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中国测量控制与仪器仪表中长期发展规划

行业聚焦点中国仪表网2006年07月25日 08:49人气:4415

“物化法官”的重要作用。同时,仪器仪表在试验教学、气象预报、大地测绘、诊治疾病、指挥交通、探测灾情等社会生活许多领域都有广泛应用,需求遍及“农轻重、海陆空、吃穿用”无所不在。下面主要从未来 17 年 , 国民经济、社会发展和国防安全的战略目标,分析测量控制与仪器仪表科技的未来需求:

A 、国民经济的发展要改变产品挡次低、技术含量低、主要靠数量增加的粗放式发展模式,走以质取胜的集约式发展之路,必须广泛采用信息技术,用信息化带动传统产业的发展。测量控制与仪器仪表是信息技术的重要组成部分,在实现“精确工业”、“精细农业” … 的过程中有巨大的需求。

B 、科学技术是第一生产力,科教兴国已成为既定国策。大力加强科研和建立以企业为主的技术创新体系,提高自主开发和自主创新能力,测量控制与仪器仪表科技必须先行。

C 、面对世界超级大国的超强“精确打击”军力,为了国家的国防安全,部队的快速反应能力和武器的精确打击能力急需提高,对作为军事上战斗力的测量控制与仪器仪表科技同样有巨大的需求。

D 、面对资源短缺、水资源危机、生态环境恶化的严峻局面,要保障人民健康和社会的可持续发展,必须加强生命科学、食品安全、环境保护、公共安全(包括反恐、反毒)、商品质检、临床医学、医药科学等领域的研究和发展,从而增加对测量控制与仪器仪表科技的未来需求。

5 测量控制与仪器仪表产业发展方向、重点项目建议

根据国民经济、科学研究、国防建设、社会发展各方面对测量控制与仪器仪表的需求,综合关键共性技术部分作为产业的发展方向,提出重点项目建议。

5.1 测量控制与仪器仪表产业发展方向建议

《 2006-2020 年》期间,我国测量控制与仪器仪表产业发展的方向是:

5.1.1 工业自动化仪表与控制系统

A. 以石油、化工、钢铁、电力、交通运输、国防安全、环保、轻工、水利等重大工程项目为依托,致力于新一代主控系统及其综合自动化开发和产业化,主要包括集散控制系统、现场总线控制系统和以工业计算机为基础的开放式控制系统、工业生产中的质控体系等;国内生产的产品, 2010 年要满足 50% 的大型系统, 2020 年要能满足 85% 的大型系统。

B. 先进控制、优化软件开发与产业化技术,主要包括先进控制技术、过程优化技术、实时监控软件平台、信息集成软件平台、系统集成技术等; 2010 年要具有“交钥匙”自控系统 30% 的能力,到 2020 年, 50% 的工程项目做到“交钥匙”。

C. 智能仪表、采用现场总线技术与实时工业以太网技术的检测仪表、执行器与变送器、成套专用控制装置和成套专用优化系统的开发与产业化; 2010 年国内生产的产品品种和价值均要达到 70% , 2020 年达到 85% 。

5.1.2 科学仪器

2010 年老产品要更新换代,国内生产的产品品种和价值达到市场需求的 50% , 2020 年达到 75% 。重点围绕生命科学、农业和食品、材料科学、环境与能源等直接关系到人类生存和发展的各学科和领域的需求,加强引进消化、自主研究、开发和产业化。要加快科学仪器在线化和固态化的进程,进一步提高科学仪器的功能,扩大科学仪器的应用领域 ` 。

A. 量大面广的通用仪器

重点解决色谱、光谱、质谱、电化学等各类通用仪器的稳定和可靠性,开发高灵敏检测器和高精度传感器,进一步提高仪器的技术水平和设计制造能力。

B. 特定领域的专用仪器

农产品品质和食品营养成分检测、农药及残留量检测、土壤速测等农业和食品专用仪器;海洋仪器;大气、水和固体废弃物安全监测和预警用成套环境专用仪器,各种灾害监测仪器;生命科学用分离分析仪器及面向医疗单位包括中小医院的各种生化分析仪器;计量仪器;航天仪器等。

C. 有自主知识产权和特色的新型仪器

重点发展各种微分析仪器、智能仪器、联用仪器、虚拟仪器、成像仪器及相关技术和部件。

D. 科学仪器软件和支撑系统

着重发展各种科学仪器应用软件、标准化数据处理软件,提供使用可靠、扩展性强的通用型科学仪器开发平台和仪器测控数据系统以及支撑系统。

5.1.3 医疗仪器

2010 年国内生产的产品品种和价值达到市场需求的 50% ,到 2020 年达到 70% 。

A. 开发研制医用光学仪器,包括内窥镜、眼科光学仪器、手术显微镜等。

B. 以全数字化成像、高档黑白超和彩超、新型换能器为研发关键技术的超声医用仪器。

C. 研究开发数字化核磁、 X 线影像系统,高温超导型核磁共振系统,精细手术和微创手术系统等大型医疗仪器及临床信息系统。

D. 研究开发高能智能化肿瘤治疗大型仪器系统,包括数字化控制系统、高能管技术、放疗模拟定位机改造,以及多光阑系统等关键技术。

E. 结合面向社区、家庭的小型化和便携式医疗仪器远程通信和网络化的发展,加强预防医疗系统及疾病控制系统的研究开发。

5.1.4 电测仪器与自动测试系统

A .精密数字电表、自动测试技术与系统集成技术,网络化技术; 2010 年生产线关键工序配备自动化监测仪器,在线检测和故障诊断系统,满足 20% 的企业建立整机自动化检测系统, 2020 年, 50% 的企业建立整机自动化测试系统,实现在线自动检测,发展微机智能检测。

B. 通信、计算机、网络测量技术、集成电路测量仪器及自动测试系统;

C. 微波,毫米波测量仪器及测试系统;

D. 数字电视、广播、多媒体测试技术、测量仪器及测试系统;

E. 航天航空自动测试系统及设备;

F. 可大量出口的电测仪器仪表;如电度表、数字万用表等。

5.1.5 计量测试仪器

计量测试仪器是保证设备产品质量,提高产品创新能力的不可或缺的手段。我国计量测试仪器的落后,在一定程度上制约了我国制造业的发展。随着科学技术发展,国际上新的基于高新技术的基准标准不断出现。加入 WTO 后,我国的计量水平与国际水平的一致性变得越来越重要。必须使我国的计量能力保持与我国经济发展相适应的水平。因此,开展重要的计量基准的研究也是振兴装备业的重要组成部分。

A. 基于量子物理的计量基标准的建立,包括交流约瑟夫森电压基准、量子化霍尔电阻基准和单电子隧道效应电流基准构成的现代电学计量基标准等;

B. 量子计量基标准所需的量子计量器件的研制,包括交、直流约瑟夫森电压阵列器件,交、直流量子化霍尔电阻器件和超导量子干涉器等;

C .先进机械制造中、微电子制造业中的几何量在线计量仪器,包括:视觉传感器和其它在线测量传感器;光电式数字化无导轨在线三坐标测量机;大尺寸三维空间坐标现场校准等;

D. 远程计量校准,包括:在线测量仪器动态校准和量值溯源等。

5.1.6 传感器、元器件、制造工艺及仪表材料

A. 用于现场总线及智能化仪表的压力、温度、流量、液位等新型传感器;用于环保等领域的多功能传感器;生物传感器;智能传感器;航天航空领域需求的微型化传感器等;

B. 元器件:特殊弹性元件;计数器;仪表专用电路 (ASIC) 和厚膜电路;测控模块、接插件;测量系统的插件机箱;

C. 仪表材料重点研究开发薄膜化、小型化、纤维化、粉体化、复合化、多功能化、材料—元件一体化、智能化等各种新材料;纳米材料;功能陶瓷材料。

5.1.7 测量控制与仪器仪表基础技术

A. 新工艺,如微米 / 纳米制造工艺等;

B. 提高稳定性和可靠性的共性技术;

C. 系统集成应用软件技术;

D. 测量控制网络化应用技术;

E. 大型、精密和超精密制造中的测量控制技术,包括特大型及关键零件制造中的测量控制技术,亚微米到纳米级的细微制造中的测量控制技术,数字化、智能化制造中的测量控制技术等;

F. 工业控制通信协议标准技术,共性基础标准技术等。

5.2 测量控制与仪器仪表科技发展重点项目建议

从测量控制与仪器仪表各领域相互关系、共性问题以及我国国民经济、科学研究、国防建设、社会发展全局进行战略研究,测量控制与仪器仪表科技发展重点项目建议如下:

( 1 )新型传感器及信息获取技术;

( 2 )与国家重点工程相配套的过程控制系统和测控装备及其系统集成技术;

( 3 )精确制造中的测量控制技术及仪器仪表;

( 4 )科学仪器中的微分析仪器及其关键技术;

( 5 )数字化医疗仪器及其关键技术;

( 6 )基于现代量子物理的计量基标准系统。

5.2.1 新型传感器及信息获取、传感技术

传感技术不仅是检测的基础,它也是控制的基础。这不仅因为控制必须以检测输入的信息为基础;并且是由于控制达到的精度和状态,必需感知,否则不明确控制效果的控制仍然是盲目的控制。信息获取、传感技术是所有测量控制仪器仪表的基础技术;新型传感器是发展高水平测量控制仪器仪表的基础。传感技术已成为制约测量控制仪器仪表发展的瓶颈。

新型传感器及信息获取、传感技术主要是客观世界有用信息的检测,它包括有用被测量敏感技术,涉及各学科工作原理、遥感遥测、新材料等技术;信息融合技术,传感器制造技术等。信息融合技术涉及传感器分布,微弱信号提取(增强),传感信息融合,成像等技术;传感器制造技术涉及微加工,生物芯片,新工艺等技术。

新型传感器及信息获取、传感技术具体项目的立项宜同重大工程项目相结合。

5.2.2 与国家重点工程相配套的过程控制系统和测控装备及其系统集成技术

工业发达国家高新技术仪器仪表产品品种约占总品种数的 75% ,而国内还不到 20% 。工业自动化仪表和控制系统的仪表品种国内满足率,一般性工程项目达 80% ,大型工程项目还不到 50% ,与国家重点工程相配套的过程控制系统和测控装备主要解决智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蚀、全密封、防爆等有特殊要求的自动化仪表品种。主要包括符合现场要求的各类传感器及检测仪表,实时流程分析仪器及在线分析技术,新型现场控制系统, e 网控制系统,以工业控制计算机、可编程控制为基础的开放式控制系统及先进控制技术,特种测控装备和测控技术,系统成套集成技术等。

系统集成技术直接影响测量控制仪器仪表的应用广度和水平,特别是对大工程、大系统、大型装置的自动化程度和效益有决定性影响,它是系统级层次上的信息融合控制技术,包括系统的需求分析和建模技术,物理层配置技术,系统各部份信息通信转换技术,应用层控制策略实施技术等。在操作人员为多种不同岗位的操作群体情况下,还应包括各级操作人员需求分析技术。系统集成技术还涉及智能控制技术,它要求测控系统以接近最佳方式监控智能化工具、装备、系统以达到既定目标的技术,是直接涉及测控系统的效益发挥的技术,是从信息技术向知识经济技术发展的关键。智能控制技术可以说是测控系统中最重要和最关键的软件资源。从目前发展趋势看,在企业信息化 ERP/MES/PCS 三级结构的计算机测控系统中 , 软件的价格已超过硬件的 3 倍。而有关石化、冶金、电力、制药行业中自动化测控系统的先进控制软件价格就超过系统硬件价格。智能控制技术包括仿人的特征提取技术,目标自动辨识技术,知识的自学习技术,环境的自适应技术,最佳决策技术等。

5.2.3 科学仪器中的微分析仪器及其关键技术

分析仪器是科学仪器中最重要和发展最快的组成部分 , 而微分析仪器包含的微量检测、微型化、高灵敏度、高分辨率和高智能化内涵,则代表了分析仪器的一个重要发展趋势和技术水平,在生命科学、食品安全、环境保护、公共安全(包括反恐、反毒)、临床医学、医药科学和化工等领域得到越来越多的应用。

微分析仪器及其关键技术主要内容:( 1 )开展高灵敏度、高分辨率、高性能水平的微结构型传感器研究,将生物芯片技术、新型化学传感器技术、多组分(多参数)集成传感器技术应用于分析仪器的研制和开发。( 2 )开展分析仪器微型化和相关微分析技术的研究,重点进行微分析仪器使用的共性技术和新技术的研究,如微流控技术、微加工技术、微检测技术、微光源、全点子分光系统、微分光仪、新型芯片等的研究。( 3 )过程分析、在线分析使用的微分析仪器及其关键技术研究。( 4 )不同类别分析器联用技术的研究。当复杂基体的微量、痕量物质的含量及结构分析对分析对象的分辨能力提出极高的要求,单一的分离技术甚至质谱分离技术均已无法从复杂的信息中分离出所需的有用信息时,需要通过相关不同类别分析器的联用技术对物质的成分、结构、形态甚至综合形态进行分析,以便同时获得原子和分子的信息。

5.2.4 精确制造中的测量控制技术及仪器仪表

先进制造业的规模和水平是衡量一个国家综合实力和现代化程度的主要标志。为使我国由一个“制造大国”转变为一个“制造强国”,必须实现从传统制造向精确制造的转变。精确制造中的测量控制技术是实现制造过程高附加值和产品高品质的保障。精确制造中的测量控制技术及仪器仪表,主要包括:网络化、协同化、开放型的测控技术及系统组成,重大工程中的特大型及关键零部件成形及加工制造中的测控技术及仪器仪表,精密成形制造及超精密加工制造中的测控技术及仪器仪表,制造过程中的无损检测技术及仪器仪表,激光加工中的测控技术及仪器仪表,亚微米到纳米级微细制造中的测控技术及仪器仪表,智能仿生自适应技术及仪器仪表等。

5.2.5 数字化医疗仪器及其关键技术

以数字化技术带动传统医疗仪器的发展,满足人民健康的需求。发展重点是数字化医学影像诊断设备,数字化物理治疗和手术设备,数字化显微、内窥和激光诊疗设备,数字化医疗信息系统。关键技术:生物传感及数字成像技术,高能射束监控及机器人或机械手操作技术,显微内窥光学及激光监控技术等。

5.2.6 基于现代量子物理的计量基标准系统

计量基标准是计量科技的核心,是国家测量量值溯源的源头。计量科学研究的主要目的是不断提高计量基标准的精度和测量的准确度。目前,国际上的计量科技发展趋势是由实物计量基标准向量子计量基标准转变,通常同类量子计量基标准比实物计量基标准准确度高两个以上数量级。

基于量子物理的计量基标准系统,其主要内容是以量子理论为基础的若干计量基标准的建立及量子计量基标准所需的量子计量器件的研制。量子计量基标准包括现代国家时间频率基准(离子存储光频标、空间守时钟)和国家时间频率量值溯源体系及守时与授时系统,交流约瑟夫森电压基准、量子化霍尔电阻基准和单电子隧道效应电流基准构成的现代电学计量基标准,电功率质量自然基准,现代热力学温度计量标准及绝对测量方法,光幅射基准,长度量子基准,物质的量的量子基准。量子计量基标准所需的量子计量器件的研制包括交、直流约瑟夫森电压阵列器件,交、直流量子化霍尔电阻器件、量子电流基准器件( SET )、温度量子标准器件、超导量子干涉器等。

6 组织方式与政策措施建议

( 1 )长期规划,将振兴测量控制与仪器仪表业作为一个系统工程,从影响测量控制与仪器仪表业的各主要方面,包括政府、企业、社会环境、科研和教育机构等方面制定协调一致的战略措施并认真贯彻执行。

( 2 )建立行业专家咨询体系,包括中国仪器仪表学会专家委员会,行业专家库等,由政府官员、行业专家等组成国家级别的“评议会”,探讨诸如研究资源的分配、基于技术评价的课题选定、交叉学科之间的联合研究、开发基地的设立等战略性的问题。

( 3 )对带有基础性、前瞻性的产品开发以及社会公共工程 , 予以一定的财政支持,对于意义重大的科技项目,如本规划提出的新型传感器及信息获取技术;与国家重点工程相配套的过程控制系统和测控装备及其系统集成技术;精确制造中的测量控制技术及仪器仪表;微分析仪器及其关键技术;数字化医疗仪器及其关键技术;基于量子物理的计量基标准系统等项目,政府要立项,提供较大强度的专项资金支持,并通过政府的投入带动多渠道融资。政府的投入也可选择较有基础的军工单位,项目开发过程中通过军转民技术的开发,形成产业化能力。重大科技项目的主要实施单位应选择较具规模的、有较强开发能力和良好运行机制的现有仪器仪表研究所或企业,以便通过项目的实施形成一批行业龙头企业,带动整个测量控制与仪器仪表业的长期发展。同时通过项目的实施,协调制造企业与应用部门的关系。建议通过与国家重点工程相配套的过程控制系统和测控装备及其系统集成技术项目的实施,建立具有大型工程仪器仪表系统集成能力的国家级仪器仪表系统集成公司,并建立相应的机制、渠道,通过组织试点工程、样板工程,促进国产主干产品进入国家重大技术装备。

( 4 )对于未列入科技发展重点项目的大量科技问题,主要靠市场优化资源配置,政府适当给予政策支持,由企业投入研发经费。如量大面广的色谱、光谱、质谱、电化学等各类通用科学仪器,可大量出口的电度表、数字万用表等各类电测仪器仪表,可通过政策支持、引导有一定基础的企业,特别是新兴的民营企业加强中挡产品的研发力度,逐步向高档产品发展。

对于目前已有一定基础的仪器仪表元器件、专用电路、功能材料生产基地和地区,如广东东莞、广州黄埔一带,已形成较强的仪器仪表印刷电路、元器件、塑胶部件、五金件、电子零配件的加工、外协、配套能力,江苏无锡地区已形成较强的仪器仪表元器件、专用电路加工、配套能力,在行业上予以优选,以促进加速发展,加强仪器仪表生产的基础。

( 5 )改善科研体制、积极探索更加有效的科研模式和管理模式,建设国家测量控制与仪器仪表创新体系。建议建立国家仪器仪表科学研究院;并以国家投资为主,创立交叉学科的联合国家实验室、工程中心或高技术孵化中心。主要承担起基础研究开发工作,力争产生原创性成果。将国家的资金和资源充分向社会开放,充分发挥信息交流和基础技术支援的中心的作用。

( 6 )创造灵活的有利于中小企业的支持政策,探讨对于有技术力量的中小企业与具有产业化的大企业的合作的支持方法、探讨中小企业可以使用大学或者研究院所中的实验室(国家资源)的方法等。

( 7 )建立资金引导机制,充分利用现在政府提供的风险产业基金和民间基金,引导企业(特别是科技企业)、民营资本进入仪器仪表产业。制订政策积极引导企业增加研发投入,加强技术创新的能力。把应用先进制造技术,重点解决生产中的工艺问题,作为企业技术工作的重点,保持与提高在市场中的竞争能力。在提高技术水平的同时,也要关注自身市场运作能力和工程能力的提高。在国内形成若干个综合实力强的大型企业集团。

仪器仪表不仅是装备制造业中进口较多和外贸逆差最大的行业,同时也是外资积极和活跃的工业部门。目前外资从合资转独资的态度强烈,有利于国际著名仪器仪表企业将生产基地和研发机构转移至中国,建议有关部门制订政策采取措施,引导将难以增资的国资转让给外资;或制订有利于技术引入的政策措施,在引入外资的同时引入技术。

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