廣東省科學儀器研發現狀與對策研究

王友轉，張 樂，萬晶晶，文曉蕓，裘 鋼，王春明，吳智恒，張子良

(1.廣東省科技圖書館（廣東省科學院信息研究所），廣東廣州 510070；2.廣東省科學技術廳，廣東廣州 510033；3.廣東省科學院智能制造研究所，廣東廣州 510070；4.廣東省科技基礎條件平臺中心，廣東廣州 510610)

科學儀器設備是人們認識世界、獲取信息的重要工具，是直接用于研究、觀測、試驗、檢驗、計量等各類科技活動的儀器和設備的總稱。按照科研設施與儀器國家網絡管理平臺對科學儀器的分類方法，科學儀器分為分析儀器、物理性能測試儀器、計量儀器、電子測量儀器、海洋儀器、地球探測儀器、大氣探測儀器、天文儀器、醫學診斷儀器、核儀器、特種檢測儀器、工藝實驗設備等12 大類?？茖W儀器既是知識創新和技術創新的前提，也是創新研究的主體內容之一和創新成果的重要體現形式［1］。科學儀器的發展水平標志著國家創新能力和科學技術發展的水平。我國儀器產業自給率只有8%［2］，且在科學儀器的研發方面存在內憂外患的形式。外部環境方面，我國科學儀器受到美國打壓和限制，眾多科學儀器及其相關零部件被列入美國出臺的管制清單［3］，成為被卡脖子的重要領域。內部管理與研發共享上，我國科學儀器設備缺乏科學的管理機制［4］，儀器類項目的管理仍有待加強［5］，在研發與產業化方面與國外相比存在較大差距，產業化面臨巨大挑戰［6］?？蒲袃x器共享不充分，我國大型儀器設備的利用率總體上對外開放共享率不足30%，甚至存在個別設備購置回來竟然未拆封、零機時的現象［7］。具有教育科研屬性的大型儀器管理單位僅在局部范圍內提供儀器共享服務［8］。

就廣東省而言，2020 年10 月，廣東省制定了《廣東省培育精密儀器設備戰略性新興產業集群行動計劃（2021—2025 年）》，將科學儀器研發作為創新發展的重點產業之一［9］。目前，廣東省科學儀器設備產業已經初步構建了產品門類品種比較齊全、具有一定生產規模和研發應用能力的體系，質譜儀、高通量基因測序儀、醫療監護儀、專用傳感器和精密光學鏡頭、偏光顯微成像儀、熒光定量PCR 儀、激光粒度儀、力學性能測試儀器、激光干涉儀、精密光柵尺等十類重點產品處于國內領先水平。2021年，廣東省精密儀器設備產業集群營業收入同比增長12.0%。

從現有國內科學儀器相關研究來看，主要涉及以下4 類：一是對國內外科學儀器的創新比較，如伊彤等［10］采用組合賦權法對中國與美、德、日等發達國家的科學儀器產業技術創新進行了量化評價與比較。欒春娟等［11］對基于專利的視角比較了全球科學儀器與工程儀器的發展特征。陳芳等［12］將美國科學儀器商業管制清單中的內容與國內科學儀器的分類進行了對比分析；二是分析科學儀器的研究熱點和發展現狀，如高皓天等［13］通過CiteSpace軟件對全球科學儀器研究范疇的熱點進行了分析。楊振磊［14］通過文獻計量分析和CiteSpace 可視化分析工具探究了近40 年來我國科研儀器研究熱點變遷和前沿趨勢。王大洲等［15］基于科技部科技平臺中心全國科技資源調查數據，分析了我國大型科學儀器研制的總體情況；三是對國內地方科學儀器共享情況進行調查研究。如何若淼等［16］分析了廣東省大型科學儀器設施共享服務平臺的運行現狀和管理模式。陳茂清等［17］對粵港澳大灣區科學儀器產業創新發展態勢進行了分析。朱中元［18］結合合肥市2008—2018 年的大型儀器設備共享使用補貼申請單位數量、不同地區補助金額和不同行業比例等指標，分析了合肥市大型儀器設備共享現狀及存在的問題；四是對科學儀器政策和管理現狀的研究，任孝平等［19］從政策角度分析了“十二五”至“十三五”期間我國儀器專項管理措施、項目經費管理、管理主體及其職能的變遷；武思宏等［20］系統介紹了國家重大科學儀器設備開發專項實施的后端資助政策,以及如何運用精細化項目管理措施和評估方法使后端資助政策真正落地。周小林等［21］運用技術就緒方法在國家科技計劃項目的管理和評估中的應用。然而較少有針對廣東省科學儀器研發與需求現狀及發展策略的研究，因此，對廣東省科學儀器行業的現狀和研發存在的問題進行剖析，可為廣東省儀器行業的科學規劃布局、技術創新發展和儀器設備產業水平提升提供決策參考。

1 廣東省科學儀器研發現狀

1.1 調查情況說明

本文通過問卷調查和實地調研相結合的方式，向廣東省科學儀器研發企業、高校和科研機構發放廣東省科學儀器研發情況調查表、需求及技術研究情況調查表，實地走訪廣州、深圳、東莞、佛山等地企業。調查時間為2021 年10 月15 日至2021 年12 月15 日，共回收科學儀器研發情況調查表、需求及技術研究情況調查表共計83份，其中企業61份，高科和科研機構22 份；向廣東省高校和科研機構發放10 萬元以上科學儀器情況表，回收2 530 份。

1.2 調查結果

1.2.1 廣東省科學儀器統計

本次調查單位上報的10 萬元以上的儀器設備總數達到2 530 臺。其中，價值10 萬元～50 萬元科學儀器設備有1 837 臺（見表1），占據調查10 萬元以上儀器總數的72.61%，可見，廣東省高校與科研機構的研究以低價值科學儀器為主。而單價超過100 萬元的高價值科學儀器設備309 臺，僅占調查科學儀器總數的12.2%。從科學儀器設備來源來看，價值10 萬元～50 萬元科學儀器設備進口比例為55.6%，說明廣東省科學儀器設備中，較低價值科研儀器國產和進口比例相差不大，進口設備數量略高于國產設備數量。而價值100 萬元以上的高價值科學儀器進口比例達到74.4%，表明廣東省高校和科研機構的高價值科學儀器設備主要依賴于進口。因此，加速發展廣東省高價值和高端科學儀器設備事業已經迫在眉睫。

表1 單臺儀器價值分區間統計

1.2.2 廣東省重點科學儀器研發情況

創新活動要求科學儀器研發企業不斷創造、獲取和利用新資源，注重創新資源集成質量，及時關注市場信息，以應對用戶對儀器新需求和變化［22］。為了解廣東省科學儀器研發和創新情況，本文在專利申請、產業鏈環節、科學儀器研發類型、研發投入、研發人員等方面調研了廣東省科學儀器研發企業。其中，61 家企業提供了專利申請、產業鏈環節和科學儀器研發類型等數據，51 家企業提供了研發投入和營收數據，46 家企業提供了研發人員數據。

專利申請方面，61 家企業申請的國內專利13 293 件，國際專利2 056 件，即平均1 家企業國內專利申請量約218件、國際專利申請量約34件?？梢?，廣東省科學儀器研發企業在國內申請的專利遠高于國際專利，在國際專利布局上還有待提高。按照產業鏈環節來分，處于下游成套設備的企業有38 家，占所調研企業總數的62%，其次是中游零部件制造企業14 家，處于上游軟件系統研發的企業最少，只有9 家。

從調研企業生產的科學儀器類型來看（見圖1），專用檢測儀器最多，達20 家，剩下的生產科學測量分析儀器、信息計測和電子測量儀器、人體診療儀器和生產其他科學儀器的企業數量相當。

圖1 調研企業生產的科學儀器類型

廣東省科學儀器行業的企業和科研院所發展勢頭較好，在超聲檢測儀器、示波器、監護儀、激光干涉儀、基因測序儀、質譜儀等方面處于國內領先水平，尤其在質譜儀和高通量基因測序儀等新型高端科學儀器的研制方面取得了突破性進展。分區域來看，廣州形成以質譜儀器研發為主線，健康監測儀器和檢測設備同步發展的格局。深圳在基因測序、細胞治療等領域凸顯，在電子測量儀器、傳感器等具備優勢。東莞在科學分析儀器/檢測儀器領域形成優勢。珠海擁有國家多參數監護儀產業化基地，但科學儀器設備產業基礎較為薄弱。佛山聚力醫學診斷儀器領域。中山的光學、醫學診斷等領域企業發展勢頭良好。

從企業研發產品上看，廣州禾信儀器在國產質譜儀器的研發方面走在了前列。深圳華大基因首先實現了高通量測序儀的國產化，打破了國外廠商壟斷測序儀的局面，其發布的最新超高通量基因測序儀的測試數據質量與國際權威儀器Illumina 相當，而測試通量高于Illumina 的NovaSeq 等儀器［18］。中山新諾科技研發出世界上首臺雙面數字化光刻設備。中科奧輝擁有國際先進的熒光相關光譜（FCS）單分子分析技術，研制了桌面式熒光相關光譜單分子分析儀，但該企業目前處于初創期，規模尚小。倍高清安防變焦鏡頭中，聯合光電市占率全球第一。在光學測量領域，中山依瓦塔技術實力、市場占有率達到前三名。在監護儀產品國內市場中，深圳邁瑞第一、珠海寶萊特排名第二位，是該類產品國產替代的主要力量。

從研發投入和企業營收數據看，廣東科學儀器企業營業收入、研發投入具有較大的差別。將營業收入按小于1 億元、1 億元～10 億元、大于10 億元劃分，將研發投入按小于1 000萬元、1 000萬元～1億元、大于1 億元劃分，并將研發投入占營業收入比例按小于5%、5%～10%、大于10%劃分，分區情況見圖2。

圖2 調研企業2020 年營業收入、研發投入和研發投入占比分區

營業收入超10 億元的企業共10 家，大型企業如邁瑞和大族激光，2020 年營業收入分別為210.26億元和60.61 億元，均位于深圳。營業收入介于1億元～10 億元之間的企業有18 家，營業收入小于1 億元的企業23 家，占調研企業的45%；從研發方面來看，研發投入過1 億元的僅7 家，研發投入在1 000 萬元～1 億元之間的有20 家，研發投入小于1 000 萬元的有24 家。從科學儀器企業的營業收入和研發投入分區來看，營業收入小于1 億元、研發投入小于1 000 萬元的小型企業居多。從研發投入占營業收入的比例來看，7 家2020 年研發投入占其營業收入的比例不足5%；23 家企業研發投入占比介于5%～10%之間；其余21 家企業的研發投入占比高于10%?？梢姡瑥V東省大部分科學儀器企業總體規模不大、研發總投入偏低，但投入比例已達到甚至超越國外先進同行5%～10%的水平［23］。

企業員工和研發人員方面，將企業員工數和研發人員按小于100 人、100 人～1 000 人、大于1 000 人劃分，將研發人員占比按小于20%、20%～50%、大于50%劃分，見圖3。

圖3 調研企業員工數、研發人員和研發人員占比分區

總體來看，調研企業人員規模差別巨大，最少2 人，最多的達6 000 多人。企業員工數不足100 人的有21 家，介于100 人～1 000 人之間的企業19 家，企業人數大于1 000 人的僅6 家；研發人員方面，研發人員小于100 人的企業33 家，企業研發人員在100 人-1 000 人之間的有10 家，研發人員超過1 000 人的僅3 家。可見，調研企業員工數和研發人員數不足百人規模的企業居多?？紤]到企業規模、企業業務類型不同，研發人員占比也存在較大差距，從5%～80%不等，但主要集中在20%～50%這一區間，有30 家。研發人員占比超過50%的有5 家，11 家企業研發人員占比不到20%?？梢?，廣東省科學儀器企業超7 成研發人員占比在20%以上，超過國外先進同行15%～20%的水平［24］。

由上述數據可知，廣東省大部分企業研發投入占比和研發人員占比超過國外先進同行。然而，從研發投入絕對值來看，廣東省科學儀器研發企業規模差距較明顯，小型科技企業多，部分企業存在營業收入總量偏小、研發投入較低、企業員工規模普遍偏小等問題，亟需高質量發展促進企業做大做強。

2 廣東省科學儀器研發問題分析

通過問卷和網絡調研，總結廣東省學儀器研發與需求問題，涉及關鍵核心技術與零部件、國產替代、研發創新、配套產業、人才、政策、平臺等方面。主要表現在以下6 個方面：

第一，關鍵核心技術掌控能力較弱，高端科學儀器依賴進口。國產整機大部分部件已實現國產化，且綜合性能基本與國際領先產品處于同一檔次。然而，產品內的部分關鍵核心零部件存在“卡脖子”問題，需要從國外少數幾家供應商采購，存在較大的產業鏈隱患。例如，某些企業產品核心部件需要用到DMD、FPGA、高數字孔徑、水介質物鏡、雪崩光電二極管探測器等重要元器件，但國內替代產品性能差，不能滿足生產要求，導致仍需從國外進口。

同時，廣東省科學儀器的使用集中在高校和科研機構，其所購置的高端科研儀器以Toptica（德國）、Agilent（美國）等進口儀器居多。在生物醫藥制造和分析儀器等領域，廣東在抗體、疫苗等產品的制造設備、質控分析設備、潔凈區環境監控設備方面基本屬于空白，供需缺口龐大。同時，在部分領域無法國產替代，如尚未有TEM（透射電子顯微鏡）國產設備可以達到點分辨率和線分辨率＜1 nm 的精度，美國海洋光學高性能光譜儀等光學檢測設備仍無國產替代產品。

第二，產業鏈對接創新鏈弱，產業配套不夠完善?？茖W儀器設備涉及的基礎產業領域較多，例如電子、材料、機械、光學工程、信息技術等相關學科，尤其是精密機械加工、專用軟件研發、可靠性設計等方面配套不夠完善。其原因主要有以下三點：其一，隨著產業轉移的持續推進，部分科學儀器企業反映，由于機械加工等產業遷出市區甚至遷到廣東邊緣地區，導致科學儀器與加工產業的脫節，尤其缺乏精密儀器急需的精密加工產業配套，形成了采購成本、管理成本不斷提高的問題。其二，基礎軟件與工業軟件缺乏自主可控的核心技術，難以支撐科學儀器高質量發展。其三，企業普遍缺乏對可靠性設計、可靠性測試的認知，更難以采用科學手段提高產品可靠性。

第三，區域基礎研究和技術儲備較弱，人才資源匱乏。廣東省科學儀器研發企業規模和研發投入存在明顯不足的情況。大灣區內的香港大學、香港科技大學、澳門大學、中山大學、華南理工大學等高水平高校中，尚未有儀器科學與技術的博士點，具有儀器科學與技術專業碩士以上學位授予點的高校中僅有一所進入“雙一流”建設名單；在第四輪儀器科學與技術學科評估中，僅有廣東工業大學1家高校上榜。

大灣區的科學儀器人才培養體系尚不健全，在高水平科學儀器創新人才、領軍人才及專業技術專才培養方面存在短板。儀器儀表工程技術人才相對匱乏，直到2019 年廣東省人社廳、省科協才批準新設測控儀器工程技術人才職稱評審。此外，企業對省內的科技資源不熟悉，阻礙了雙方的合作。目前，企業面臨著有意愿從事儀器行業的畢業生很少，軟件設計技術等高技能人才、整機儀器研發管理的綜合性人才緊缺等問題，開展重大合作也往往因本地科技資源難以支撐科學儀器的研發而舍近求遠。

第四，國產高端儀器和關鍵核心零部件性能普遍低于國外同類產品，導致接受程度低。高端儀器如光學級檢測儀器、環境儀器設備、質譜儀器，關鍵核心零部件如激光器、噴印噴頭、X 射線光管，國內雖有同類產品，但性能、精度與國外差距較大，導致國內對國產高端儀器和關鍵核心零部件接受程度低。同時，國家標準、行業規劃制訂不規范，世界領先科學儀器廠商影響了技術指標的設定。

由于過去自主創新能力不強、制造工藝水平不高、產品質量可靠性較差等原因，國內市場對國產科學儀器普遍存在難以撼動的崇洋媚外刻板印象，不愿用、不敢用國產儀器。即使國外同類產品存在技術缺陷，且國產產品能給出正確結果，國內用戶仍傾向于拒絕國產儀器。此外，國內客戶對國產儀器相對更苛刻，信任度和容忍度更低，同樣性能要求更低價，同樣價格要求性能全面超越國外。

第五，關鍵核心技術協同攻關有待進一步提高，技術創新與成果轉化存在脫節。廣東省內企業間、企業與高校間缺乏實質性的聯動，缺少在進口儀器的基礎上進一步優化和基于進口儀器研發新模塊的能力。據中山、珠海企業的調研，清華大學、天津大學、西安交通大學、哈爾濱工業大學、長春理工大學等高校的合作門檻較高，只與儀器科學與技術學科評估B 以上的省外機構進行技術合作；其次，由于省內的企業與科研院所信息不對稱，雙方在技術研發、技術攻關、成果轉化等方面了解不夠深入，導致省內的產學研協同創新處于較低的層次。

在創新模式方面，高校和科研機構在建設過程中傾向于技術研發，對研究成果的實踐性考慮較少，導致科研成果缺乏一定的市場導向，使其轉化為新型產品的周期較長。

第六，缺乏支撐產業發展的公共平臺，儀器利用率和共享水平亟待進一步提升?？茖W儀器是高端裝備制造領域中系統最復雜的產品之一，涉及物理、化學、光學、精密機械、電子技術、自動化控制、軟件工程和真空等多專業的交叉融合，從研發到產品需要整合產學研多方的資源和優勢。但廣東缺乏面向行業、服務產業鏈企業與研究單位、從原理技術向產品轉化的儀器工程化及應用研究平臺，實現產學研協同攻關，加速推動科學儀器從研發到市場的落地進程。

儀器共享工作推廣未達到預期效果，共享平臺利用率不高。在調研的科研院校中，中山大學物理與天文學院、季華實驗室、松山湖實驗室等具有一大批高端科學儀器的機構在推動儀器共享的進度中滯后較多，導致共享水平低、重復采購、設備使用率不高等問題。

3 廣東省科學儀器研發對策建議

3.1 提升原始創新能力，強化核心技術攻關

建議參照國家和廣東省“十四五”科技計劃體系，強化基礎研究和應用基礎研究，對標國際先進水平，突破一批關鍵核心技術，在核心材料、部件、軟件等關鍵環節、關鍵技術、關鍵產品實現國產化。積極支持龍頭企業、優勢高校院所積極申報科技部和國家基金委的國家重大科研儀器專項，大力推進省市聯合基金、省企聯合基金模式，以多元投入促進原始創新。

3.2 強化科學儀器與相關產業集群的統籌布局

加強頂層設計和整體布局，加強科學儀器設備產業與十大戰略性支柱產業集群中新一代電子信息產業、軟件與信息服務產業、生物醫藥與健康產業，以及十大戰略性新興產業集群中的半導體與集成電路產業、高端裝備制造產業等產業集群的融合發展，理順不同產業集群的交叉點，凝練出科學儀器產業的重點研發技術和產品，形成布局合理、協調互補的集群發展布局。

3.3 完善人才引育機制，加速高層次人才集聚

充分發揮粵港澳三地優勢科技資源，統籌推進科學儀器與大灣區“雙一流”“高等教育重大工程”建設高?？平倘诤?、科教協同。專項支持科學儀器學科建設，圍繞科學儀器與相關產業集群打造學科群，設立多樣化人才教育和培養方式，加大科技人才培養力度。

建立科學儀器行業高端領軍人才扶持和技能專才的培養及激勵機制，探索建立科學儀器高端領軍人才專項資金。鼓勵高校增設儀器科學與技術碩士點和博士點，重點培養緊缺的專業人才、創新型科技人才和復合型人才，集聚一批以戰略科學家和學科帶頭人牽頭，青年科學家、博士后及研究生為梯度的人才隊伍。積極推進粵港澳大灣區精密儀器設備領域工程技術人才專業資格互認和工程師資格國際互認；通過舉辦國家級職業技能大賽遴選出優秀的高端技工人才，鼓勵人才多元化發展。

3.4 提高國產儀器公信力，推動國產儀器進口替代

聯合標準化管理部門、行業協會等部門，形成合理的行業標準。依托國家級、省級權威機構，高質量建設國產科學儀器驗證與綜合評價服務平臺，通過與進口儀器進行對比測試，為國產儀器提供技術標準，扭轉國內用戶對國產科學儀器的偏見，推動高校、科研機構在科研活動中將科研成果產業化。

建議聯合發改委、財政廳、市場監督管理局、海關等部門，納入首臺套政策支持范圍，制定國產儀器采購白名單，將通過驗證與綜合評價項目驗證后的國產儀器列入名單，向全省各類用戶推薦，鼓勵使用財政資金購置儀器的地方政府、高校和科研機構優先采購列入名單的國產科學儀器。同時，加大享受進口科學儀器稅收政策的審核力度，嚴格進口儀器的采購流程，反向提升國產儀器采購比例。此外，落實政府采購定向支持政策，作為定向研發模式的補充，在政府年度科學儀器采購項目預算中設定合理的國產科學儀器采購比例，以解決研發與應用脫節、產品與市場脫節的市場失靈問題。

3.5 加強創新平臺建設，推動產業全面發展

考慮到廣東省科學儀器企業規模偏小的因素，建議設立“科學儀器”扶持專項經費，篩選和扶持一批優秀的科學儀器產品和企業，重點支持龍頭企業；對于從事科學儀器創新的小型企業特別是新創企業，給予特別支持。充分整合粵港澳優勢資源，積極推動建立龍頭企業牽頭、多方參與的創新聯合體，加強科學儀器企業與省內的國家重點實驗室、省實驗室等高水平科研力量的聯合，鼓勵企業與之建立高水平聯合實驗室或研究院。

支持配套公共服務實施的建設，運用市場機制整合產業鏈上下游，建設具有專門性的儀器專項產業園，完善測試認證中心、法律咨詢、投融資、成果轉化及配套生活設施等配套設施，推動科學儀器基礎研究、技術攻關、成果轉化到應用示范的無縫對接。

3.6 探索“政府+平臺+保險”的創新服務模式，提高粵港澳大灣區科學儀器開放共享水平

出臺大型科學儀器開放共享考評辦法，對儀器管理單位進行綜合評價，根據共享服務績效評估和財政預算管理要求，對優秀和良好的單位以后補助機制進行后補助。

在廣東省科技資源共享服務平臺（粵科匯）基礎上，推動建設粵港澳大型科學儀器設施共享平臺，對接國家網絡管理平臺，承接國家科技資源調查及開放共享相關任務，整合集成國家實驗室、省實驗室、在粵國家重點實驗室、省重點實驗室、粵港澳聯合實驗室等平臺基地的大型科學儀器設備資源、實驗技術人員、領域專家等服務資源。完善大型科學儀器設備共享共用機制，促進科技資源共享服務向專業化社會化方向發展，對外共享服務合理收費。

此外，可為粵港澳大灣區大型科研儀器提供共享保險產品，降低科研儀器在開展開放共享工作中發生損毀風險造成的經濟損失，為提高進一步粵港澳大灣區科學儀器開放共享水平提供保障。