儀器儀表與測(cè)量控制科技的發(fā)展
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| (發(fā)布日期：2009-4-15 8:58:34) 來(lái)源：中國(guó)儀器儀表信息網(wǎng) |
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中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)莊松林院士在中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)成立三十周年紀(jì)念大會(huì)上就我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制科技的發(fā)展作大會(huì)報(bào)告。報(bào)告分四個(gè)部分：儀器儀表與測(cè)量控制在當(dāng)今社會(huì)的重要地位和作用；我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制的基本概況；儀器儀表與測(cè)量控制發(fā)展的趨勢(shì)和特點(diǎn)，以及我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制近年來(lái)的重大進(jìn)展�，F(xiàn)全文發(fā)表以饗讀者。
一、地位作用
眾所周知，當(dāng)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)。著名科學(xué)家錢學(xué)森明確指出，“信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。測(cè)量技術(shù)是基礎(chǔ)。”王大珩院士也一再?gòu)?qiáng)調(diào)，“測(cè)量技術(shù)是信息技術(shù)的源頭�！毙畔⒓夹g(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(jì)發(fā)展的龍頭產(chǎn)業(yè)。美國(guó)商業(yè)部1999年度報(bào)告在關(guān)于新興數(shù)字經(jīng)濟(jì)部分提出，信息產(chǎn)業(yè)包括計(jì)算機(jī)軟硬件行業(yè)、通信設(shè)備制造及服務(wù)行業(yè)、儀器儀表行業(yè)。這就是說(shuō)，測(cè)量技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)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(cè)量控制在當(dāng)今信息時(shí)代推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有何等重要的地位。
那么，儀器儀表與測(cè)量控制對(duì)推動(dòng)科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展重要作用究竟是什么？2000年中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)接受國(guó)家計(jì)委、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和科技部的委托，組織了一個(gè)專家調(diào)研組對(duì)全國(guó)儀器儀表行業(yè)開(kāi)展了一次為期3個(gè)月的調(diào)查研究。非常難得的是，王大珩、楊嘉墀、金國(guó)藩3位院士親自參加了調(diào)研活動(dòng)，并在調(diào)研結(jié)束后主持調(diào)研組向兩委一部提出了一份“關(guān)于振興我國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)對(duì)策與建議”的研究報(bào)告。這份報(bào)告對(duì)儀器儀表在當(dāng)今社會(huì)的重要作用提出了明確而形象的說(shuō)明，那就是我們都非常熟悉的：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(huì)活動(dòng)的“物化法官”。這個(gè)說(shuō)明的內(nèi)涵和份量不需要再作任何解釋，大家都一清二楚。令人鼓舞的是，儀器儀表與測(cè)量控制“倍增器”、“先行官”、“戰(zhàn)斗力”和“物化法官”的重要作用已經(jīng)為社會(huì)各界，包括政府部門所共識(shí)，成為加快發(fā)展儀器儀表科技和產(chǎn)業(yè)的科學(xué)依據(jù)，并在文件、報(bào)告和講話中廣為引用。
由于儀器儀表與測(cè)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(guó)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(guó)人大會(huì)議上提出“國(guó)家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃綱要”中明確提出“把發(fā)展儀器儀表放到重要位置”。國(guó)家發(fā)展綱要提到儀器儀表，而且放到重要位置，是建國(guó)以來(lái)的第一次。緊接著，國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委、科技部等許多部委都列了若干專項(xiàng)，動(dòng)用了大筆資金支持儀器儀表的發(fā)展。2005年，國(guó)家發(fā)改委正式下達(dá)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(xiàng)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域立專項(xiàng)支持發(fā)展，其中第11項(xiàng)就是重大工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)和精密測(cè)試儀器。2006年制定“國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要”，涉及到了多項(xiàng)儀器儀表與測(cè)量控制發(fā)展項(xiàng)目。2008年4月，科技部、發(fā)改委、教育部和中國(guó)科協(xié)聯(lián)合發(fā)出了“關(guān)于加強(qiáng)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(guó)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�？茖W(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(jì)劃，特別是航天計(jì)劃等國(guó)家科技發(fā)展計(jì)劃中，支持儀器儀表與測(cè)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(shì)下，近些年來(lái)我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制得到了迅速的發(fā)展。
二、基本概況
談到儀器儀表與測(cè)量控制的基本概況，應(yīng)當(dāng)包括兩個(gè)方面，那就是學(xué)科和產(chǎn)業(yè)。
儀器儀表究竟是不是一門獨(dú)立的學(xué)科？過(guò)去一直存有爭(zhēng)議。今天，我們可以毫不猶豫地回答，儀器儀表與測(cè)量控制已經(jīng)發(fā)展形成一門獨(dú)立完整的學(xué)科。之所以得出這樣的定論，我們有四條充分的理由。第一，儀器儀表與測(cè)量控制學(xué)科具備了自己特有的一整套基礎(chǔ)理論和技術(shù)，其中主要包括傳感器理論和技術(shù)，檢測(cè)計(jì)量理論和技術(shù)，信號(hào)處理理論和技術(shù)，誤差分析理論和技術(shù)，自動(dòng)控制理論和技術(shù)等。在這些基礎(chǔ)理論和技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)中，擁有一批杰出的科學(xué)家和優(yōu)秀的中青年科技創(chuàng)新人才，他們的研究開(kāi)發(fā)成果對(duì)促進(jìn)學(xué)科發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)；第二，綜觀科學(xué)技術(shù)發(fā)展史，當(dāng)一門新興學(xué)科形成和不斷發(fā)展時(shí)，教育體系，特別是高等教育就會(huì)應(yīng)運(yùn)而生出現(xiàn)新的學(xué)科教育，培養(yǎng)新的學(xué)科人才。我國(guó)教育部多年來(lái)已經(jīng)圍繞著儀器儀表與測(cè)量控制學(xué)科設(shè)立了一級(jí)學(xué)科教育體系，現(xiàn)在定名為“儀器科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科，全國(guó)近250所高校設(shè)置了相應(yīng)的專業(yè)，3萬(wàn)多名本科生和1萬(wàn)多名研究生在校學(xué)習(xí)。我國(guó)高校為“儀器科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科制定了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)范，已經(jīng)為儀器儀表與測(cè)量控制領(lǐng)域培養(yǎng)了幾十萬(wàn)學(xué)科技術(shù)人才；第三，儀器儀表與測(cè)量控制學(xué)科是一門工程應(yīng)用學(xué)科，與之相適應(yīng)的產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展是學(xué)科發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。我國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具備相當(dāng)規(guī)模，這在下面還會(huì)詳細(xì)談到，因此，儀器儀表與測(cè)量控制學(xué)科不是在象牙塔內(nèi)，而有著強(qiáng)大的生命力和發(fā)展空間；第四，儀器儀表與測(cè)量控制學(xué)科有一個(gè)全國(guó)性的國(guó)家一級(jí)的學(xué)術(shù)團(tuán)體——中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)。學(xué)會(huì)在推動(dòng)學(xué)科進(jìn)展方面作了大量工作，取得了顯著的業(yè)績(jī)。特別是學(xué)會(huì)近幾年來(lái)開(kāi)展學(xué)科進(jìn)展研究，不僅加強(qiáng)了學(xué)科的基礎(chǔ)建設(shè)，而且豐富了學(xué)科活動(dòng)的內(nèi)容和擴(kuò)展了學(xué)科發(fā)展的空間。我今天發(fā)言的部分內(nèi)容，就是取材于學(xué)會(huì)撰寫(xiě)的學(xué)科進(jìn)展報(bào)告。
談到我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制產(chǎn)業(yè)的基本概況,先讓我們了解一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。2007年我國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)規(guī)模以上企業(yè)為3954家，實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值3078億元，銷售收入達(dá)到3005億元，雙雙突破3000億元。同比2004年1000億元，2006年2000億元，4年間年增長(zhǎng)率超過(guò)30%。3000億元的銷售額中，出口商品達(dá)到88億美元，同比上一年度增長(zhǎng)了36%。目前，我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成門類品種比較齊全、布局比較合理、具有相當(dāng)技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)體系，在亞洲我國(guó)是除日本以外第二大儀器儀表生產(chǎn)國(guó)，是發(fā)展中國(guó)家綜合實(shí)力最強(qiáng)的儀器儀表生產(chǎn)國(guó)。從產(chǎn)品   的技術(shù)水平分析，目前絕大多數(shù)國(guó)產(chǎn)儀器儀表還處于發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)90年代中后期水平。中低檔產(chǎn)品品種基本齊全，能夠規(guī)模生產(chǎn)，質(zhì)量基本穩(wěn)定，可以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)要求，且有批量出口。比如電工儀器儀表在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到95%，并有13%產(chǎn)品出口。深圳市每年生產(chǎn)數(shù)字萬(wàn)用表700萬(wàn)臺(tái)，銷售世界90多個(gè)國(guó)家。國(guó)產(chǎn)儀器儀表，也有少數(shù)中高檔產(chǎn)品接近國(guó)際技術(shù)水平。在國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，特別是必須自主創(chuàng)新發(fā)展的航天航空領(lǐng)域和國(guó)防安全領(lǐng)域，已經(jīng)有部分儀器儀表技術(shù)上取得了新的突破。我國(guó)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星攜帶的8種探測(cè)儀器都是我國(guó)科技人員自主研制設(shè)計(jì)的，不僅在技術(shù)上總體達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，而且有自己的特點(diǎn)和創(chuàng)新。在工程應(yīng)用技術(shù)方面，已經(jīng)能夠承擔(dān)一部分國(guó)家重大工程儀器儀表系統(tǒng)成套。關(guān)于我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制的重大進(jìn)展后面還要專門談到，這里就不再多列舉了。
按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，我們習(xí)慣地把儀器儀表和測(cè)量控制劃分為六個(gè)大類，即工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)、科學(xué)儀器、醫(yī)療儀器、電子與電工測(cè)量?jī)x器、各類專用儀器、傳感器和儀器儀表元器件及功能材料。這是一個(gè)大致的分類，其間存在著許多交叉和滲透。工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)流程中的檢測(cè)和控制；科學(xué)儀器應(yīng)用面極廣，包括科學(xué)研究、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)分析、安全監(jiān)測(cè)等各種領(lǐng)域；醫(yī)療儀器應(yīng)用于生命科學(xué)研究和臨床診斷治療；電子與電工測(cè)量?jī)x器用于對(duì)各種電子和電工參數(shù)進(jìn)行測(cè)量；各類專用儀器應(yīng)用于各種專門的領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)、環(huán)保、氣象、水文、地質(zhì)、海洋等，這類儀器除了應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求具備某些特殊性外，它們的基本原理和應(yīng)用方法跟科學(xué)儀器等其他類儀器并無(wú)本質(zhì)的區(qū)別；傳感器、元器件和功能材料主要用于獲取信號(hào)、儀器制作和使用材料上。傳感器已經(jīng)成為影響到儀器儀表與測(cè)量控制發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵所在。各類儀器的基礎(chǔ)理論和技術(shù)，構(gòu)成了儀器儀表與測(cè)量控制學(xué)科體系的基本內(nèi)容，它們的產(chǎn)業(yè)成為儀器儀表與測(cè)量控制產(chǎn)業(yè)體系的重要組成，而它們的發(fā)展決定著儀器儀表與測(cè)量控制的未來(lái)。
當(dāng)我們分析我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制現(xiàn)狀的時(shí)候，不能不清醒地認(rèn)識(shí)到它同國(guó)際先進(jìn)水平相比，同我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需要相比，還存在著很大的差距。差距是全方位的，最要害的有三點(diǎn)：
第一，我國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，產(chǎn)值低，企業(yè)同樣是規(guī)模小，產(chǎn)值低。2007年我國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值3000億元人民幣，只占工業(yè)總產(chǎn)值2.5%。10年前，美國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)到4千億美元，占工業(yè)總產(chǎn)值4%。目前，美國(guó)儀器儀表企業(yè)年產(chǎn)值超過(guò)20億美元不少于50家，我國(guó)最大的儀器儀表企業(yè)，京儀集團(tuán)年產(chǎn)值80億元人民幣，川儀集團(tuán)60億元人民幣。兩相比較，差距實(shí)在太大。產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的規(guī)模和產(chǎn)值直接影響到產(chǎn)業(yè)的活力與發(fā)展。要縮小和消除這個(gè)差距，需要我們努力奮斗10年20年。
第二，我國(guó)儀器儀表產(chǎn)品質(zhì)量上、品種上還存在不少問(wèn)題。產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有得到根本解決，嚴(yán)重影響到市場(chǎng)銷售和正常使用。許多大型精密儀器我們還生產(chǎn)不出來(lái)，國(guó)內(nèi)需求幾乎全部依賴進(jìn)口。2007年我國(guó)儀器儀表產(chǎn)品出口創(chuàng)下了88億美元，可是進(jìn)口卻達(dá)到了172億美元，逆差84億美元，成為裝備制造業(yè)之最。這個(gè)問(wèn)題不解決，我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制學(xué)科和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將無(wú)法擺脫落后被動(dòng)的局面。
第三，我國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，還無(wú)法承擔(dān)起科技創(chuàng)新主體的責(zé)任。國(guó)際上儀器儀表科技創(chuàng)新發(fā)展極快，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期大約只需2至4年，多數(shù)企業(yè)銷售額一半以上幾乎都來(lái)自5年內(nèi)上市的新產(chǎn)品。而我國(guó)儀器儀表產(chǎn)品不少還沿自于20世紀(jì)80年代技術(shù)引進(jìn)的產(chǎn)物，相當(dāng)多企業(yè)產(chǎn)品是10年一貫制,靠吃老本為生。自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)原因是多方面的，影響最大的不外乎兩條：一是科技創(chuàng)新開(kāi)發(fā)投入資金太少。國(guó)外企業(yè)用于科技創(chuàng)新資金投入一般為銷售收入8至10%，而我國(guó)企業(yè)投入資金很少超過(guò)3至5%，何況銷售收入本來(lái)就不多，極大地限制了科技創(chuàng)新的有效開(kāi)展；二是人的因素，有的領(lǐng)導(dǎo)不重視自主創(chuàng)新，更多的是創(chuàng)新人才匱乏。黨的十七大提出，提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的核心，是提高綜合國(guó)力的關(guān)鍵。企業(yè)提升科技創(chuàng)新能力，已經(jīng)成為刻不容緩的歷史使命。
三、趨勢(shì)特點(diǎn)
當(dāng)今，儀器儀表與測(cè)量控制發(fā)展的趨勢(shì)是：面對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性要求不斷提高；技術(shù)指標(biāo)和功能不斷提高；最先采用新的科學(xué)研究成果；高新技術(shù)大量采用；儀器及測(cè)控單元微小型化、智能化日趨明顯；要求儀器及測(cè)控單元可獨(dú)立使用、嵌入式使用和聯(lián)網(wǎng)使用；儀器測(cè)控范圍向立體化、全球化擴(kuò)展；測(cè)控功能向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；便攜式、手持式以至個(gè)性化儀器大量發(fā)展。技術(shù)特點(diǎn)是：綜合各種新技術(shù)，在研究?jī)x器儀表相關(guān)類型傳感器、元器件和材料及技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)新的微弱信號(hào)敏感、傳感、檢測(cè)、融合技術(shù),物質(zhì)原子、分子級(jí)檢測(cè)技術(shù)，復(fù)雜組成樣品的聯(lián)用分析技術(shù)，生命科學(xué)的原位、在位、實(shí)時(shí)、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測(cè)技術(shù)，創(chuàng)建各類新型檢測(cè)儀器儀表；結(jié)合系統(tǒng)論、控制論的發(fā)展，在開(kāi)發(fā)工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控的在線分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高適應(yīng)性等技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)；結(jié)合生命科學(xué)、人體科學(xué)的發(fā)展，在開(kāi)發(fā)醫(yī)療診治的健康狀況監(jiān)測(cè)、早期診治、無(wú)損診斷、無(wú)創(chuàng)和低創(chuàng)直視診療、精確定位治療技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展醫(yī)療儀器；同時(shí)跟蹤新學(xué)科領(lǐng)域和各類應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，開(kāi)發(fā)各種專用、快捷、自動(dòng)化檢測(cè)和計(jì)量技術(shù)及專用儀器儀表。
工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)和科學(xué)儀器，在產(chǎn)值和市場(chǎng)兩個(gè)方面都占據(jù)著儀器儀表與測(cè)量控制總體的一半，是儀器儀表與測(cè)量控制體系的兩大支柱。由于發(fā)言時(shí)間有限，下面就讓我們把主要的注意力放在這兩類儀器未來(lái)的發(fā)展上。
工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是：
1、自動(dòng)化儀表與企業(yè)的信息化
自動(dòng)化儀表技術(shù)包括信息采集、處理和應(yīng)用�！捌髽I(yè)信息化”實(shí)際上是企業(yè)信息的集成和整合。為此，必須用自動(dòng)化和系統(tǒng)的信息模型“簡(jiǎn)化”、“規(guī)則”和“抽象”信息，以便最有效地利用信息。這是自動(dòng)化儀表領(lǐng)域的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，也是統(tǒng)一信息表達(dá)的重要手段。
2、自動(dòng)化儀表工程項(xiàng)目全局信息和全生命周期信息的整合
這是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的全面可互操作。可互操作是分層次的，實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。近年來(lái)IEC62424標(biāo)準(zhǔn)的出版，InTools工具軟件功能的擴(kuò)充以及控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表層各項(xiàng)可互操作標(biāo)準(zhǔn)的推出是發(fā)展中一個(gè)重要標(biāo)志點(diǎn)。
3、功能安全
近年來(lái)功能安全的重要發(fā)展是，大量經(jīng)過(guò)功能安全認(rèn)證的儀表推向市場(chǎng)。為了爭(zhēng)取競(jìng)爭(zhēng)中有利地位，幾乎所有儀表制造商都會(huì)開(kāi)展功能安全的研究。
4、系統(tǒng)維護(hù)與儀表診斷
系統(tǒng)維護(hù)與儀表診斷越來(lái)越受到用戶、制造商和研究者各方的關(guān)注。它分為四個(gè)層次，生產(chǎn)流程的診斷、生產(chǎn)裝備的診斷,自動(dòng)化控制系統(tǒng)的診斷和現(xiàn)場(chǎng)儀表的診斷。
生產(chǎn)流程的診斷原則上不屬于自動(dòng)化儀表范疇，但是診斷信息的交換涉及自動(dòng)化儀表系統(tǒng)。針對(duì)生產(chǎn)裝備的監(jiān)控，診斷儀表系統(tǒng)已經(jīng)推出了新產(chǎn)品。自動(dòng)控制系統(tǒng)的診斷通常是控制系統(tǒng)中設(shè)備管理軟件的一個(gè)模塊或一種功能，負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)自身以及現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)時(shí)診斷和預(yù)測(cè)性維護(hù)。現(xiàn)場(chǎng)儀表的診斷難度較大，維護(hù)周期由智能儀表的損耗情況或固定時(shí)間確定。
5、無(wú)線通信
工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展是自動(dòng)化儀表領(lǐng)域顯著的亮點(diǎn)，它的特征是：技術(shù)方案多樣化，參與者迅速增加,成立了專業(yè)組織。推出多種無(wú)線演示系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x表樣機(jī)，將成為全球主要自動(dòng)化儀表展覽的熱點(diǎn)。
6、控制網(wǎng)絡(luò)
未來(lái)幾年網(wǎng)絡(luò)控測(cè)和網(wǎng)絡(luò)儀表是自動(dòng)化儀表發(fā)展的重點(diǎn)，發(fā)展方向是大幅提高速度、簡(jiǎn)化安裝和調(diào)試的復(fù)雜性、擴(kuò)展無(wú)線功能以及發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
7、標(biāo)準(zhǔn)化
標(biāo)準(zhǔn)化在自動(dòng)化儀表發(fā)展歷史上發(fā)揮過(guò)重要作用，未來(lái)還會(huì)對(duì)我國(guó)儀表產(chǎn)品追趕世界水平發(fā)揮重大作用。在新經(jīng)濟(jì)時(shí)代，有大量信息接口標(biāo)準(zhǔn)的需求，它的共同特點(diǎn)就是在相同的技術(shù)水平上可以有很多種標(biāo)準(zhǔn)化方案。現(xiàn)在對(duì)高技術(shù)新產(chǎn)品可以先制定標(biāo)準(zhǔn)，完全改變了標(biāo)準(zhǔn)化的理念。
科學(xué)儀器未來(lái)發(fā)展應(yīng)當(dāng)關(guān)注以下幾個(gè)方面：
1、分析儀器
光學(xué)捕獲（Optical trapping）是一種新型的光學(xué)微操作技術(shù)。它將一束光用高數(shù)值孔徑的物鏡聚焦成微米級(jí)的光斑，形成梯度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微小粒子的捕獲和移動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種微觀領(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(jī)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(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(tǒng)使用的射頻平面微線圈，所需樣品量?jī)H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(yīng)當(dāng)是值得關(guān)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(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(nèi)以很高的靈敏度檢測(cè)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(cè)儀器
當(dāng)今時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入分子、原子分析檢測(cè)新階段，微納科技的發(fā)展直接推動(dòng)了精密檢測(cè)儀器的快速發(fā)展。值得特別關(guān)注是MEMS/NEMS（微電機(jī)系統(tǒng)/納機(jī)電系統(tǒng)）測(cè)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(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(yī)學(xué)光子學(xué)隨著激光、電子、光譜、顯微及光纖等技術(shù)的發(fā)展而迅速成長(zhǎng)起來(lái)，應(yīng)運(yùn)而生出現(xiàn)了不少新型科學(xué)儀器。應(yīng)用這些儀器不但豐富了人們對(duì)于光與生物組織體相互作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)，而且促進(jìn)了各種新的生物研究?jī)x器和醫(yī)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(jié)合了共焦顯微術(shù)和低相干光的外差探測(cè)技術(shù)，它是一種在一維光學(xué)低相干反射測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)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(yīng)用在基礎(chǔ)學(xué)科研究和礦物分析、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域。值得關(guān)注一個(gè)新的發(fā)展動(dòng)向是，由于人類生存和發(fā)展一些迫切的需求，同時(shí)計(jì)算機(jī)軟硬件、微電子、計(jì)算數(shù)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(yī)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。
四、重大進(jìn)展
前面我們談到，我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制還存在不小差距，面臨著落后被動(dòng)的局面。但是，由于國(guó)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(guó)儀器儀表與測(cè)量控制依然取得了可喜的成績(jī)，獲得了很大的發(fā)展。認(rèn)真總結(jié)我國(guó)??和增強(qiáng)信心。下面我們簡(jiǎn)要的回顧一下我國(guó)儀器儀表與測(cè)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(tǒng)
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(xiàn)在紅外熱像儀的應(yīng)用迅速擴(kuò)大。流量?jī)x表內(nèi)錐流量計(jì)創(chuàng)新成果顯著，我國(guó)已經(jīng)擁有各種與V錐相關(guān)或相近的流量計(jì)產(chǎn)品專利超過(guò)20項(xiàng)，其中至少6項(xiàng)目是發(fā)明專利，超過(guò)了美國(guó)，成為V錐流量計(jì)專利高產(chǎn)國(guó)。國(guó)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(guī)格全、價(jià)格低，在市場(chǎng)上已經(jīng)很具競(jìng)爭(zhēng)力。控制閥行業(yè)近年來(lái)的進(jìn)展是顯著的，產(chǎn)品“跑冒滴漏”現(xiàn)象得到很大改進(jìn)，不少產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)外主流產(chǎn)品水平。
在控制系統(tǒng)方面，進(jìn)展令人鼓舞。國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入大型超臨界火電機(jī)組控制系統(tǒng)。2007年1月，上海自動(dòng)化儀表股份有限公司的DCS系統(tǒng)在襄樊電廠首臺(tái)600MW超臨界機(jī)組上投運(yùn)成功移交生產(chǎn)。國(guó)電智深公司于2007年11月成功簽定江蘇諫壁1000MW超臨界機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)項(xiàng)目，并于2008年3季度成功中標(biāo)兩項(xiàng)大型超臨界火電機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)項(xiàng)目。和利時(shí)公司和浙江中控公司的DCS系統(tǒng)，近年來(lái)在大型交通和石化工程項(xiàng)目上都得到了成功應(yīng)用。特別應(yīng)該提到的是，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)在核電工程上的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入核島控制系統(tǒng)。
浙江中控軟件技術(shù)有限公司按照ISA-95中定義的MES系統(tǒng)模型，開(kāi)發(fā)了ESP-Supplant Production Suite軟件，它涵蓋了ISA-95大部分功能，應(yīng)用取得良好業(yè)績(jī)。該公司已經(jīng)成為ISA-95的正式會(huì)員，直接參與MES標(biāo)準(zhǔn)的制定。
和利時(shí)公司2007年被ARC和控制雜志評(píng)為全球50強(qiáng)過(guò)程自動(dòng)化公司，浙江中控公司在評(píng)選過(guò)程中也被提名，這標(biāo)志著我國(guó)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入可參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新境地。
2、科學(xué)儀器
科學(xué)儀器最能體現(xiàn)儀器儀表既是知識(shí)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(nèi)容之一和創(chuàng)新成就的重要體現(xiàn)。
近年來(lái)，在國(guó)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(xiàn)了可以與國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的國(guó)產(chǎn)色——質(zhì)聯(lián)用儀器。特別是，我國(guó)“嫦娥”環(huán)月空間衛(wèi)星上天，就攜帶了我國(guó)自主研發(fā)的多光譜遙測(cè)、信號(hào)傳送儀器。四川汶川大地震，全國(guó)各地很快送去了大量環(huán)境、水文測(cè)量便攜式分析儀器，表明了我國(guó)科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的實(shí)力。
必須著重強(qiáng)調(diào)的是，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星攜帶的8種探測(cè)儀器，它們是用于月球表面三維影像探測(cè)的CCD相機(jī)和激光高度計(jì)；用于月表化學(xué)元素與物質(zhì)成分及豐度探測(cè)的干涉成像光譜儀、γ射線譜儀、X射線譜儀；用于月壤厚度探測(cè)的微波探測(cè)儀；用于地月空間環(huán)境探測(cè)的太陽(yáng)高能粒子探測(cè)器和兩臺(tái)低能粒子探測(cè)器等，全都是我國(guó)科技人員自主設(shè)計(jì)研制的。這些儀器不僅總體上達(dá)到了國(guó)際同類儀器的技術(shù)水平，而且在不少方面還有我國(guó)自己的特點(diǎn)和創(chuàng)新。這8種探測(cè)儀器的特點(diǎn)和創(chuàng)新包括：實(shí)現(xiàn)首次對(duì)月球表面進(jìn)行全月面三維立體照相，這對(duì)月球表面形貌、地質(zhì)構(gòu)造、撞擊坑等研究具有重要意義；所使用的伽馬射線譜儀探測(cè)的分辨率和靈敏度比國(guó)際上以往月球探測(cè)中使用的同類儀器要高，所以有可能探測(cè)到更多元素等等。這一項(xiàng)進(jìn)展被專家們認(rèn)為是近兩年來(lái)我國(guó)儀器儀表最重大的進(jìn)展。
此外，近年來(lái)在科學(xué)儀器領(lǐng)域我國(guó)還取得了多項(xiàng)很有價(jià)值的進(jìn)展。比如，自主研制出領(lǐng)先國(guó)際的分子束科學(xué)儀器——?dú)湓永锏虏畱B(tài)飛渡時(shí)間譜交叉分子束裝置；國(guó)際第一臺(tái)真空紫外激光角分辨光電子能譜儀；離子遷移譜探測(cè)技術(shù)痕量爆炸物快速檢測(cè)儀；新型生命探測(cè)儀器“SJ—3000搜救雷達(dá)”；便攜式高分辨淺水多波束測(cè)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(yī)療儀器
國(guó)家“十一五”規(guī)劃和建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家都把醫(yī)療儀器產(chǎn)業(yè)列為重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，國(guó)家在研發(fā)、技術(shù)平臺(tái)建設(shè)、研究中心、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)業(yè)基地各方面都加大了支持的力度，近年來(lái)醫(yī)療儀器也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。在醫(yī)學(xué)影像儀器方面，X射線機(jī)、計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)（CT）、超聲掃描成像儀以及影像后處理與分析系統(tǒng)，無(wú)論技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量都有顯著提高。在醫(yī)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(shè)的腦控鍵盤和鼠標(biāo)，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(yùn)動(dòng)能力長(zhǎng)期臥床的殘疾人，2007年世界技術(shù)評(píng)估中心對(duì)這一成果給予了高度的評(píng)價(jià)。在眼科儀器方面，中科院成都光電技術(shù)研究所在波前像差的檢查和自適應(yīng)光學(xué)矯正技術(shù)方面具有很強(qiáng)的實(shí)力，近兩年來(lái)他們創(chuàng)新地把技術(shù)優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于眼科領(lǐng)域，研制出了人眼波前像差檢查和矯正系統(tǒng)，同時(shí)利用人眼的自適應(yīng)光學(xué)矯正技術(shù)拍攝出分辨率很高的視網(wǎng)膜細(xì)胞照片，在國(guó)際上引起了高度關(guān)注。他們研發(fā)出的超高分辨率眼底照像儀器和人眼自適應(yīng)光學(xué)矯正儀器在國(guó)際上居先進(jìn)水平。醫(yī)用激光儀器方面，復(fù)旦大學(xué)和長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所經(jīng)過(guò)4年共同努力，利用毛細(xì)血管電泳電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)、表面等離子體共振（SPR）及激光誘導(dǎo)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(jié)合，創(chuàng)新研制出某些腫瘤標(biāo)志物的快速檢測(cè)儀及配套的腫瘤標(biāo)志物分析參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)惡性腫瘤的預(yù)警和早期診斷具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值。生物芯片技術(shù)在疾病分子診斷、?后評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)、個(gè)體化醫(yī)療和保健、新藥研究和開(kāi)發(fā)、優(yōu)生優(yōu)育、公共衛(wèi)生及傳染病監(jiān)控等許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。生物芯片（北京）國(guó)家工程研究中心暨博奧生物有限公司已經(jīng)形成了生物芯片制備、微陣列制備、雜交、清洗甩干、掃描、試劑耗材、配套儀器控制軟件、數(shù)據(jù)分析軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)資源的全線配套和系列化，不僅打破了長(zhǎng)期約束我國(guó)微陣列芯片和相關(guān)科研工作發(fā)展的國(guó)外壟斷，而且形成了具有產(chǎn)業(yè)規(guī)模和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的生物芯片技術(shù)平臺(tái)產(chǎn)品。其技術(shù)完善和質(zhì)量穩(wěn)定的雙激光共聚焦掃描儀近年來(lái)出口量年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)100%，在國(guó)際市場(chǎng)特別是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家占據(jù)了一席之地，贏得了良好的聲譽(yù)。
4、電子與電工測(cè)量?jī)x器
這里，我們只列舉兩項(xiàng)突出的進(jìn)展。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(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是現(xiàn)代電子裝備必備的關(guān)鍵的測(cè)試設(shè)備。我國(guó)在前幾年研制成功矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用領(lǐng)域從線性網(wǎng)絡(luò)向非線性、大功率網(wǎng)絡(luò)的測(cè)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(cè)試技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用，使我國(guó)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用水平跨入了國(guó)際先進(jìn)行列。我國(guó)是電能表生產(chǎn)大國(guó)，近年來(lái)非常注意在準(zhǔn)確度、可靠性、功能、能耗、產(chǎn)品兼容性、環(huán)境適應(yīng)性及可維護(hù)性等多方面提高技術(shù)水平，在國(guó)際市場(chǎng)上占有重要地位。 |
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