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科研仪器上率先突破,关系到能否占据科学研究的先发优势。然而,从标准到测量——
国产高端科研仪器还要走过哪些路
2019年08月13日  作者:耿挺   编辑:ydm   审核:杨冬梅  版面:A1

工欲善其事,必先利其器。现代科技发展实践表明,科研仪器是科学研究不可或缺的工具和手段,谁在科研仪器上率先突破,谁就往往能占据科学研究的先发优势。

日前,在松江举行的第六届中国分析仪器学术年会上,有关专家表示,近年来,我国的科研仪器在国产化上已取得积极进展,但由于历史积累不足等多方面原因,依然存在高端科研仪器依赖进口、国产仪器空心化的问题。国家相关部委目前正在进行第六次技术预测,并对高端科研仪器与科研方向进行研判。

度量衡的话语权之争

中国计量科学院院长方向将去年1116日看作一个重要的日子。“我喜欢一家网络媒体的评语。”他说,“20181116日,貌似平淡无奇的一天,但人类文明其实悄然度过了一个关键节点。”因为在这一天举行的第26届国际计量大会上,千克、安培、开尔文、摩尔的新定义获得了通过。人类测量万事万物的所有计量单位都是基于物理学基本定律和常数定义,放之宇宙而皆准。

方向说:“现在1米,不再是我们参照米原器制作的金属尺子,而是光在真空中传播1/299792458秒的距离。”用恒定不变的常数替代了实物原器,人们将不必再担心原器发生变化而带来的误差。今年520日,新的国际单位制正式生效,国际计量体系进入数字时代。然而,这也意味着在数据科技上走在前沿的国家拥有更多的国际计量权力。中国的秦始皇在2000多年前统一了度量衡,但如今的度量衡话语权却并不在我们手中。

去年底今年初,美国政府因为特朗普的政策而陷入停摆,却对全世界造成了影响。“美国国家标准与技术研究院(NIST)的关闭,让全世界的计量工作都陷入了停顿。”方向直言不讳地说,“可能有超过90%的计量工作都不能进行。”

过去的100多年里,NIST在工业、农业、交通运输和贸易等诸多领域,研究和制定了一系列标准,逐步统一了计量和规范,有效地促进了经济发展,解决了过去因标准不一给工业生产、交通运输和救灾等造成的安全隐患和效率低下问题。据介绍,NIST向全世界提供116个数据产品,其中75个免费,41个收费。这些数据涉及物理、生物、化学、材料、信息科学等。离开了这些数据,将对其他国家的经济和社会发展带来重大影响。

仪器逐步迈向智能化时代

近年来,仪器成为中国科学界关注的焦点之一。谭久彬院士说,建设世界科技强国必须首先建设世界仪器强国。中国仪器产业迎来了千载难逢的好时机。中电科仪器仪表有限公司研究员年夫顺说,未来一段时间内,将呈现出多代次仪器共存的特点。

年夫顺将测量仪器分为五个时代,分别是:模拟测量仪器、数字化仪器、虚拟测量仪器、分布式和网络化仪器,以及智能化仪器。

其中,模拟测量仪器出现在上世纪70年代以前,关键核心器件是电子管。80年代后,与计算机技术紧密融合的数字化仪器出现,核心器件是半导体器件,实现了实时快速测量,从逐点测量到实时显示测量。同时,引入了误差模型和修正概念,将测量精度提高100倍以上,采用非理想硬件电路实现了高精度测量。

上世纪90年代,测试总线诞生,标志着虚拟测量仪器时代的到来。比如,内部总线VXIPXI,外部总线GPIBUSB,实现了从手动测量到自动测量的跨越。自动测试和模块化仪器在其中发挥越来越重要的作用。而自动测量系统则向标准化、平台化、模块化、自动化、智能化发展。此外,随着通用测试软件平台的产生,自动测试系统进入软件化发展阶段,测试软件的作用越来越大,逐步实现了硬件资源最小化,软件资源最大化,现场可重复。这使得一台仪器在软件的帮助下可以实现过去10多台仪器的测试功能。

 (下转03版) (上接01版)

在分布式、网络化仪器时代,仪器成为计算机网络的终端,形成了“仪器+物联网”的模式。建立状态感知与测量数据协同创新平台,共享资源数据库,规范测试程序开发规则和准入规则,形成新的商业模式和服务模式。其核心技术是:通用本地化和网络化测试程序开发环境、运行环境、共享环境。当仪器和通信手段结合之后,打破了时间和空间限制,实现了远程测试和远程故障诊断。

未来注定是智能化仪器的时代。年夫顺说,智能仪器以状态感知为基础,进行分析和决策,再精准执行,并且学习中不断提升和演化。

松江推进分析技术产业集群

在松江G60科创走廊布局中,分析技术产业集群显得独具特色。去年427日,松江出台《松江区关于支持G60科创走廊分析技术产业集群发展的若干意见》,成立上海分析技术产业研究院。该研究院位于启迪漕河泾(中山)科技园,是松江区和启迪控股共同支持创建的科研和成果转化机构。

研究院以分析技术的研发和产业化为核心,积极发挥国内外院士、专家等高层次人才的力量,集聚国内外一流研究机构、企业以及社会资源进行共同创新,共同致力于分析技术产业的发展。研究院计划在5年内孵化并引进120家分析技术产业公司,聚集4000名产业科技人才,形成一个规模20万—30万平方米的高科技园区,引领我国先进分析技术产业的发展。

 

根据《意见》,松江区将聚焦分析技术产业研究院建设,着力提升研发能力,加速成果落地,给予在本区进行工商注册、税务登记,并从事分析技术产业领域的研发、生产和销售的独立法人企业和机构9个方面的政策支持,进一步优化松江分析技术产业集群的创新发展环境,推动产业综合竞争力的提升。

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