淺談我國儀器儀表測控的現狀及其發展趨勢

在當今以信息技術帶動工業化發展的時代，儀器儀表與測試技術是信息科學技術重要的組成部分。儀器儀表是工業生產的\"倍增器\"，科學研究的\"先行官\"，軍事上的\"戰斗力\"，國民活動中的\"物化法官\"。發達國家已把發展現代儀器儀表科技列為一項重要的戰略措施。 因此，其測量控制也成為了一項不可或缺的技術。

儀器儀表測控技術現狀

目前大部分國產儀器儀表產品處于國際上九十年代初、中期的水平。在產品的可靠性、功能、智能化程度、產品技術更新周期、面向對象的專用解決方案等方面都存在較大差距。中低檔產品品種基本齊全，能夠批量生產，且質量穩定；例如，電工儀器儀表在國內市場占有率達95%，并有13%產品出口。深圳市每年生產數字萬用表達700萬臺，出口世界90多個國家，中低檔數字萬用表的產量占世界總產量的80%。少數中高檔產品，已接近國際水平。在工程應用技術方面，已經能夠承擔一部分國家重大工程儀器儀表系統成套工作。如60萬千瓦火電機組，350萬噸/年煉油裝置，20000m3/h空分裝置、核電站常規島控制系統等，開始擺脫國家重大工程全部被國外公司壟斷的局面。但在高技術含量的自動化儀表及系統、科學測試儀器、傳感器元器件等產品的競爭上，國內儀器儀表行業基本上都處于相當被動的境地。總體上說，2003年國內儀器儀表市場需求旺盛，增長迅速。受電站、汽車、公用設施工程、住宅建設和國際市場回暖等影響，工業自動化儀表與控制系統、車用儀表、電水氣用計量儀表和中低檔光學儀器等增長迅速。但是，我國對儀器儀表的需求量的二分之一是由進口產品滿足的，國外公司的中檔產品以及許多關鍵零部件占有了國內60%以上的市場份額，大型和高精度的儀器儀表幾乎全部依賴進口。

因此，大力提升我國測量控制與儀器儀表的研制、開發、制造能力，對真正提高我國國民經濟的整體素質，以信息化帶動工業化，最終實現我國經濟、社會和科技跨越式發展，維護國家和社會安全是十分迫切和必要的。

我國儀器儀表測控存在的問題及其原因

1.技術方面的差距

（1）產品的可靠性較差。對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解決，導致產品（特別是高檔產品）的性能不夠穩定和可靠。

（2）產品的性能、功能落后。現有國內產品在測量精度上要與外國產品相差1個數量級。在功能上，國內現有產品智能化程度還較低。另外，產品的網絡化在國外已經進入實用階段，而我國基本上處在起步階段。

（3）產品技術更新的周期慢。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十年。一些采用新原理的產品，在我國還處于空白狀態。科研院所在跟蹤新技術方面雖然有成果，但與企業結合產業化相當艱難。

（4）缺乏針對使用對象而開發的專用解決方案。國外近年測量控制與儀器儀表的發展趨勢是開發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。而我國企業在這方面尚未形成產業。

2.企業綜合實力方面的差距

（1）行業規模小，測量控制與儀器儀表行業的總產值較低。不僅是絕對量小，在經濟總量中的比例也很小。儀器儀表行業的企業絕大多數是中小企業。全行業有規模以上企業1887個，年銷售額超過10億元的不足15個，行業職工總數為51萬，缺乏綜合實力強的\"旗艦\"企業。國內企業的單項產品市場運作能力較強，但缺乏綜合實力。在人力、財力上都不能在市場上與外國跨國集團抗衡。因此，在市場競爭方面處于弱勢。企業缺乏大型工程的工程能力。

（2）企業勞動生產率低。由于儀器儀表屬于高科技產業，低勞動力成本的作用不明顯。國內企業管理水平普遍低于外國企業，因此，制造高技術含量產品的企業，勞動生產率遠低于外國企業。

（3）企業技術開發投入普遍不足。由于國內企業幾乎全部是中、小型企業，在人力、財力方面都不能支持足夠的、長期的技術創新投入。以科學儀器為例，一般國外公司的開發投入占銷售額的10%，而我國僅占3%。

造成以上這些問題和差距的關鍵原因有下面四個：

1.運行機制不能適應市場經濟發展的要求。在發展的過程中，一批國家投資的骨干企業面臨產品老化、技術人員流失的嚴峻局面，生產與經營困難；一批機制創新、運行靈活的企業正在逐步成為新的亮點，但多半尚未能掌握先進核心技術，創新成果少，還不能與外國大公司抗衡。

2.產、學、研、金融、政府、用戶有機結合的體制和政策沒有形成。測量控制與儀器儀表是典型知識密集、技術密集型產品，敏感于高科技發展，是多種高新技術融合的綜合體，因此，產、學、研、政府、金融、用戶的有機結合就顯得十分重要。條塊分割，各自為戰，低水平重復，難以形成合力，缺乏有效的引導。科研成果產業化率低的問題仍然十分突出。

3.缺乏國家強有力的研究支援體制。測量控制與儀器儀表行業品種多、批量小，需要長期的、堅持不懈的投入。但目前投資總量不足且投資效益不佳。投資途徑分散，難以集中重點。課題的選定和研究成果的公正且透明的評價體制尚不完善。企業既不能像外國那樣完全按照市場經濟規則參與競爭，又缺乏包括研究資源的戰略投資、新技術市場化所需要的市場環境的整頓等國家戰略。

4.缺乏高層次的復合型人才和熟悉、精通各學科交叉的綜合型人才，也是造成差距的一個重要原因。

我國測量控制與儀器儀表的未來發展趨勢

鑒于測量控制與儀器儀表的重要性及其顯示了國家企業的綜合能力，我國必須從根本上認識到這一點，努力從各方面來加強其發展。具體可從以下幾點來看：

1.工業自動化儀表與控制系統

以石油、化工、鋼鐵、電力、交通運輸、國防安全、環保、輕工、水利等重大工程項目為依托，致力于新一代主控系統及其綜合自動化開發和產業化，主要包括集散控制系統、現場總線控制系統和以工業計算機為基礎的開放式控制系統、工業生產中的質控體系等；國內生產的產品，2010年要滿足50%的大型系統，2020年要能滿足85%的大型系統。 先進控制、優化軟件開發與產業化技術， 2010年要具有\"交鑰匙\"自控系統30%的能力，到2020年，50%的工程項目做到\"交鑰匙\"。智能儀表、采用現場總線技術與實時工業以太網技術的檢測儀表、執行器與變送器、成套專用控制裝置和成套專用優化系統的開發與產業化；2010年國內生產的產品品種和價值均要達到70%，2020年達到85%。

2.科學儀器

重點解決色譜、光譜、質譜、電化學等各類通用儀器的穩定和可靠性，開發高靈敏檢測器和高精度傳感器，進一步提高儀器的技術水平和設計制造能力。農產品品質和食品營養成分檢測、農藥及殘留量檢測、土壤速測等農業和食品專用儀器；海洋儀器；大氣、水和固體廢棄物安全監測和預警用成套環境專用儀器，各種災害監測儀器；生命科學用分離分析儀器及面向醫療單位包括中小醫院的各種生化分析儀器；計量儀器；航天儀器等。重點發展各種微分析儀器、智能儀器、聯用儀器、虛擬儀器、成像儀器及相關技術和部件以及各種科學儀器應用軟件、標準化數據處理軟件，提供使用可靠、擴展性強的通用型科學儀器開發平臺和儀器測控數據系統以及支撐系統。

3.醫療儀器

2010年國內生產的產品品種和價值達到市場需求的50%，到2020年達到70%。A.開發研制醫用光學儀器，包括內窺鏡、眼科光學儀器、手術顯微鏡等。

B.以全數字化成像、高檔黑白超和彩超、新型換能器為研發技術的超聲醫用儀器。C.研究開發數字化核磁、X線影像系統，高溫超導型核磁共振系統，精細手術和微創手術系統等大型醫療儀器及臨床信息系統。D.研究開發高能智能化腫瘤治療大型儀器系統，包括數字化控制系統、高能管技術、放療模擬定位機改造，以及多光闌系統等關鍵技術。E.結合面向社區、家庭的小型化和便攜式醫療儀器遠程通信和網絡化的發展，加強預防醫療系統及疾病控制系統的研究開發。

5.數字化醫療儀器及其關鍵技術

以數字化技術帶動傳統醫療儀器的發展，滿足人民健康的需求。發展重點是數字化醫學影像診斷設備，數字化物理治療和手術設備，數字化顯微、內窺和激光診療設備，數字化醫療信息系統。關鍵技術：生物傳感及數字成像技術，高能射束監控及機器人或機械手操作技術，顯微內窺光學及激光監控技術等。

6. 基于現代量子物理的計量基標準系統

基于量子物理的計量基標準系統，其主要內容是以量子理論為基礎的若干計量基標準的建立及量子計量基標準所需的量子計量器件的研制。量子計量基標準包括現代國家時間頻率基準（離子存儲光頻標、空間守時鐘）和國家時間頻率量值溯源體系及守時與授時系統，交流約瑟夫森電壓基準、量子化霍爾電阻基準和單電子隧道效應電流基準構成的現代電學計量基標準，電功率質量自然基準，現代熱力學溫度計量標準及絕對測量方法，光幅射基準，長度量子基準，物質的量的量子基準。量子計量基標準所需的量子計量器件的研制包括交、直流約瑟夫森電壓陣列器件，交、直流量子化霍爾電阻器件、量子電流基準器件（SET）、溫度量子標準器件、超導量子干涉器等。

結語

儀器儀表不僅是裝備制造業中進口較多和外貿逆差最大的行業，同時也是外資積極和活躍的工業部門。我國政府應制定一系列的政策與措施，以便通過項目的實施形成一批行業龍頭企業，帶動整個測量控制與儀器儀表業的長期發展。

參考文獻：

1、中國測量控制與儀器儀表中長期科技發展規劃，2006-06

2、我國儀器儀表測量控制的現狀，胡仙芝，2005

3、中國儀器儀表的測量發展趨勢，張貢，2005-07

（作者單位:浙江理工大學機控學院)