眾所周知,當今世界已經(jīng)進入信息時代,信息技術成為推動科學技術高速發(fā)展的關鍵技術.著名科學家錢學森明確指出,"信息技術包括測量技術、計算機技術和通信技術.測量技術是基礎."信息技術的快速發(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)成為帶動世界經(jīng)濟發(fā)展的龍頭產(chǎn)業(yè).這就是說,測量技術是信息技術的基礎和源頭,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代推動科學技術和國民經(jīng)濟的發(fā)展具有何等重要的地位.
一、產(chǎn)業(yè)概況
連續(xù)四年增長率20%以上
我國儀器儀表行業(yè)是一個高速、平穩(wěn)發(fā)展的行業(yè),但在機械工業(yè)13個行業(yè)里,儀器儀表不屬于增長最高的行業(yè),四年來增長率在20%～27%之間.
儀器儀表行業(yè)的另一個特征就是進出口逆差比較大,是機械工業(yè)13個行業(yè)里逆差最大的一個.2005年,我國儀器儀表行業(yè)進出口總額193.59億美元,其中進口140.14億美元,同比增長15.7%,出口52.45億美元,同比增長30.8%.
儀器儀表行業(yè)在整個機電行業(yè)內(nèi)屬于改制和轉制進展比較快的行業(yè),相當數(shù)量的國有企業(yè)已經(jīng)轉為民營,三資企業(yè)也非?；钴S,國外許多著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)濟結構類型統(tǒng)計,行業(yè)銷售收入中我國企業(yè)(包括國有、國有控股和民營企業(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、綜合實力最強的一個國家.
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率是3%～4%,我國已連續(xù)四年實現(xiàn)20%以上的年增長率,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),外資在華已進入第三階段.第工一階段是合資和技術輸出為主,20世紀90年代前后的合資轉成控股為第二階段,現(xiàn)在已進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(guī)模優(yōu)勢和國際市場競爭力.比如普通數(shù)字萬用表等產(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)品的出口也開始取得突破.
二、技術現(xiàn)狀
大部分高端市場被跨國公司占領
儀器儀表產(chǎn)品品種門類繁多,覆蓋面很廣.按照國家新的國民經(jīng)濟分類標準,儀器儀表產(chǎn)品有20小類,可歸納為工業(yè)自動化儀表和控制系統(tǒng)、科學測試儀器、常用儀器儀表和專用儀器儀表4類.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)水平的是自動化控制系統(tǒng)及主干現(xiàn)場儀表、關鍵精密測試儀器兩大部分.
自動化控制系統(tǒng)及主干現(xiàn)場儀表
按產(chǎn)品技術水平、來源和市場狀況,自動化控制系統(tǒng)及主干現(xiàn)場儀表大致可分成以下四類.
第工一類,一般常用的測溫、測壓、流量、顯示和控制調(diào)節(jié)儀表產(chǎn)品.此類產(chǎn)品以中低檔居多,產(chǎn)品的改進提高和市場適應性研發(fā),我國企業(yè)已有能力承擔.
第二類,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(tǒng)(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(tǒng)和非關鍵工位.
第三類,上世紀80年代和90年代初期引進技術并已國產(chǎn)化的產(chǎn)品.這類產(chǎn)品我國企業(yè)已掌握核心制造技術,能夠穩(wěn)定生產(chǎn),產(chǎn)品有一定的市場占有率.但由于國外新一代產(chǎn)品已經(jīng)成熟并大量進入市場,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.
第四類,以國家重點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)和進口的產(chǎn)品,例如大型DCS系統(tǒng)、PLC、核電數(shù)字控制系統(tǒng)及儀表、高精度壓力/差壓變送器、大壓差/耐磨/耐沖擊調(diào)節(jié)閥、質量流量計、超聲波流量計等產(chǎn)品,以及用量少、技術難度大、專用性強的品種.
精密測試儀器
我國現(xiàn)階段研制生產(chǎn)的精密測試儀器,整體達到國際上世紀90年代初中期技術水平,主要包括色譜儀器、光譜儀器、電化學儀器、研究型光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子天平、離心機、電子萬能試驗機、超聲波探傷機、X射線探傷機、電子經(jīng)緯儀、精密電測儀器等.一些產(chǎn)品的技術水平接近、達到當前國際同類產(chǎn)品的先進水平,例如微波等離子光譜儀、便攜式光離子化氣相色譜儀、全自動原子吸收分光光度計、原子熒光分光光度計、激光干涉計量儀器、全站儀、全自動智能超聲波探傷機、全自動遠程診斷光學顯微鏡等.
目前,我國企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠滿足科研、生產(chǎn)和社會各個方面的一般性需求,但是高端需要主要依賴進口.
三、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的高度重視,近些年來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議上提出"國家經(jīng)濟與社會發(fā)展第十個五年計劃綱要"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,是建國以來的第工一次.緊接著,國家計委、經(jīng)貿(mào)委、科技部等許多部委都列了若干專項,動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",提出了在各個行業(yè)中選出16項重點發(fā)展領域立專項支持發(fā)展,其中第11項就是重大工程自動化控制系統(tǒng)和精密測試儀器.
2006年制定"國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)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"關于加強創(chuàng)新方法工作的若干意見",正式啟動創(chuàng)新方法工作在全國開展.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)新工具三個要素,創(chuàng)新工具主要就是指推動科技創(chuàng)新的科學儀器.科學儀器的重要作用被進一步提升,開發(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.就是在這樣一個十分有利的形勢下,近些年來我國儀器儀表與測量控制得到了迅速的發(fā)展.
四、發(fā)展趨勢
科學儀器未來發(fā)展應當關注以下幾個方面:
1、精密檢測儀器
當今時代已經(jīng)進入分子、原子分析檢測新階段,微納科技的發(fā)展直接推動了精密檢測儀器的快速發(fā)展.值得特別關注是MEMS/NEMS(微電機系統(tǒng)/納機電系統(tǒng))測試儀器,以掃描隧道顯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.
2、分析儀器
光學捕獲(Optical trapping)是一種新型的光學微操作技術.它將一束光用高數(shù)值孔徑的物鏡聚焦成微米級的光斑,形成梯度來實現(xiàn)對微小粒子的捕獲和移動.這項技術被廣泛應用于各種微觀領域的研究.
微型色譜儀將會得到很快的發(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(nèi)完成天然氣主要成份的全分析.
NMR的微型化近年來已經(jīng)取得重大進展,瑞士Neuchatel大學開發(fā)成功一種高質量因子可供微流控芯片NMR全分析系統(tǒng)使用的射頻平面微線圈,所需樣品量僅為1-100納升,并可在幾秒內(nèi)獲得所需的信噪比.NMR微型化應當是值得關注的發(fā)展方向.
光頻光梳光譜法(Optical frequency comb spectroscopy)是最新發(fā)展起來的另一種重要的儀器技術,采用這種技術可以在極短的時間內(nèi)以很高的靈敏度檢測許多不同的氣體,將在臨床診斷領域發(fā)揮重要作用.
3、光譜分析儀器
過去,光譜分析儀器主要應用在基礎學科研究和礦物分析、產(chǎn)品質量監(jiān)控等領域.值得關注一個新的發(fā)展動向是,由于人類生存和發(fā)展一些迫切的需求,同時計算機軟硬件、微電子、計算數(shù)學、微型器件發(fā)展提供的新技術成果,使得光譜技術和儀器向生物、環(huán)境、醫(yī)療等領域快速拓展,無論理論研究、技術開發(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.
4、光子成像儀器
一個以光子學與生命科學相互融合的新學科——生物醫(yī)學光子學隨著激光、電子、光譜、顯微及光纖等技術的發(fā)展而迅速成長起來,應運而生出現(xiàn)了不少新型科學儀器.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,而且促進了各種新的生物研究儀器和醫(yī)學診斷儀器的發(fā)明.光子成像技術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.光學相干層像(OCT)結合了共焦顯微術和低相干光的外差探測技術,它是一種在一維光學低相干反射測量技術的基礎上擴展而來的二維或三維成像技術.
五、國際差距
現(xiàn)代工業(yè)儀器儀表的發(fā)展,不但取決于產(chǎn)品技術水平,而且涉及工程應用技術.近年來,不少測控設備生產(chǎn)企業(yè)以及火電、石化、冶金等應用部門的科技型企業(yè)和工程公司在應用軟件開發(fā)和系統(tǒng)集成技術等方面有了相當進展,通過承擔國外控制系統(tǒng)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.但隨著國外現(xiàn)場總線、SOLUTION、MIV、EPC等技術和工程總成方式的發(fā)展,我國自控系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表進入大型工程的困難將進一步增加.
我國自動化控制系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表和關鍵精密測試儀器,與國際水平總體上仍有10～15年的差距.
差距一:數(shù)字化、智能化、集成化水平低
現(xiàn)代工業(yè)儀器儀表的技術特點和趨勢是數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化和集成化,而我國產(chǎn)品一般常規(guī)品種居多,智能型產(chǎn)品剛剛起步.以核電控制系統(tǒng)及儀表集成為例,由于基礎較弱,進入數(shù)字控制技術時代以后,差距更大.
差距二:產(chǎn)品可靠性差
現(xiàn)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(tǒng)(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.
差距三:產(chǎn)品精密度低
以質量流量計為例,國外的測量精度分為4個檔次,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(nèi)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儀表一般是..5%的精度,但是國外30萬噸的油輪到我國交貨的精確度要到0.1%.
差距四:品種規(guī)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(guī)格的產(chǎn)品,因此有些工程或系統(tǒng)應用的特殊要求不能滿足.
差距五:高新技術差
國外的智能執(zhí)行器已采用變頻調(diào)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、智能化和現(xiàn)場總線等新技術,而國內(nèi)才開始起步.
差距六:自動化程度低
例如高性能光電直讀光譜儀,國外儀器真空度由電腦實時監(jiān)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的高檔儀器,國內(nèi)至今尚未研制,高端需要主要依賴進口.
差距八:市場占有率低
以可編程控制器(PLC)為例,目前中國PLC市場95%以上被國外產(chǎn)品占領.歐美產(chǎn)品在大中型PLC領域占有絕對優(yōu)勢,日本產(chǎn)品在小型PLC領域占有優(yōu)勢,韓國和中國臺灣的產(chǎn)品也有一定的市場份額.中國本土自主品牌PLC的市場影響非常小,很難形成規(guī)模經(jīng)濟.
六、重大進展
我國儀器儀表與測量控制雖還存在不小差距,面臨著落后被動的局面.但是,由于國家的重視和支持,儀器儀表界和廣大科技術工作者的努力奮斗,近年來我國儀器儀表與測量控制依然取得了可喜的成績,獲得了很大的發(fā)展.認真總結我國??和增強信心.下面我們簡要的回顧一下我國儀器儀表與測量控制近年來的重大進展.
1、科學儀器
科學儀器最能體現(xiàn)儀器儀表既是知識創(chuàng)新和技術創(chuàng)新的重要工具,也是科技創(chuàng)新研究的主題內(nèi)容之一和創(chuàng)新成就的重要體現(xiàn).
近年來,在國家的大力支持下,科學儀器獲得了很快發(fā)展,以質譜儀為代表的高端科學儀器取得了重大進展,出現(xiàn)了可以與國外產(chǎn)品競爭的國產(chǎn)色——質聯(lián)用儀器.特別是,我國"嫦娥"環(huán)月空間衛(wèi)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,表明了我國科學儀器產(chǎn)業(yè)的實力.
此外,近年來在科學儀器領域我國還取得了多項很有價值的進展.比如,自主研制出領先國際的分子束科學儀器——氫原子里德伯態(tài)飛渡時間譜交叉分子束裝置;國際第工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;光學捕獲理論研究取得進展;光學相干層析成像技術及相關儀器開發(fā)取得多方面進展等等.
2、工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)
在工業(yè)自動化儀表方面,近年來溫度儀表的重要進展主要體現(xiàn)在紅外熱像儀的應用迅速擴大.流量儀表內(nèi)錐流量計創(chuàng)新成果顯著,我國已經(jīng)擁有各種與V錐相關或相近的流量計產(chǎn)品超過20項,其中至少6項目是發(fā)明,超過了美國,成為V錐流量計高產(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也發(fā)展很快,品種多、規(guī)格全、價格低,在市場上已經(jīng)很具競爭力.控制閥行業(yè)近年來的進展是顯著的,產(chǎn)品"跑冒滴漏"現(xiàn)象得到很大改進,不少產(chǎn)品質量達到國外主流產(chǎn)品水平.
3、電子與電工測量儀器
一是微波毫米波矢量網(wǎng)絡分析儀器跨入了世界先進行列,二是電能表綜合技術達到國際先進水平.矢量網(wǎng)絡分析儀是現(xiàn)代電子裝備必備的關鍵的測試設備.我國在前幾年研制成功矢量網(wǎng)絡分析儀基礎上,將其應用領域從線性網(wǎng)絡向非線性、大功率網(wǎng)絡的測試和分析發(fā)展,掌握了多種以矢量網(wǎng)絡分析儀為核心的自動測試技術和自動測試系統(tǒng)構成及應用,使我國矢量網(wǎng)絡分析儀的設計、制造和應用水平跨入了國際先進行列.我國是電能表生產(chǎn)大國,近年來非常注意在準確度、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水平,在國際市場上占有重要地位.
4、醫(yī)療儀器
國家"十一五"規(guī)劃和建設創(chuàng)新型國家都把醫(yī)療儀器產(chǎn)業(yè)列為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè),國家在研發(fā)、技術平臺建設、研究中心、重點實驗室、產(chǎn)業(yè)基地各方面都加大了支持的力度,近年來醫(yī)療儀器也取得了長足的進展.在醫(yī)學影像儀器方面,X射線機、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(tǒng),無論技術水平和產(chǎn)品質量都有顯著提高.
在醫(yī)用電子技術和儀器方面,值得提出的是清華大學研制出可作為個人電腦外設的腦控鍵盤和鼠標,還研制完成基于嵌入系統(tǒng)的腦控家居環(huán)境控制器,用于幫助喪失運動能力長期臥床的殘疾人,2007年世界技術評估中心對這一成果給予了高度的評價.
醫(yī)用激光儀器方面,復旦大學和長春應用化學研究所經(jīng)過4年共同努力,利用毛細血管電泳電化學發(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,并和蛋白質芯片或基因芯片傳感器等技術相結合,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(shù)數(shù)據(jù)庫,對惡性腫瘤的預警和早期診斷具有很高的臨床應用價值.
生物芯片技術在疾病分子診斷、個體化醫(yī)療和保健、新藥研究和開發(fā)、優(yōu)生優(yōu)育、公共衛(wèi)生及傳染病監(jiān)控等許多領域具有廣泛的應用價值.
本文關鍵詞:儀器儀表,行業(yè),發(fā)展,60年
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