建設(shè)世界儀器強國的使命與任務(wù)

|哈爾濱工業(yè)大學 譚久彬

建設(shè)世界科技強國，首先必須建設(shè)世界儀器強國，建設(shè)世界儀器強國是建設(shè)世界科技強國的必備基礎(chǔ)和前提條件。

在我國特定條件下，建設(shè)世界儀器強國將面臨三大挑戰(zhàn)，即：計量測試體系不完整；儀器體系呈現(xiàn)碎片化；全民性質(zhì)量意識差，對測量與儀器的基礎(chǔ)性作用和**性作用認識不清。

建設(shè)世界儀器強國，必須完成四大重點任務(wù)，即：建立具有科學性、先進性和完整性的國家計量測試體系，培育體系完整、結(jié)構(gòu)合理的高精尖儀器企業(yè);建立***高精尖儀器研發(fā)基地；建立***專家咨詢中心，統(tǒng)一規(guī)劃與指導(dǎo)計量測試體系與儀器體系建設(shè)發(fā)展;提高全民質(zhì)量意識，培育專精精神。

no.1建設(shè)世界儀器強國的必要性與緊迫性

建設(shè)世界儀器強國在我國具有十分突出的必要性和緊迫性。建設(shè)世界科技強國必須以強大的整體儀器創(chuàng)xin能力為支撐，儀器**必然**科技**，這主要表現(xiàn)在如下三個方面。

(一)重大儀器發(fā)明會促進重大科學發(fā)現(xiàn)和基礎(chǔ)研究突破

世界科技強國一定是基礎(chǔ)研究強國，基礎(chǔ)研究強國一定是測量與儀器強國。門捷列夫說：“科學是從測量開始的”，“沒有測量就沒有科學，至少是沒有jing確的科學、真正的科學”,“測量是科學的基礎(chǔ)”。

儀器是測量的載體，是實現(xiàn)科學發(fā)現(xiàn)與基礎(chǔ)研究突破的手段。

截至2017年，諾貝爾物理學獎、化學獎、生理學或醫(yī)學獎獲獎項目總數(shù)為371項，獲獎總?cè)藬?shù)為594人；

直接因測量科學研究成果或直接發(fā)明新原理儀器而獲獎的項目總數(shù)為42項(占11.3%)，總?cè)藬?shù)為64人(占10.8%)，如電子顯微鏡、質(zhì)譜儀、CT斷層掃描儀、掃描隧道顯微鏡、超分辨熒光顯微鏡、冷凍電鏡、激光干涉儀等;同時，72%的物理學獎、81%的化學獎、95%的生理學或醫(yī)學獎都是借助于相關(guān)**儀器完成的。

因發(fā)明高分辨率核磁共振儀器而獲諾貝爾獎的理查德·恩斯特(R.R.Ernst)說：“現(xiàn)代科學的進步越來越依靠**儀器的發(fā)展。”

(二)優(yōu)異精密儀器是科技產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)

儀器科學與技術(shù)對現(xiàn)代科技產(chǎn)業(yè)、國家**、人類健康、環(huán)境保護和社會生活等各個方面有序進行與發(fā)展的支撐作用越來越大。儀器技術(shù)與工程支撐的是整個現(xiàn)代科技產(chǎn)業(yè)、國家經(jīng)濟和社會管理。

王大珩院士對測量儀器的作用曾有過高度概括：“儀器儀表是科學研究的先行官，工業(yè)生產(chǎn)的倍增器，**上的戰(zhàn)斗力，社會生活中的物化法官?！?

20世紀90年代初，美國商務(wù)部所屬的美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：為保證產(chǎn)品制造質(zhì)量和實施有效控制，每天要進行2.5億次測量。

在制造領(lǐng)域，只有通過測量，才能知道產(chǎn)品哪里不合格；只有通過大量測量數(shù)據(jù)的積累，才能找到產(chǎn)品不合格的根源；只有建立起基于在線傳感與儀器的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，才能建立起智能裝備和智能工廠，才能實現(xiàn)智能制造；

只有建立起面向先進制造的完整的計量測試體系和儀器體系，才能從根本上解決困擾我國幾十年的“四基問題”(即基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)零部件和質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ))，才能從根本上形成優(yōu)異裝備制造能力。

在國防領(lǐng)域，沒有偵測儀器，就不能發(fā)現(xiàn)和準確定位敵方目標；沒有精準的導(dǎo)航制導(dǎo)儀器，就無法實施jing確打擊。在醫(yī)療領(lǐng)域，沒有精準的診療儀器，就無法實施精準醫(yī)療。在環(huán)保領(lǐng)域，沒有成千上萬的分布式傳感器，就無法及時準確地獲取環(huán)保監(jiān)測息。

同樣，沒有遍布于城市水、電、氣、交通等設(shè)施和千家萬戶的各類網(wǎng)絡(luò)化傳感器，就無法實時獲取海量監(jiān)測信息，平安城市、幸福城市和智慧城市就無法實現(xiàn)。

(三)優(yōu)異精密儀器的**是驅(qū)動和**科技**發(fā)展的原動力

儀器科學與技術(shù)的**發(fā)展對相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域具有**與推動作用。“工欲善其事，必先利其器”。

以優(yōu)異精密裝備制造領(lǐng)域為例，優(yōu)異精密裝備的精度水平取決于工作母機的精度，按照精度分配原則，工作母機的精度要比優(yōu)異精密裝備的精度高三分之一至一個數(shù)量級；

而工作母機的精度水平取決于測量儀器的精度，按照精度分配原則，測量儀器的精度要比工作母機的精度高三分之一至一個數(shù)量級。

從精度角度看，測量儀器處于精度的*上等，是優(yōu)異中的優(yōu)異；從技術(shù)角度看，測量儀器使用的共性核心技術(shù)更先進、更前沿、更具有先導(dǎo)性，因而更具有技術(shù)**作用。

在優(yōu)異精密裝備領(lǐng)域，測量儀器技術(shù)處于優(yōu)先發(fā)展的地位。聶榮臻元帥在經(jīng)歷了“兩彈一星”發(fā)展后，形成的重要認識之一是，“科技要發(fā)展，計量須先行”。

從另一方面看，儀器產(chǎn)業(yè)對相關(guān)科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要拉動作用。

美國國家標準與技術(shù)研究院的分析報告指出：“美國國內(nèi)儀器產(chǎn)值僅占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但對國民生產(chǎn)總值(GNP)的拉動作用則達到了66%”。

儀器技術(shù)“四兩撥千斤”的作用反映了儀器的內(nèi)在價值在產(chǎn)業(yè)鏈中具有放大效應(yīng)。

no.2我國儀器科學與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國錯過了**次工業(yè)**和**次工業(yè)**，幾乎沒有現(xiàn)代意義上的相關(guān)科技的積累作為基礎(chǔ)。

發(fā)展現(xiàn)代意義上的儀器科學與技術(shù)，起步很晚，經(jīng)歷了初創(chuàng)期，即1949年至1969年的20年間，建立起初步的儀器科學與技術(shù)學科。

第三次工業(yè)ge命階段，即1970年至2010年的40年間，前20年我國因基礎(chǔ)薄弱而儀器科學與技術(shù)發(fā)展緩慢。

后20年我國因科學技術(shù)的整體發(fā)展較快，儀器科學與技術(shù)進入快速發(fā)展期，這期間取得了一大批前沿儀器技術(shù)成果，支撐和**了一批重大科技**和重大高新技術(shù)工程的發(fā)展，如以自主研制的銫原子噴泉鐘、光鐘、量子化霍爾電阻基準和約瑟夫森電壓基準等為代表的一批**計量儀器，支撐了我國北斗系統(tǒng)工程、電力電子工程和電氣工程的發(fā)展;以自主研制的超精密工程測量儀器為代表的一批大型優(yōu)異專用測量儀器，支撐了我國戰(zhàn)略導(dǎo)彈、核潛艇、航空發(fā)動機和航天高分工程等國家重大工程的發(fā)展。

從總體上看，我國儀器科學與技術(shù)落后于美國、德國和日本等科技強國，而且落后的幅度較大，但在一些專用儀器領(lǐng)域已經(jīng)接近******，在個別方向上已經(jīng)處于國際前列地位。

從發(fā)展趨勢上看，我國儀器科學與技術(shù)的自主**能力在不斷增強，追趕速度在加快，差距在逐漸減小。

no.3建設(shè)儀器強國面臨的三大挑戰(zhàn)

(一)計量測試體系不完整

盡管我國建立起以國家計量院為核心的國家法定計量體系，形成科學計量、法制計量和工程計量能力。但從***、中間級、一直到工廠車間級對產(chǎn)品實現(xiàn)全部參數(shù)測量能力的角度考察，會發(fā)現(xiàn)我國的計量測試體系不完整。

以幾何量測量為例，我國國家計量院現(xiàn)有工程參量計量標準80個，而德國有123個。

若考慮到德國是有選擇的發(fā)展制造業(yè)，而我國是**發(fā)展制造業(yè)，我國缺少的計量標準就更多了。

從縱向看，因計量手段不足，使很多參量的量值傳遞鏈出現(xiàn)斷裂，量值傳不到工廠的計量儀器上；即便是有些量值傳遞到了工廠的計量儀器上，但由于我國現(xiàn)行的年檢和周期校準制度，量值不能實時的傳遞到產(chǎn)品上，測量儀器對產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控處于失控狀態(tài)。

實際上，我國計量測試體系，從上等的基準級和標準級儀器到產(chǎn)品級測量儀器的量值傳遞鏈上，存在“中間一公里”和“*后一公里”的盲區(qū)。

在產(chǎn)品質(zhì)量的層次上，我國的計量測試體系，在很多量值上，不能保證在國內(nèi)范圍內(nèi)的準確一致。

從總體上看，我國現(xiàn)有的計量測試體系無法支撐起龐大制造業(yè)，特別是優(yōu)異裝備制造、智能制造和強基工程的發(fā)展。

(二)儀器體系呈現(xiàn)碎片化

高質(zhì)量產(chǎn)品是如何完成的?從工業(yè)發(fā)達國家的成功經(jīng)驗中可以總結(jié)出一般規(guī)律，即必須對制造全過程進行嚴格精密測量，并依據(jù)測量數(shù)據(jù)不斷改進和完善工藝、包括材料加工工藝、零件加工工藝和裝配工藝。

誰的測量數(shù)據(jù)更精準、更**，誰在各個工藝環(huán)節(jié)上做得更扎實，做得更精益求精，誰的產(chǎn)品質(zhì)量就更勝一籌。

在優(yōu)異制造和智能制造階段，由于主要依賴更加精準、更加**的長期積累的大數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)更高的質(zhì)量、更高的效率和更多變的個性化，因而具有完整性和充分性特征的超精密測量的基礎(chǔ)支撐作用更加突出。

王大珩院士曾總結(jié)美、德、日等先進制造國的成功經(jīng)驗，在一次報告中指出：對測量儀器的投入占總裝備投入的三分之一。而我國既缺乏這種經(jīng)驗，也缺乏對別人經(jīng)驗的認識。

考察優(yōu)異裝備制造，其精密制造過程可大致分為四個環(huán)節(jié)，即零件加工、部件裝配、整機裝配和整機性能測試實驗。

每一個環(huán)節(jié)都有大量的被測參數(shù)，需要一批測量儀器。以大型精密回轉(zhuǎn)裝備為例，共有約2.5萬個零件，其中65%是超精密零件，有20多萬個測量參數(shù)，加上部件裝配中的測量、部件工作特性的測量、整機裝配中的測量和整機性能測量與試驗，共需要至少500多種專用測量儀器。

而實際上，我國現(xiàn)有生產(chǎn)線上的儀器尚不足十分之一，而且測量儀器配置的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性很差，不成體系，表現(xiàn)出嚴重的碎片化。

如考慮到智能制造階段，制造上升到超精密級，具有精度完整性和充分性特征的超精密測量所需要的參數(shù)被細化，被測參數(shù)成倍數(shù)，或成數(shù)量級增加，生產(chǎn)線上缺失的儀器數(shù)量就更多了，測量儀器更不成體系，即測量儀器體系碎片化將更嚴重。

導(dǎo)致測量儀器體系碎片化的原因主要有三個方面：

一是我國真正懂得測量需求和測量技術(shù)的專家與工程師非常少；

二是對測量儀器體系缺乏整體規(guī)劃；

三是國內(nèi)對優(yōu)異測量儀器的研發(fā)整體上能力較差，缺少長期系統(tǒng)地研發(fā)高精尖儀器的團隊與基地，很多項目不是*有優(yōu)勢的人在做，幾乎沒有生產(chǎn)優(yōu)異測量儀器的企業(yè)，只有少量的科研院所能研發(fā)一些專用測量儀器，優(yōu)異測量儀器95%以上依賴進口。

可見，測量儀器體系碎片化導(dǎo)致無法構(gòu)成整體測量能力。沒有整體測量能力,就不能支撐產(chǎn)品質(zhì)量提升，就不能支撐優(yōu)異裝備制造、智能制造和強基工程的發(fā)展。

(三)質(zhì)量意識淡薄，缺乏專精精神

質(zhì)量意識主要體現(xiàn)在兩個方面：一是能否自覺堅持質(zhì)量**的原則；二是能否掌握提高質(zhì)量的方法與手段。

質(zhì)量意識淡薄是我國各個行業(yè)發(fā)展的*大短板，一方面，人們追求快速成功，快速擴張，心浮氣躁，不愿意埋頭于需要大量基本功、成效慢的質(zhì)量提升工作；另一方面，重視產(chǎn)品質(zhì)量的人又說不清楚產(chǎn)品質(zhì)量為什么做不上去。在這方面，我們應(yīng)該向德國學習。

德國質(zhì)量與德國品牌不是天生就有的，而是經(jīng)歷過浴火重生的蛻變過程。

**次工業(yè)**發(fā)生在英國，技術(shù)優(yōu)越，產(chǎn)品質(zhì)量*有競爭力。德國處于追趕和仿制階段，此時“德國制造”是價低質(zhì)劣的代名詞。

1887年8月，英國議會通過侮辱性的商標法條款，所有從德國進口的商品必須明確標注“德國制造"，以此將劣質(zhì)的德國產(chǎn)品與上等的英國產(chǎn)品區(qū)分開來。

英國這一侮辱性做法使德國舉國震動，引起全民性反思,認識到:不提高產(chǎn)品質(zhì)量，德國工業(yè)就沒有出路。強烈的質(zhì)量意識成為德國全民族的共同認識，成為每個人的自覺行動。

那么如何提高產(chǎn)品質(zhì)量呢?專家們認識到,沒有精密的測量，就沒有精密的產(chǎn)品。西門子公司創(chuàng)始人出資建立起世界上**個具有現(xiàn)代意義的德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)。

德國由此起步，逐漸建起嚴格完整的工業(yè)標準體系、計量測試體系和質(zhì)量保證體系；支持發(fā)展起以蔡司、萊卡為代表的一批世界**的精密儀器企業(yè)，建立起完整的測量儀器體系。一個必然的結(jié)果是，德國由“德國制造”成功轉(zhuǎn)向“德國質(zhì)量”和“德國品牌”。

相比之下,我們的質(zhì)量意識和對測量作用的認識仍然停留在**次工業(yè)**初期德國人的水平上。

專精精神的本質(zhì)是:專心致志做好一件事,把一件事做到精良。

我國有世界上規(guī)模*大的科學家群體，卻沒有研究出相應(yīng)數(shù)量的***基礎(chǔ)研究成果；我國有世界上規(guī)模*大的各類專家群體，卻沒有研制出相應(yīng)數(shù)量的世界**的高精尖裝備;我國有世界上規(guī)模*大的工程師和技師群體，卻沒有制造出相應(yīng)數(shù)量的世界品牌的產(chǎn)品。

一個重要的原因是,絕大多數(shù)人缺乏專精精神,低水平重復(fù)，淺嘗輒止，不斷跟蹤熱點,終其生也沒有做出一個像樣的成果來。

要想實現(xiàn)由”中國制造“向"中國質(zhì)量“和“中國品牌”轉(zhuǎn)變，就必須從根本上轉(zhuǎn)變?nèi)褡宓馁|(zhì)量意識“質(zhì)量**、測量數(shù)據(jù)** ”的意識要融入每一個中國人的血液里；

“專心致志做好一件事，把一件事做到精良“要成為每一個中國人的不懈追求，這是我們建設(shè)世界科技強國和儀器強國面臨的*大挑戰(zhàn)之一。