眾所周知，當今世界已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，信息技術(shù)成為推動(dòng)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。著(zhù)名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森明確指出，“信息技術(shù)包括測量技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)。測量技術(shù)是基礎。”信息技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了新興的龐大的信息產(chǎn)業(yè)，信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為帶動(dòng)世界經(jīng)濟發(fā)展的龍頭產(chǎn)業(yè)。這就是說(shuō)，測量技術(shù)是信息技術(shù)的基礎和源頭，儀器儀表行業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。不言而喻，儀器儀表與測量控制在當今信息時(shí)代推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟的發(fā)展具有何等重要的地位。
一、地位作用
由于儀器儀表與測量控制的重要地位和作用受到了社會(huì )的高度重視，近些年來(lái)國家采取了一系列重大措施加快發(fā)展。值得特別提出的舉措有：
2001年3月舉行的七屆四次全國人大會(huì )議上提出“國家經(jīng)濟與社會(huì )發(fā)展第十個(gè)五年計劃綱要”中明確提出“把發(fā)展儀器儀表放到重要位置”。國家發(fā)展綱要提到儀器儀表，而且放到重要位置，是建國以來(lái)的第一次。緊接著(zhù)，國家計委、經(jīng)貿委、科技部等許多部委都列了若干專(zhuān)項，動(dòng)用了大筆資金支持儀器儀表的發(fā)展。
2005年，國家發(fā)改委正式下達了“加快振興裝備制造業(yè)的若干意見(jiàn)”，提出了在各個(gè)行業(yè)中選出16項重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域立專(zhuān)項支持發(fā)展，其中第11項就是重大工程自動(dòng)化控制系統和精密測試儀器。
2006年制定“國家中長(cháng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規劃綱要”，涉及到了多項儀器儀表與測量控制發(fā)展項目。
2008年4月，科技部、發(fā)改委、教育部和中國科協(xié)聯(lián)合發(fā)出了“關(guān)于加強創(chuàng )新方法工作的若干意見(jiàn)”，正式啟動(dòng)創(chuàng )新方法工作在全國開(kāi)展。這份文件中，明確提出創(chuàng )新方法包括創(chuàng )新思維、創(chuàng )新方法和創(chuàng )新工具三個(gè)要素，創(chuàng )新工具主要就是指推動(dòng)科技創(chuàng )新的科學(xué)儀器。科學(xué)儀器的重要作用被進(jìn)一步提升，開(kāi)發(fā)研究得到更有力的支持。
此外，在863計劃，特別是航天計劃等國家科技發(fā)展計劃中，支持儀器儀表與測量控制的發(fā)展也被放到了重要位置。就是在這樣一個(gè)十分有利的形勢下，近些年來(lái)我國儀器儀表與測量控制得到了迅速的發(fā)展。
二、產(chǎn)業(yè)概況
連續四年增長(cháng)率20%以上
我國儀器儀表行業(yè)是一個(gè)高速、平穩發(fā)展的行業(yè)，但在機械工業(yè)13個(gè)行業(yè)里，儀器儀表不屬于增長(cháng)最高的行業(yè)，四年來(lái)增長(cháng)率在20%～27%之間。
儀器儀表行業(yè)的另一個(gè)特征就是進(jìn)出口逆差比較大，是機械工業(yè)13個(gè)行業(yè)里逆差最大的一個(gè)。2005年，我國儀器儀表行業(yè)進(jìn)出口總額193.59億美元，其中進(jìn)口140.14億美元，同比增長(cháng)15.7%，出口52.45億美元，同比增長(cháng)30.8%。
儀器儀表行業(yè)在整個(gè)機電行業(yè)內屬于改制和轉制進(jìn)展比較快的行業(yè)，相當數量的國有企業(yè)已經(jīng)轉為民營(yíng)，三資企業(yè)也非常活躍，國外許多著(zhù)名的儀器儀表跨國公司都在我國投資或者擴大生產(chǎn)。按經(jīng)濟結構類(lèi)型統計，行業(yè)銷(xiāo)售收入中我國企業(yè)(包括國有、國有控股和民營(yíng)企業(yè))約占55.12%，利潤占54.59%，其余為三資企業(yè)。
我國儀器儀表行業(yè)還有一些值得關(guān)注的情況，首先，中國是發(fā)展中國家，儀器儀表行業(yè)與發(fā)達國家相比有10～15年的差距。但在發(fā)展中國家里，我國是儀器儀表行業(yè)最大最齊全、綜合實(shí)力最強的一個(gè)國家。
其次，我國的儀器儀表需求量很大，是發(fā)展最快的國家之一。世界上儀器儀表的增長(cháng)率是3%～4%，我國已連續四年實(shí)現20%以上的年增長(cháng)率，有的產(chǎn)品已經(jīng)占了全世界的十分之一。
第三，目前，儀器儀表行業(yè)是直接與外商競爭的行業(yè)，外資在華已進(jìn)入第三階段。第一階段是合資和技術(shù)輸出為主，20世紀90年代前后的合資轉成控股為第二階段，現在已進(jìn)入到以獨資和兼并我國優(yōu)秀企業(yè)為主的第三階段。
第四，一些中低檔產(chǎn)品已具有規模優(yōu)勢和國際市場(chǎng)競爭力。比如普通數字萬(wàn)用表等產(chǎn)品占了世界很大產(chǎn)量，家用電度表生產(chǎn)能力占世界的50%。目前，我國已成為電度表、顯微鏡、望遠鏡、溫度計、壓力表、水表、煤氣表、光學(xué)元件等產(chǎn)品的生產(chǎn)和出口大國，集裝箱檢測設備等高檔產(chǎn)品的出口也開(kāi)始取得突破。
三、技術(shù)現狀
大部分高端市場(chǎng)被跨國公司占領(lǐng)
儀器儀表產(chǎn)品品種門(mén)類(lèi)繁多，覆蓋面很廣。按照國家新的國民經(jīng)濟分類(lèi)標準，儀器儀表產(chǎn)品有20小類(lèi)，可歸納為工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統、科學(xué)測試儀器、常用儀器儀表和專(zhuān)用儀器儀表4類(lèi)。其中，對國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)和重大裝備影響最大、代表行業(yè)水平的是自動(dòng)化控制系統及主干現場(chǎng)儀表、關(guān)鍵精密測試儀器兩大部分。
自動(dòng)化控制系統及主干現場(chǎng)儀表
按產(chǎn)品技術(shù)水平、來(lái)源和市場(chǎng)狀況，自動(dòng)化控制系統及主干現場(chǎng)儀表大致可分成以下四類(lèi)。
第一類(lèi)，一般常用的測溫、測壓、流量、顯示和控制調節儀表產(chǎn)品。此類(lèi)產(chǎn)品以中低檔居多，產(chǎn)品的改進(jìn)提高和市場(chǎng)適應性研發(fā)，我國企業(yè)已有能力承擔。
第二類(lèi)，上世紀80年代和90年代初期引進(jìn)技術(shù)并已國產(chǎn)化的產(chǎn)品。這類(lèi)產(chǎn)品我國企業(yè)已掌握核心制造技術(shù)，能夠穩定生產(chǎn)，產(chǎn)品有一定的市場(chǎng)占有率。但由于國外新一代產(chǎn)品已經(jīng)成熟并大量進(jìn)入市場(chǎng)，因此目前我國企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品主要用于中小工程項目。
第三類(lèi)，我國自行研發(fā)的高中檔產(chǎn)品，代表性產(chǎn)品如分散型控制系統(DCS)和電磁流量計。這些產(chǎn)品的基本性能和功能已與國外產(chǎn)品接近，有較高的市場(chǎng)占有率，并在不斷上升。但應用對象仍以中小工程項目為主，用于大型工程項目的主要是非主要裝置、非主要控制系統和非關(guān)鍵工位。
第四類(lèi)，以國家重點(diǎn)工程為主的大型工程項目采用的高中檔產(chǎn)品。目前，我國絕大部分項目采用三資企業(yè)生產(chǎn)和進(jìn)口的產(chǎn)品，例如大型DCS系統、PLC、核電數字控制系統及儀表、高精度壓力/差壓變送器、大壓差/耐磨/耐沖擊調節閥、質(zhì)量流量計、超聲波流量計等產(chǎn)品，以及用量少、技術(shù)難度大、專(zhuān)用性強的品種。
精密測試儀器
我國現階段研制生產(chǎn)的精密測試儀器，整體達到國際上世紀90年代初中期技術(shù)水平，主要包括色譜儀器、光譜儀器、電化學(xué)儀器、研究型光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子天平、離心機、電子萬(wàn)能試驗機、超聲波探傷機、X射線(xiàn)探傷機、電子經(jīng)緯儀、精密電測儀器等。一些產(chǎn)品的技術(shù)水平接近、達到當前國際同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平，例如微波等離子光譜儀、便攜式光離子化氣相色譜儀、全自動(dòng)原子吸收分光光度計、原子熒光分光光度計、激光干涉計量?jì)x器、全站儀、全自動(dòng)智能超聲波探傷機、全自動(dòng)遠程診斷光學(xué)顯微鏡等。
目前，我國企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足科研、生產(chǎn)和社會(huì )各個(gè)方面的一般性需求，但是高端需要主要依賴(lài)進(jìn)口。
四、發(fā)展趨勢
科學(xué)儀器未來(lái)發(fā)展應當關(guān)注以下幾個(gè)方面：
1、分析儀器
光學(xué)捕獲(Opticaltrapping)是一種新型的光學(xué)微操作技術(shù)。它將一束光用高數值孔徑的物鏡聚焦成微米級的光斑，形成梯度來(lái)實(shí)現對微小粒子的捕獲和移動(dòng)。這項技術(shù)被廣泛應用于各種微觀(guān)領(lǐng)域的研究。
微型色譜儀將會(huì )得到很快的發(fā)展。C2V公司已經(jīng)推出了世界上最小最快的手持式氣相色譜儀，主機大小僅124×84×60mm，所含柱模塊大小為60×100×12.5mm，可在10-30秒內完成天然氣主要成份的全分析。
NMR的微型化近年來(lái)已經(jīng)取得重大進(jìn)展，瑞士Neuchatel大學(xué)開(kāi)發(fā)成功一種高質(zhì)量因子可供微流控芯片NMR全分析系統使用的射頻平面微線(xiàn)圈，所需樣品量?jì)H為1-100納升，并可在幾秒內獲得所需的信噪比。NMR微型化應當是值得關(guān)注的發(fā)展方向。
光頻光梳光譜法(Opticalfrequencycombspectroscopy)是最新發(fā)展起來(lái)的另一種重要的儀器技術(shù)，采用這種技術(shù)可以在極短的時(shí)間內以很高的靈敏度檢測許多不同的氣體，將在臨床診斷領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
2、精密檢測儀器
當今時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入分子、原子分析檢測新階段，微納科技的發(fā)展直接推動(dòng)了精密檢測儀器的快速發(fā)展。值得特別關(guān)注是MEMS/NEMS(微電機系統/納機電系統)測試儀器,以?huà)呙杷淼里@微鏡和原子力顯微鏡為代表的掃描探針顯微鏡,以及基于STM/AFM的基本原理新發(fā)展起來(lái)一系列SPM,如磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡等這些儀器的新發(fā)展。
3、光子成像儀器
一個(gè)以光子學(xué)與生命科學(xué)相互融合的新學(xué)科——生物醫學(xué)光子學(xué)隨著(zhù)激光、電子、光譜、顯微及光纖等技術(shù)的發(fā)展而迅速成長(cháng)起來(lái)，應運而生出現了不少新型科學(xué)儀器。應用這些儀器不但豐富了人們對于光與生物組織體相互作用機理的認識，而且促進(jìn)了各種新的生物研究?jì)x器和醫學(xué)診斷儀器的發(fā)明。光子成像技術(shù)主要包括漫射光層析成像、熒光成像、相干層析成像、光聲成像等。光學(xué)相干層像(OCT)結合了共焦顯微術(shù)和低相干光的外差探測技術(shù)，它是一種在一維光學(xué)低相干反射測量技術(shù)的基礎上擴展而來(lái)的二維或三維成像技術(shù)。
4、光譜分析儀器
過(guò)去，光譜分析儀器主要應用在基礎學(xué)科研究和礦物分析、產(chǎn)品質(zhì)量監控等領(lǐng)域。值得關(guān)注一個(gè)新的發(fā)展動(dòng)向是，由于人類(lèi)生存和發(fā)展一些迫切的需求，同時(shí)計算機軟硬件、微電子、計算數學(xué)、微型器件發(fā)展提供的新技術(shù)成果，使得光譜技術(shù)和儀器向生物、環(huán)境、醫療等領(lǐng)域快速拓展，無(wú)論理論研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和儀器創(chuàng )新都有了明顯的發(fā)展，今后還將更快發(fā)展。
五、國際差距
現代工業(yè)儀器儀表的發(fā)展，不但取決于產(chǎn)品技術(shù)水平，而且涉及工程應用技術(shù)。近年來(lái)，不少測控設備生產(chǎn)企業(yè)以及火電、石化、冶金等應用部門(mén)的科技型企業(yè)和工程公司在應用軟件開(kāi)發(fā)和系統集成技術(shù)等方面有了相當進(jìn)展，通過(guò)承擔國外控制系統和產(chǎn)品的工程應用，掌握了一批大型工程和裝置的自控應用技術(shù)。但隨著(zhù)國外現場(chǎng)總線(xiàn)、SOLUTION、MIV、EPC等技術(shù)和工程總成方式的發(fā)展，我國自控系統及現場(chǎng)儀表進(jìn)入大型工程的困難將進(jìn)一步增加。
我國自動(dòng)化控制系統及現場(chǎng)儀表和關(guān)鍵精密測試儀器，與國際水平總體上仍有10～15年的差距。
差距一：產(chǎn)品可靠性差
現代工業(yè)儀器儀表的總體特征是高可靠性、高性能、高適用性，我國企業(yè)的大部分產(chǎn)品與國外產(chǎn)品的差距也正是在這方面。例如，我國自行研發(fā)的分散型控制系統(DCS)和電磁流量計，這些產(chǎn)品的基本性能和功能已接近國際水平，但在可靠性和工程應用能力等方面尚有一定差距。
差距二：數字化、智能化、集成化水平低
現代工業(yè)儀器儀表的技術(shù)特點(diǎn)和趨勢是數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化和集成化，而我國產(chǎn)品一般常規品種居多，智能型產(chǎn)品剛剛起步。以核電控制系統及儀表集成為例，由于基礎較弱，進(jìn)入數字控制技術(shù)時(shí)代以后，差距更大。
差距三：高新技術(shù)差
國外的智能執行器已采用變頻調速、新型電機、低工耗、微型壓電陶瓷I/P轉換器、藍牙通信技術(shù)、智能化和現場(chǎng)總線(xiàn)等新技術(shù)，而國內才開(kāi)始起步。
差距四：產(chǎn)品精密度低
以質(zhì)量流量計為例，國外的測量精度分為4個(gè)檔次，精度最高并能測量氣體的為0.1級，最普遍的為0.15級，而國內目前只能達到經(jīng)濟型的0.2級和適用型的0.5級。再如我國在加油站的計量?jì)x表一般是..5%的精度，但是國外30萬(wàn)噸的油輪到我國交貨的精確度要到0.1%。
差距五：品種規格不全
以高精度智能壓力/差壓變送器為例，國產(chǎn)變送器在測量基準量程上缺少1kPa以下微低壓、800kPa以上高差壓量程、16MPa以上高靜壓、耐腐蝕等規格的產(chǎn)品，因此有些工程或系統應用的特殊要求不能滿(mǎn)足。
差距六：自動(dòng)化程度低
例如高性能光電直讀光譜儀，國外儀器真空度由電腦實(shí)時(shí)監控，而國產(chǎn)儀器在許多方面依舊需要人工操作。
差距七：高檔產(chǎn)品少
目前我國高檔產(chǎn)品少，甚至是空白。以原子吸收分光光度計為例，國外已有塞曼背景校正技術(shù)的高檔儀器，國內至今尚未研制，高端需要主要依賴(lài)進(jìn)口。
差距八：市場(chǎng)占有率低
以可編程控制器(PLC)為例，目前中國PLC市場(chǎng)95%以上被國外產(chǎn)品占領(lǐng)。歐美產(chǎn)品在大中型PLC領(lǐng)域占有絕對優(yōu)勢，日本產(chǎn)品在小型PLC領(lǐng)域占有優(yōu)勢，韓國和中國臺灣的產(chǎn)品也有一定的市場(chǎng)份額。中國本土自主品牌PLC的市場(chǎng)影響非常小，很難形成規模經(jīng)濟。
六、重大進(jìn)展
我國儀器儀表與測量控制雖還存在不小差距，面臨著(zhù)落后被動(dòng)的局面。但是，由于國家的重視和支持，儀器儀表界和廣大科技術(shù)工作者的努力奮斗，近年來(lái)我國儀器儀表與測量控制依然取得了可喜的成績(jì)，獲得了很大的發(fā)展。認真總結我國??和增強信心。下面我們簡(jiǎn)要的回顧一下我國儀器儀表與測量控制近年來(lái)的重大進(jìn)展。
1、工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統
在工業(yè)自動(dòng)化儀表方面，近年來(lái)溫度儀表的重要進(jìn)展主要體現在紅外熱像儀的應用迅速擴大。流量?jì)x表內錐流量計創(chuàng )新成果顯著(zhù)，我國已經(jīng)擁有各種與V錐相關(guān)或相近的流量計產(chǎn)品專(zhuān)利超過(guò)20項，其中至少6項目是發(fā)明專(zhuān)利，超過(guò)了美國，成為V錐流量計專(zhuān)利高產(chǎn)國。國產(chǎn)低端壓力變送器和帶HART功能的壓力變送器近年來(lái)也發(fā)展很快，品種多、規格全、價(jià)格低，在市場(chǎng)上已經(jīng)很具競爭力。控制閥行業(yè)近年來(lái)的進(jìn)展是顯著(zhù)的，產(chǎn)品“跑冒滴漏”現象得到很大改進(jìn)，不少產(chǎn)品質(zhì)量達到國外主流產(chǎn)品水平。
2、科學(xué)儀器
科學(xué)儀器最能體現儀器儀表既是知識創(chuàng )新和技術(shù)創(chuàng )新的重要工具，也是科技創(chuàng )新研究的主題內容之一和創(chuàng )新成就的重要體現。
近年來(lái)，在國家的大力支持下，科學(xué)儀器獲得了很快發(fā)展，以質(zhì)譜儀為代表的高端科學(xué)儀器取得了重大進(jìn)展，出現了可以與國外產(chǎn)品競爭的國產(chǎn)色——質(zhì)聯(lián)用儀器。特別是，我國“嫦娥”環(huán)月空間衛星上天，就攜帶了我國自主研發(fā)的多光譜遙測、信號傳送儀器。四川汶川大地震，全國各地很快送去了大量環(huán)境、水文測量便攜式分析儀器，表明了我國科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的實(shí)力。
此外，近年來(lái)在科學(xué)儀器領(lǐng)域我國還取得了多項很有價(jià)值的進(jìn)展。比如，自主研制出領(lǐng)先國際的分子束科學(xué)儀器——氫原子里德伯態(tài)飛渡時(shí)間譜交叉分子束裝置;國際第一臺真空紫外激光角分辨光電子能譜儀;離子遷移譜探測技術(shù)痕量爆炸物快速檢測儀;新型生命探測儀器“SJ—3000搜救雷達”;便攜式高分辨淺水多波束測深儀;光學(xué)捕獲理論研究取得進(jìn)展;光學(xué)相干層析成像技術(shù)及相關(guān)儀器開(kāi)發(fā)取得多方面進(jìn)展等等。
3、醫療儀器
國家“十一五”規劃和建設創(chuàng )新型國家都把醫療儀器產(chǎn)業(yè)列為重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，國家在研發(fā)、技術(shù)平臺建設、研究中心、重點(diǎn)實(shí)驗室、產(chǎn)業(yè)基地各方面都加大了支持的力度，近年來(lái)醫療儀器也取得了長(cháng)足的進(jìn)展。在醫學(xué)影像儀器方面，X射線(xiàn)機、計算機斷層掃描機(CT)、超聲掃描成像儀以及影像后處理與分析系統，無(wú)論技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量都有顯著(zhù)提高。
在醫用電子技術(shù)和儀器方面，值得提出的是清華大學(xué)研制出可作為個(gè)人電腦外設的腦控鍵盤(pán)和鼠標，還研制完成基于嵌入系統的腦控家居環(huán)境控制器，用于幫助喪失運動(dòng)能力長(cháng)期臥床的殘疾人，2007年世界技術(shù)評估中心對這一成果給予了高度的評價(jià)。
醫用激光儀器方面，復旦大學(xué)和長(cháng)春應用化學(xué)研究所經(jīng)過(guò)4年共同努力，利用毛細血管電泳電化學(xué)發(fā)光檢測、表面等離子體共振(SPR)及激光誘導熒光和其他光譜技術(shù)，并和蛋白質(zhì)芯片或基因芯片傳感器等技術(shù)相結合，創(chuàng )新研制出某些腫瘤標志物的快速檢測儀及配套的腫瘤標志物分析參數數據庫，對惡性腫瘤的預警和早期診斷具有很高的臨床應用價(jià)值。
生物芯片技術(shù)在疾病分子診斷、個(gè)體化醫療和保健、新藥研究和開(kāi)發(fā)、優(yōu)生優(yōu)育、公共衛生及傳染病監控等許多領(lǐng)域具有廣泛的應用價(jià)值。
4、電子與電工測量?jì)x器
一是微波毫米波矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀器跨入了世界先進(jìn)行列，二是電能表綜合技術(shù)達到國際先進(jìn)水平。矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀是現代電子裝備必備的關(guān)鍵的測試設備。我國在前幾年研制成功矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀基礎上，將其應用領(lǐng)域從線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )向非線(xiàn)性、大功率網(wǎng)絡(luò )的測試和分析發(fā)展，掌握了多種以矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀為核心的自動(dòng)測試技術(shù)和自動(dòng)測試系統構成及應用，使我國矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的設計、制造和應用水平跨入了國際先進(jìn)行列。我國是電能表生產(chǎn)大國，近年來(lái)非常注意在準確度、可靠性、功能、能耗、產(chǎn)品兼容性、環(huán)境適應性及可維護性等多方面提高技術(shù)水平，在國際市場(chǎng)上占有重要地位。
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