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。
[參考文獻(xiàn)]
[1]朱嘉偉,李? ?騫,高? ?軍.我國(guó)儀器行業(yè)的可靠性工作現(xiàn)狀分析[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn),2015(1):61-65.
[2]金國(guó)藩,周兆英.儀器儀表的微小化、集成化和智能化[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2000(3):7-8.
[3]宋? ?宇,張海霞.微電子機(jī)械系統(tǒng)研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展—IEEE MEMS 2018國(guó)際會(huì)議綜述[J].太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào),2018(2):372-378.
[4]段華威.實(shí)驗(yàn)室儀器及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的重要性[C].//杭州:第十二屆中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化論壇,2015:4.