資產(chǎn)大約10%的各種測量與控制儀器儀表裝置就不能正常安全生產(chǎn)，更難以創(chuàng)造巨額的產(chǎn)值和利潤,。專家們形象地把儀器儀表比喻為國民經(jīng)濟(jì)中的“卡脖子”產(chǎn)業(yè),。
現(xiàn)代，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然環(huán)境所需的平衡,，測量控制技術(shù)與儀器儀表承擔(dān)著越來越重要的角色,。比如工業(yè)排放是如何對氣候變化、環(huán)境乃至人群健康狀態(tài)產(chǎn)生影響的,？二惡英濃度低,，測量方法復(fù)雜并只能離線進(jìn)行，環(huán)境科學(xué)的發(fā)展迫切需要發(fā)明痕量物質(zhì)監(jiān)測的新測量方法和儀器監(jiān)測二惡英,。而痕量物質(zhì)對人們健康影響的機(jī)理,、評估與監(jiān)測方法等更是亟待突破的科學(xué)問題。
測量控制技術(shù)與儀器儀表之“困”
中國科協(xié)2007年3月發(fā)布了他們組織的調(diào)查結(jié)果：中國儀器儀表中的主體分析儀器,，社會上正在應(yīng)用的有90余種分析儀器,，中國能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品為20余種，不到總量的1/3,。其中,，生命科學(xué)儀器約有80余種,，中國商品化的生命科學(xué)儀器產(chǎn)品只有6種，目前在研的約10多種,，離市場需求相差很遠(yuǎn),。這是數(shù)量上的差距。
在技術(shù)上,，現(xiàn)有國內(nèi)中低檔產(chǎn)品大部分可與替代進(jìn)口產(chǎn)品,，大拿產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，即平均*運(yùn)行時間與國外產(chǎn)品相比,，約相差l一2個數(shù)量級,。在測量精度上，現(xiàn)有國內(nèi)產(chǎn)品與外國產(chǎn)品一般相差1個數(shù)量級,。因為中國對儀器的基礎(chǔ)技術(shù)和制造工藝的研究不夠,，一些影響可靠性的關(guān)鍵技術(shù)，如精密加工技術(shù),、密封技術(shù),，焊接技術(shù)等至今還沒有得到很好的解決，導(dǎo)致產(chǎn)品,，特別是產(chǎn)品的性能不夠穩(wěn)定和可靠,。
在功能上，目前,，外國產(chǎn)智能化程度相當(dāng)高,，通過對原始信息的數(shù)字處理，更好地排除了外部干擾對信息影響,，提高了產(chǎn)品的耐環(huán)境性和測量真實性,。而國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品智能化程度還較低。另外,，產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化在國外已經(jīng)進(jìn)入實用階段,，而我國基本上處在起步階段，從而使產(chǎn)品的性能,、功能落后,。
有關(guān)專家介紹，當(dāng)今國外產(chǎn)品的更新周期大約在2—3年,。新技術(shù)的儲備往往可以提前到10年,。而我國企業(yè)往往通過引進(jìn)外國技術(shù)來實現(xiàn)一代產(chǎn)品的更新，引進(jìn)后又不能很好消化吸收,，在新產(chǎn)品開發(fā)方面原創(chuàng)性成果很少,。一些采用新原理的產(chǎn)品，在我國還處于空白狀態(tài)?？蒲性核诟櫺录夹g(shù)方面雖然有成果,，但與企業(yè)結(jié)合產(chǎn)業(yè)化相當(dāng)艱難，導(dǎo)致產(chǎn)品技術(shù)更新的周期長,。
此外,，國內(nèi)儀器缺乏針對使用對象而開發(fā)的解決方案。國外近年測量控制與儀器儀表的發(fā)展趨勢是開發(fā)儀器儀表與應(yīng)用對象緊密結(jié)合的軟件產(chǎn)品,，zui終向用戶提供個性化的解決方案,。例如針對6×10‘kW火電機(jī)組的機(jī)組性能計算軟件、煉油工藝的優(yōu)化軟件,、專門用于醫(yī)療儀器的圖形處理軟件等，國內(nèi)企業(yè)在這方面尚未形成產(chǎn)業(yè),。
當(dāng)前,，我國在測量技術(shù)與精密儀器方面與世界強(qiáng)國差距大，由此導(dǎo)致的科技創(chuàng)新掣肘影響面廣,，如不盡快制定發(fā)展戰(zhàn)略并迎頭趕上,，差距會繼續(xù)拉大。
推動測量控制技術(shù)與儀器儀表之“途”
推進(jìn)我國測量科技進(jìn)入世界前沿,，要兼顧世界測量科技發(fā)展趨勢和我國階段性需求,。以下三個目標(biāo)可布局攻取：一是原創(chuàng)性測量技術(shù)與儀器,，二是國家目標(biāo)導(dǎo)向或測量儀器發(fā)展趨勢的測量技術(shù)與儀器,，三是精密儀器核心技術(shù),。這三大目標(biāo)中,，各有一個優(yōu)先展開協(xié)同創(chuàng)新的方向，分別是先進(jìn)測量方法,、微智能探測器與微納器件制作技術(shù),。
我國和發(fā)達(dá)國家的差距,，除產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)積累不夠外,，更在于測量原理和儀器設(shè)計的原始創(chuàng)新方法上不行,。要改變現(xiàn)狀，需要在幾個方向上下大工夫,。如能源領(lǐng)域的深海,、深地探測，環(huán)境領(lǐng)域中微量化學(xué)物質(zhì)的快速檢測,，地球尺度環(huán)境風(fēng)險的預(yù)警等,；在食品安全與農(nóng)產(chǎn)品藥物殘留檢測方面，探索根據(jù)物質(zhì)的指紋光譜等光學(xué)信息建立快速測量識別物質(zhì)成分的方法，特別是痕量物質(zhì)快速測量方法,；在生命科學(xué)領(lǐng)域,，活細(xì)胞或蛋白構(gòu)造的實時觀察，細(xì)胞內(nèi)分子信息傳遞的視覺化,，細(xì)胞與蛋白標(biāo)識,、檢測裝置的研發(fā)，如微弱熒光觀察裝置等,；攻克復(fù)雜條件制約,，突破現(xiàn)有測量極限，需改變原有模式,、單一原理的方法局限,，對不同學(xué)科進(jìn)行交叉和融合，開展基于數(shù)理方法綜合運(yùn)用的手段創(chuàng)新以實現(xiàn)測量方法的原始創(chuàng)新,，上述這些成果將對科技自主創(chuàng)新產(chǎn)生不可估量的影響,。
傳感器作為傳感網(wǎng)的基礎(chǔ)元件，在今后將有十分廣闊的發(fā)展前景,。目前新型傳感器技術(shù)包括固態(tài)硅傳感器技術(shù),、光纖傳感器技術(shù)、生物芯片技術(shù),、基因芯片技術(shù),、圖像傳感器技術(shù)、全固態(tài)慣性傳感器技術(shù),、多傳感器技術(shù)等在這一領(lǐng)域,，重點(diǎn)發(fā)展新原理、新效應(yīng)的傳感技術(shù),，傳感器智能技術(shù),，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，微型化和低功耗技術(shù),，以及傳感器陣列及多功能,、多傳感參數(shù)傳感器的設(shè)計、制造和封裝技術(shù),。在這一領(lǐng)域,，重點(diǎn)發(fā)展新原理、新效應(yīng)的傳感技術(shù),，傳感器智能技術(shù),，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，微型化和低功耗技術(shù),，以及傳感器陣列及多功能,、多傳感參數(shù)傳感器的設(shè)計,、制造和封裝技術(shù)。
此外,，上zui近發(fā)展的新技術(shù)功能安全技術(shù)及安全儀表,；精密加工技術(shù)和特殊工藝技術(shù)；具有自校準(zhǔn),、自檢測,、自診斷、自適應(yīng)功能智能化技術(shù),；不同生產(chǎn)廠商控制系統(tǒng)之間的無縫連接集成技術(shù),，大型項目的自動化設(shè)備主供應(yīng)商應(yīng)具備的項目策劃、設(shè)計,、組織,、采購、驗收,、調(diào)試等項目管理技術(shù)等都是今后需要攻克的方向,。
突圍測量控制技術(shù)與儀器儀表創(chuàng)新之“法”
在發(fā)達(dá)國家，測量與儀器儀表行業(yè)等高技術(shù)行業(yè)已形成了上下游銜接,、企業(yè)分工合作的格局。我國在該領(lǐng)域也可搞一些規(guī)模適當(dāng),、效率高的國家攻關(guān)工程,。該行業(yè)是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，發(fā)展離不開大學(xué),、研發(fā)院所的智力與人才支撐,。大學(xué)、研發(fā)機(jī)構(gòu)要強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,，分工協(xié)作,。目前我國高校發(fā)揮著研發(fā)主力軍的作用，但高校“姓教”,，其人員編制,、固定經(jīng)費(fèi)仍來自教育任務(wù)。當(dāng)下我國需要發(fā)展出一批技術(shù)有特色,、有創(chuàng)新能力的中小型精儀企業(yè),。調(diào)整政策和機(jī)制，在教學(xué)受益前提下使高校研發(fā)的成果乃至于智力資源迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力,，高校畢業(yè)生尤其是博士去中小企業(yè)就業(yè)任職,，十分必要。
發(fā)展,、提升眾多有實力的中小企業(yè)不僅是儀器儀表行業(yè),，也是我國工業(yè)化繞不開的路徑,。以儀器儀表行業(yè)為例，高技術(shù),、高附加值,、高風(fēng)險為特點(diǎn)的科技型中小企業(yè)不可能靠“土法上馬、因陋就簡”路子培育,，要圍繞高科技產(chǎn)品特點(diǎn)考慮相應(yīng)的配套政策,，如吸引人才創(chuàng)業(yè)，健全真正的風(fēng)險投資意識及渠道等,。
國家對儀器儀表與測量科技創(chuàng)新的支持應(yīng)以事后獎勵為主,，這樣便于研發(fā)投入主體轉(zhuǎn)向受益者而非把納稅人的錢投給企業(yè)。為避免門類繁多的研發(fā)單位各自為戰(zhàn),，出現(xiàn)急功近利的低水平重復(fù),、惡性競爭，可考慮組建獨(dú)立于高校,、院所的國家協(xié)同創(chuàng)新中心,、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，真正起到行業(yè),、集中力量,、合理配置資源以解決實際問題的作用。
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