眾所周知,儀器儀表是工業(yè)生產的“倍增器”,科學研究的“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”?!膀札垺鄙顫?,“神十”探空,人類以儀器儀表為工具,通過測量認識世界。當代社會發(fā)展,產業(yè)升級、減災防災、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與儀器儀表的研究、制造卻與國際先進水平存在明顯差距。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,單純依靠進口設備、進口技術,不能提高我國儀器儀表水平。如何將進口的設備技術轉化為自己的,如何推進測量科技自主創(chuàng)新進入世界前沿水平,成為行業(yè)所關注的焦點。
測量控制技術與儀器儀表之“重”
先進的測量科技和精密儀器是科學發(fā)現(xiàn)的工具、技術創(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生。如質譜儀的發(fā)明使我們能按原子、分子的質量差異進行分離,檢測物質組成;計算機X射線斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)等技術使我們可以更早發(fā)現(xiàn)疾病;圖像傳感器(CCD)已是手機、數(shù)碼相機中的關鍵元器件,這些儀器和方法的發(fā)明者也都獲得了諾貝爾獎。據(jù)不完全統(tǒng)計,一個多世紀以來,諾貝爾自然科學獎項中,有68.4%的物理學獎、74.6%的化學獎和90%的生物醫(yī)學獎是借助各種先進儀器完成的。
此外,測量控制與儀器儀表科技水平還反映國家實力。美國商務部國家標準與技術研究所上世紀90年代中期發(fā)布的數(shù)據(jù)表明,美國儀器儀表產值約占國民總產值的4%,但它拉動的相關產值卻高達66%。2007年美國商務部國家標準技術研究所的戰(zhàn)略報告指出,21世紀制造業(yè)和人們生活質量提高的關鍵是測量技術,此領域對維系國家競爭力也不可或缺。日本為奪回在測量分析儀器上的優(yōu)勢,文部省啟動了尖端測量事業(yè),投資達上百億日元。
事實上,現(xiàn)代化大生產,如發(fā)電、煉油、化工、冶金、飛機和汽車制造等,離開了只占企業(yè)固定資產大約10%的各種測量與控制儀器儀表裝置就不能正常安全生產,更難以創(chuàng)造巨額的產值和利潤。專家們形象地把儀器儀表比喻為國民經(jīng)濟中的“卡脖子”產業(yè)。
現(xiàn)代,隨著經(jīng)濟發(fā)展與自然環(huán)境所需的平衡,測量控制技術與儀器儀表承擔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)產生影響的?二惡英濃度低,測量方法復雜并只能離線進行,環(huán)境科學的發(fā)展迫切需要發(fā)明痕量物質監(jiān)測的新測量方法和儀器監(jiān)測二惡英。而痕量物質對人們健康影響的機理、評估與監(jiān)測方法等更是亟待突破的科學問題。
測量控制技術與儀器儀表之“困”
中國科協(xié)2007年3月發(fā)布了他們組織的調查結果:中國儀器儀表中的主體分析儀器,社會上正在應用的有90余種分析儀器,中國能夠生產的產品為20余種,不到總量的1/3。其中,生命科學專用儀器約有80余種,中國商品化的生命科學專用儀器產品只有6種,目前在研的約10多種,離市場需求相差很遠。這是數(shù)量上的差距。
在技術上,現(xiàn)有國內中低檔產品大部分可與替代進口產品,大拿高檔產品的可靠性指標,即平均無故障運行時間與國外產品相比,約相差l一2個數(shù)量級。在測量精度上,現(xiàn)有國內產品與外國產品一般相差1個數(shù)量級。因為中國對儀器的基礎技術和制造工藝的研究不夠,一些影響可靠性的關鍵技術,如精密加工技術、密封技術,焊接技術等至今還沒有得到很好的解決,導致產品,特別是高檔產品的性能不夠穩(wěn)定和可靠。
在功能上,目前,外國產智能化程度相當高,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,提高了產品的耐環(huán)境性和測量真實性。而國內現(xiàn)有產品智能化程度還較低。另外,產品的網(wǎng)絡化在國外已經(jīng)進入實用階段,而我國基本上處在起步階段,從而使產品的性能、功能落后。
有關專家介紹,當今國外產品的更新周期大約在2—3年。新技術的儲備往往可以提前到10年。而我國企業(yè)往往通過引進外國技術來實現(xiàn)一代產品的更新,引進后又不能很好消化吸收,在新產品開發(fā)方面原創(chuàng)性成果很少。一些采用新原理的產品,在我國還處于空白狀態(tài)??蒲性核诟櫺录夹g方面雖然有成果,但與企業(yè)結合產業(yè)化相當艱難,導致產品技術更新的周期長。
此外,國內儀器缺乏針對使用對象而開發(fā)的專用解決方案。國外近年測量控制與儀器儀表的發(fā)展趨勢是開發(fā)儀器儀表與應用對象緊密結合的軟件產品,最終向用戶提供個性化的解決方案。例如針對6×10‘kW火電機組的機組性能計算軟件、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,國內企業(yè)在這方面尚未形成產業(yè)。
當前,我國在測量技術與精密儀器方面與世界強國差距大,由此導致的科技創(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。
推動測量控制技術與儀器儀表之“途”
推進我國測量科技進入世界前沿,要兼顧世界測量科技發(fā)展趨勢和我國階段性需求。以下三個目標可布局攻取:一是原創(chuàng)性測量技術與儀器,二是國家目標導向或測量儀器發(fā)展趨勢引領的測量技術與儀器,三是精密儀器核心技術。這三大目標中,各有一個優(yōu)先展開協(xié)同創(chuàng)新的方向,分別是先進測量方法、微智能探測器與微納器件制作技術。
我國和發(fā)達國家的差距,除產業(yè)規(guī)模、技術積累不夠外,更在于測量原理和儀器設計的原始創(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。如能源領域的深海、深地探測,環(huán)境領域中微量化學物質的快速檢測,地球尺度環(huán)境風險的預警等;在食品安全與農產品藥物殘留檢測方面,探索根據(jù)物質的指紋光譜等光學信息建立快速測量識別物質成分的方法,特別是痕量物質快速測量方法;在生命科學領域,活細胞或蛋白構造的實時觀察,細胞內分子信息傳遞的視覺化,細胞與蛋白標識、檢測裝置的研發(fā),如微弱熒光觀察裝置等;攻克復雜條件制約,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,對不同學科進行交叉和融合,開展基于數(shù)理方法綜合運用的手段創(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)新產生不可估量的影響。
傳感器作為傳感網(wǎng)的基礎元件,在今后將有十分廣闊的發(fā)展前景。目前新型傳感器技術包括固態(tài)硅傳感器技術、光纖傳感器技術、生物芯片技術、基因芯片技術、圖像傳感器技術、全固態(tài)慣性傳感器技術、多傳感器技術等在這一領域,重點發(fā)展新原理、新效應的傳感技術,傳感器智能技術,傳感器網(wǎng)絡技術,微型化和低功耗技術,以及傳感器陣列及多功能、多傳感參數(shù)傳感器的設計、制造和封裝技術。在這一領域,重點發(fā)展新原理、新效應的傳感技術,傳感器智能技術,傳感器網(wǎng)絡技術,微型化和低功耗技術,以及傳感器陣列及多功能、多傳感參數(shù)傳感器的設計、制造和封裝技術。
此外,國際上最近發(fā)展的新技術功能安全技術及安全儀表;精密加工技術和特殊工藝技術;具有自校準、自檢測、自診斷、自適應功能智能化技術;不同生產廠商控制系統(tǒng)之間的無縫連接集成技術,大型項目的自動化設備主供應商應具備的項目策劃、設計、組織、采購、驗收、調試等項目管理技術等都是今后需要攻克的方向。
突圍測量控制技術與儀器儀表創(chuàng)新之“法”
在發(fā)達國家,測量與儀器儀表行業(yè)等高技術行業(yè)已形成了上下游銜接、企業(yè)分工合作的格局。我國在該領域也可搞一些規(guī)模適當、效率高的國家攻關工程。該行業(yè)是技術密集型產業(yè),發(fā)展離不開大學、研發(fā)院所的智力與人才支撐。大學、研發(fā)機構要強強聯(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)費仍來自教育任務。當下我國需要發(fā)展出一批技術有特色、有創(chuàng)新能力的中小型精儀企業(yè)。調整政策和機制,在教學受益前提下使高校研發(fā)的成果乃至于智力資源迅速轉變?yōu)樯a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、高附加值、高風險為特點的科技型中小企業(yè)不可能靠“土法上馬、因陋就簡”路子培育,要圍繞高科技產品特點考慮相應的配套政策,如吸引高端人才創(chuàng)業(yè),健全真正的風險投資意識及渠道等。
國家對儀器儀表與測量科技創(chuàng)新的支持應以事后獎勵為主,這樣便于研發(fā)投入主體轉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、惡性競爭,可考慮組建獨立于高校、院所的國家協(xié)同創(chuàng)新中心、產業(yè)聯(lián)盟,真正起到引領行業(yè)、集中力量、合理配置資源以解決實際問題的作用。
資料來源:廣州紋徠儀器儀表有限公司
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