建設世界儀器強國的使命與任務

|哈爾濱工業(yè)大學 譚久彬

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

在我國特定條件下，建設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；全民性質量意識差，對測量與儀器的基礎性作用和**性作用認識不清。

建設世界儀器強國，必須完成四大重點任務，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、結構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)劃與指導計量測試體系與儀器體系建設發(fā)展;提高全民質量意識，培育專精精神。

no.1建設世界儀器強國的必要性與緊迫性

建設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)和基礎研究突破

世界科技強國一定是基礎研究強國，基礎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”。

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

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，獲獎總人數(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%)，總人數(shù)為64人(占10.8%)，如電子顯微鏡、質譜儀、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**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)高質量發(fā)展的基礎

儀器科學與技術對現(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，美國商務部所屬的美國國家標準與技術研究院(NIST)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：為保證產(chǎn)品制造質量和實施有效控制，每天要進行2.5億次測量。

在制造領域，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”(即基礎材料、基礎工藝、基礎零部件和質量技術基礎)，才能從根本上形成優(yōu)異裝備制造能力。

在國防領域，沒有偵測儀器，就不能發(fā)現(xiàn)和準確定位敵方目標；沒有精準的導航制導儀器，就無法實施jing確打擊。在醫(yī)療領域，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、交通等設施和千家萬戶的各類網(wǎng)絡化傳感器，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**是驅動和**科技**發(fā)展的原動力

儀器科學與技術的**發(fā)展對相關技術領域具有**與推動作用?！肮び破涫?，必先利其器”。

以優(yōu)異精密裝備制造領域為例，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；從技術角度看，測量儀器使用的共性核心技術更先進、更前沿、更具有先導性，因而更具有技術**作用。

在優(yōu)異精密裝備領域，測量儀器技術處于優(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研究院的分析報告指出：“美國國內儀器產(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“四兩撥千斤”的作用反映了儀器的內在價值在產(chǎn)業(yè)鏈中具有放大效應。

no.2我國儀器科學與技術發(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)代意義上的相關科技的積累作為基礎。

發(fā)展現(xiàn)代意義上的儀器科學與技術，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年我國因基礎薄弱而儀器科學與技術發(fā)展緩慢。

后20年我國因科學技術的整體發(fā)展較快，儀器科學與技術進入快速發(fā)展期，這期間取得了一大批前沿儀器技術成果，支撐和**了一批重大科技**和重大高新技術工程的發(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，不能保證在國內范圍內的準確一致。

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支撐作用更加突出。

王大珩院士曾總結美、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在關聯(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致無法構成整體測量能力。沒有整體測量能力,就不能支撐產(chǎn)品質量提升，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)質量意識淡薄，缺乏專精精神

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

質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、成效慢的質量提升工作；另一方面，重視產(chǎn)品質量的人又說不清楚產(chǎn)品質量為什么做不上去。在這方面，我們應該向德國學習。

德國質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，技術優(yōu)越，產(chǎn)品質量*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)品質量，德國工業(yè)就沒有出路。強烈的質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。一個必然的結果是，德國由“德國制造”成功轉向“德國質量”和“德國品牌”。

相比之下,我們的質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，卻沒有研究出相應數(shù)量的***基礎研究成果；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，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"中國質量“和“中國品牌”轉變，就必須從根本上轉變全民族的質量意識“質量**、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，這是我們建設世界科技強國和儀器強國面臨的*大挑戰(zhàn)之一。