王雷濤　李兵

摘? ?要：主要分析了我國(guó)國(guó)產(chǎn)儀器的優(yōu)勢(shì)與不足，剖析了測(cè)量控制與儀器儀表行業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。此外，結(jié)合第二十九屆中國(guó)國(guó)際測(cè)量控制與儀器儀表展覽會(huì)上新型產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)給予歸納，并對(duì)儀器技術(shù)方面的發(fā)展給出了建議。

關(guān)鍵詞：國(guó)產(chǎn)儀器;微小化與集成化;可靠性;儀器儀表

第二十九屆中國(guó)國(guó)際測(cè)量控制與儀器儀表展覽會(huì)提供了一個(gè)展示企業(yè)文化、企業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)的絕佳機(jī)會(huì)。因此，展品通常代表了企業(yè)最高的技術(shù)能力，反映了真實(shí)的業(yè)界研發(fā)與工藝水平，近萬(wàn)件展品自然是分析儀器現(xiàn)狀與發(fā)展的絕佳素材。

1? ? 國(guó)產(chǎn)儀器的優(yōu)勢(shì)

1.1? 常規(guī)測(cè)量?jī)x器測(cè)量水平差距小

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司41研究所年夫順研究員在“工業(yè)強(qiáng)基助力產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)高峰論壇”做了《關(guān)于科學(xué)儀器發(fā)展的若干問(wèn)題思考》報(bào)告，報(bào)告涉及國(guó)內(nèi)外儀器參數(shù)，如表1所示。

其結(jié)果與以往用戶對(duì)國(guó)產(chǎn)儀器的印象大為不同，國(guó)產(chǎn)儀器正在突破測(cè)量范圍與準(zhǔn)確度不足的窘迫局面，從表1的幾種常規(guī)測(cè)量?jī)x器來(lái)看，如微波測(cè)試儀器、毫米波測(cè)試儀，不難發(fā)現(xiàn)部分儀器測(cè)量參數(shù)已追齊國(guó)外尖端水平，原因必然是部分國(guó)產(chǎn)儀器企業(yè)掌握了核心測(cè)量技術(shù)與加工工藝。在技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)的情況下，國(guó)產(chǎn)儀器從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，其訂購(gòu)周期、產(chǎn)品價(jià)格都會(huì)帶來(lái)顯著優(yōu)勢(shì)，將是國(guó)產(chǎn)儀器不斷發(fā)展與壯大的根本。

1.2? 良好的技術(shù)服務(wù)

通過(guò)走訪國(guó)產(chǎn)儀器的展位得知，國(guó)產(chǎn)專(zhuān)有儀器在銷(xiāo)售及售后服務(wù)方面有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)儀器大多都有專(zhuān)業(yè)的售前工程師負(fù)責(zé)選型，售后工程師負(fù)責(zé)上門(mén)指導(dǎo)，長(zhǎng)期產(chǎn)品跟蹤，并且退、換貨流程簡(jiǎn)短，服務(wù)及時(shí)，具有完整的售后服務(wù)。進(jìn)口專(zhuān)有儀器設(shè)備通常要訂貨，從加工到海運(yùn)，一般要通過(guò)專(zhuān)業(yè)的代理公司才能有比較良好的采購(gòu)體驗(yàn)，然而，供貨時(shí)間、商品因中間環(huán)節(jié)的附加費(fèi)用等都很難讓產(chǎn)品有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

2? ? 國(guó)產(chǎn)儀器劣勢(shì)

實(shí)際上，我國(guó)儀器市場(chǎng)留給國(guó)產(chǎn)企業(yè)的份額極其有限。2017年，我國(guó)儀器儀表出口總額1 347.74億人民幣，進(jìn)口總額1 103.90億美元。在某些專(zhuān)有領(lǐng)域，進(jìn)口儀器幾乎100%，例如2016年成都質(zhì)檢院花費(fèi)1 142萬(wàn)元采購(gòu)12類(lèi)儀器設(shè)備，全部采用進(jìn)口產(chǎn)品。2017年，四川政府采購(gòu)產(chǎn)品論證，96類(lèi)儀器建議采購(gòu)進(jìn)口產(chǎn)品。這些案例都是政府采購(gòu)儀器，雖然政策對(duì)國(guó)產(chǎn)儀器有所傾斜，仍然不能打破國(guó)產(chǎn)儀器市場(chǎng)占有率低的局面。

2.1? 認(rèn)知度低

國(guó)產(chǎn)儀器因前期起步晚，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人性化不足、測(cè)量準(zhǔn)確度不夠、工作不穩(wěn)定等各種問(wèn)題，在用戶群體中印象不好。并且，老舊工程師人員交替時(shí)，個(gè)人見(jiàn)解會(huì)有傳承，使其效應(yīng)持續(xù)發(fā)酵。此外，工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，一般為科學(xué)研究課題，儀器經(jīng)費(fèi)相對(duì)充裕，國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備很難被考慮為系統(tǒng)組建環(huán)節(jié)，在產(chǎn)業(yè)化階段，因兼容性、技改等因素，國(guó)產(chǎn)儀器將更無(wú)機(jī)會(huì)取代進(jìn)口儀器。例如展會(huì)中，聚光科技為一家分析儀器和環(huán)保監(jiān)測(cè)儀器企業(yè)，研發(fā)的CEMS煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)水平業(yè)界領(lǐng)先，然而，通常調(diào)研初期，一般會(huì)將霍尼韋爾的產(chǎn)品為重點(diǎn)考慮對(duì)象，在符合設(shè)計(jì)要求的情況下，很難選用國(guó)產(chǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

2.2? 可靠性不足

現(xiàn)有階段，影響國(guó)產(chǎn)儀器發(fā)展的最大障礙是可靠性問(wèn)題。儀器儀表可靠性不足與我國(guó)可靠性工作起步較晚，欠缺驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與手段，重視程度不夠等因素有關(guān)。在以往的調(diào)查中，從可靠性工程管理、設(shè)計(jì)分析、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)等方面對(duì)儀器企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)極其不理想，數(shù)據(jù)最高的可靠性工作計(jì)劃制定與檢查也僅為31.36%，環(huán)境實(shí)驗(yàn)中的強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)更是低至2%[1]。

2.3? 高端測(cè)量設(shè)備匱乏

高端設(shè)備研發(fā)周期長(zhǎng)，技術(shù)封鎖強(qiáng)等諸多原因使得企業(yè)很難短時(shí)間突破技術(shù)難關(guān)。例如光刻機(jī)有3萬(wàn)多個(gè)光刻零件，其中，70%為超精密級(jí)加工精度，含有30多萬(wàn)種測(cè)量參數(shù)，600多種超精密測(cè)量?jī)x器，雖然研發(fā)投入較大，但目前的光刻機(jī)制造水平相當(dāng)于2005年世界水平，滯后國(guó)外4～5代。此外，專(zhuān)用測(cè)量設(shè)備100%的禁運(yùn)，也使引進(jìn)的道路無(wú)法走通。

2.4? 國(guó)家計(jì)量測(cè)試體系不完整

在展會(huì)高峰論壇上，來(lái)自哈爾濱工業(yè)大學(xué)的譚久彬教授提到了我國(guó)工業(yè)測(cè)試體系不完整的問(wèn)題。計(jì)量測(cè)試體系以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為源頭，自上而下地傳遞到具體產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝中，以德國(guó)為對(duì)比對(duì)象。我國(guó)工程參量為全領(lǐng)域參量，僅有80項(xiàng)國(guó)家基標(biāo)準(zhǔn)，而德國(guó)非全領(lǐng)域參量，其國(guó)家基標(biāo)準(zhǔn)為123項(xiàng)，加上沒(méi)有專(zhuān)用計(jì)量?jī)x器，導(dǎo)致大量傳遞鏈斷裂，到廠級(jí)的計(jì)量?jī)x器更加缺乏，測(cè)量值不能傳遞到產(chǎn)品，為產(chǎn)品與儀器的可靠性不佳埋下隱患。

3? ? 國(guó)內(nèi)儀器行業(yè)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)

世界電子儀器市場(chǎng)總量為400億美元，其增長(zhǎng)率為1%～2%，中國(guó)電子儀器市場(chǎng)在世界儀器市場(chǎng)的占比為10%，其市場(chǎng)增長(zhǎng)率以每年5%的速度快速遞增，中國(guó)市場(chǎng)是全球電子儀器發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力?？梢酝茰y(cè)，國(guó)內(nèi)儀器相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)穩(wěn)定，但國(guó)外儀器企業(yè)也會(huì)將注意力集中在我國(guó)，增加國(guó)產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)難度。

國(guó)家自“十二五”規(guī)劃以來(lái)，加大了對(duì)儀器行業(yè)的支持力度，先后有重大科研儀器研制項(xiàng)目（國(guó)家自然基金委）、國(guó)家科學(xué)儀器開(kāi)發(fā)重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)（國(guó)家科技部）、通用測(cè)試技術(shù)預(yù)先研究項(xiàng)目等國(guó)家資金支持項(xiàng)目。進(jìn)入“十三五”以來(lái)，在前期扶持政策繼續(xù)跟進(jìn)的情況下，國(guó)家又出臺(tái)了《“十三五”先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知》等政策，對(duì)儀器儀表行業(yè)予以扶持與鼓勵(lì)?！吨袊?guó)制造2025》明確指出，加快發(fā)展智能制造裝備和產(chǎn)品，突破新型傳感器、智能測(cè)量?jī)x表、工業(yè)控制系統(tǒng)等智能核心裝置，推進(jìn)工程化和產(chǎn)業(yè)化，將極大地推動(dòng)儀器行業(yè)的發(fā)展。國(guó)產(chǎn)儀器研發(fā)將繼續(xù)受惠于國(guó)家政策，研發(fā)環(huán)境良好。

4? ? 技術(shù)發(fā)展展望與建議

展品作為優(yōu)秀的樣本素材，不僅能洞察儀器行業(yè)發(fā)展問(wèn)題，更能精準(zhǔn)了解技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段及其發(fā)展方向。下面通過(guò)典型的具體產(chǎn)品解析，分析及總結(jié)儀器的技術(shù)特點(diǎn)，將對(duì)傳統(tǒng)儀器發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

4.1? 微小化與集成化

測(cè)量單元微小化與集成化研究一直是測(cè)量領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[2]，如對(duì)流場(chǎng)的測(cè)量，體積過(guò)大的測(cè)量單元會(huì)破壞測(cè)量流場(chǎng)，不但會(huì)使測(cè)量不準(zhǔn)確，還會(huì)導(dǎo)致原有流場(chǎng)畸變。再如，近年炙手可熱的可穿戴設(shè)備，沒(méi)有微小與集成化的技術(shù)支持也將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。基于微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectro Mechanical Systems，MEMS）的器件具有體積小、慣性小、諧振頻率高等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)微小化與集成化的重要技術(shù)手段。隨著近四十年的發(fā)展，MEMS技術(shù)日趨成熟[3]。展會(huì)上，南京高華科技有限股份有限公司、蘇州諾聯(lián)芯電子科技公司等國(guó)內(nèi)企業(yè)展示了基于MEMS芯片級(jí)測(cè)量單元及組件，例如高華科技的GM2000通用型加速度傳感器芯片，嵌入了低功耗ASIC（0.5 mA）電路和溫度傳感器，采用LCC20陶瓷封裝，兼顧了低功耗、溫度補(bǔ)償與可靠性封裝的技術(shù)需求。

4.2? 組合創(chuàng)新與兼容性

標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響，目前有3大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO、IEC、ITU，對(duì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系[4]。技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化為單元組合、數(shù)據(jù)互聯(lián)提供了可能，對(duì)于新儀器設(shè)備的研發(fā)，如果能從兼容組合角度著手，將是儀器研發(fā)創(chuàng)新的可選之路。展會(huì)上，巨高電子展示了一款手機(jī)熱成像相機(jī)C1，可謂兼容組合的典范，質(zhì)量?jī)H為26 g的外掛攝像頭通過(guò)TYPE-C接口掛接到手機(jī)上，即可獲得0.1 ℃分辨率熱感實(shí)時(shí)圖像，可應(yīng)用在電路板、線路老化、暖氣漏水檢測(cè)等場(chǎng)景，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，其便攜性與兼容性的特點(diǎn)，在市場(chǎng)上成功地找到了切入點(diǎn)。

4.3? 遠(yuǎn)程編程與在線監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)迭代已維持多年，隨著智能制造的概念提出及實(shí)施，其技術(shù)更新在持續(xù)深化。在展會(huì)上，光洋電子（無(wú)錫）有限公司推出了最新型的智能控制器SJ-ETHER系列控制器，均已配備以太網(wǎng)接口，支持EtherNet/IP、CC-Link IE Field Basic、MODBUS/TP協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。更重要的是，還配備了KPP編程工具軟件，支持梯形圖式、級(jí)式、助記符式3種編程方式，可遠(yuǎn)程導(dǎo)入，極大方便了設(shè)計(jì)與維護(hù)。軟硬件結(jié)合是測(cè)控的基本構(gòu)成形式，然而，企業(yè)培養(yǎng)一個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域軟硬兼顧的工程師投入的成本較大?？梢灶A(yù)測(cè)，這種軟硬結(jié)合的產(chǎn)品將是未來(lái)市場(chǎng)的主流。

4.4? 多參數(shù)測(cè)量與應(yīng)用

多參數(shù)測(cè)量在改變測(cè)量的基本思維，尤其在環(huán)境復(fù)雜、參數(shù)種類(lèi)繁多的應(yīng)用場(chǎng)合，如高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配3.5萬(wàn)個(gè)零件，20多萬(wàn)個(gè)待測(cè)量，如果每一個(gè)測(cè)量都需要專(zhuān)有設(shè)備，工作量不可估量。因此，多參數(shù)測(cè)量具有現(xiàn)實(shí)意義。展會(huì)上，多參數(shù)測(cè)量設(shè)備比較常見(jiàn)，例如湖南國(guó)瑞儀器有限公司推出的GRI-IAT空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以監(jiān)測(cè)PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3、TVOC、溫濕度等多種參數(shù)。此外，傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，例如蘇通自控生產(chǎn)的電動(dòng)執(zhí)行器，在電機(jī)環(huán)節(jié)埋入溫度敏感元件，對(duì)其實(shí)施高溫保護(hù)，防止燒損執(zhí)行器電機(jī)?？梢灶A(yù)測(cè)，將來(lái)會(huì)有更多的傳感器加入生產(chǎn)環(huán)節(jié)與產(chǎn)品中，使生產(chǎn)的可控性、產(chǎn)品的可靠性大幅提高。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)國(guó)際測(cè)量控制與儀器儀表展覽會(huì)無(wú)疑是一場(chǎng)儀器行業(yè)的盛會(huì)，是行業(yè)與技術(shù)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，是尋求技術(shù)支持與交流的信息流，是宣揚(yáng)企業(yè)文化與產(chǎn)品的大舞臺(tái)。特別感謝樊尚春老師百忙之中特意提供展會(huì)信息，不僅獲悉儀器發(fā)展動(dòng)態(tài)，也更高效地積累了眾多產(chǎn)品資源。此外，了解儀器發(fā)展的制約因素，會(huì)為科學(xué)研究方向提供思路與借鑒。

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