測量控制與儀器儀表發展現狀與分析研究

王雷濤　李兵

摘? ?要：主要分析了我國國產儀器的優勢與不足，剖析了測量控制與儀器儀表行業面臨的機遇與挑戰。此外，結合第二十九屆中國國際測量控制與儀器儀表展覽會上新型產品的技術特點給予歸納，并對儀器技術方面的發展給出了建議。

關鍵詞：國產儀器;微小化與集成化;可靠性;儀器儀表

第二十九屆中國國際測量控制與儀器儀表展覽會提供了一個展示企業文化、企業產品和服務的絕佳機會。因此，展品通常代表了企業最高的技術能力，反映了真實的業界研發與工藝水平，近萬件展品自然是分析儀器現狀與發展的絕佳素材。

1? ? 國產儀器的優勢

1.1? 常規測量儀器測量水平差距小

中國電子科技集團公司41研究所年夫順研究員在“工業強基助力產業轉型升級高峰論壇”做了《關于科學儀器發展的若干問題思考》報告，報告涉及國內外儀器參數，如表1所示。

其結果與以往用戶對國產儀器的印象大為不同，國產儀器正在突破測量范圍與準確度不足的窘迫局面，從表1的幾種常規測量儀器來看，如微波測試儀器、毫米波測試儀，不難發現部分儀器測量參數已追齊國外尖端水平，原因必然是部分國產儀器企業掌握了核心測量技術與加工工藝。在技術指標達標的情況下，國產儀器從市場經濟角度來看，其訂購周期、產品價格都會帶來顯著優勢，將是國產儀器不斷發展與壯大的根本。

1.2? 良好的技術服務

通過走訪國產儀器的展位得知，國產專有儀器在銷售及售后服務方面有得天獨厚的優勢，國產儀器大多都有專業的售前工程師負責選型，售后工程師負責上門指導，長期產品跟蹤，并且退、換貨流程簡短，服務及時，具有完整的售后服務。進口專有儀器設備通常要訂貨，從加工到海運，一般要通過專業的代理公司才能有比較良好的采購體驗，然而，供貨時間、商品因中間環節的附加費用等都很難讓產品有性價比優勢。

2? ? 國產儀器劣勢

實際上，我國儀器市場留給國產企業的份額極其有限。2017年，我國儀器儀表出口總額1 347.74億人民幣，進口總額1 103.90億美元。在某些專有領域，進口儀器幾乎100%，例如2016年成都質檢院花費1 142萬元采購12類儀器設備，全部采用進口產品。2017年，四川政府采購產品論證，96類儀器建議采購進口產品。這些案例都是政府采購儀器，雖然政策對國產儀器有所傾斜，仍然不能打破國產儀器市場占有率低的局面。

2.1? 認知度低

國產儀器因前期起步晚，產品設計人性化不足、測量準確度不夠、工作不穩定等各種問題，在用戶群體中印象不好。并且，老舊工程師人員交替時，個人見解會有傳承，使其效應持續發酵。此外，工業系統設計初期，一般為科學研究課題，儀器經費相對充裕，國產儀器設備很難被考慮為系統組建環節，在產業化階段，因兼容性、技改等因素，國產儀器將更無機會取代進口儀器。例如展會中，聚光科技為一家分析儀器和環保監測儀器企業，研發的CEMS煙氣排放連續監測系統水平業界領先，然而，通常調研初期，一般會將霍尼韋爾的產品為重點考慮對象，在符合設計要求的情況下，很難選用國產監測設備。

2.2? 可靠性不足

現有階段，影響國產儀器發展的最大障礙是可靠性問題。儀器儀表可靠性不足與我國可靠性工作起步較晚，欠缺驗收標準與手段，重視程度不夠等因素有關。在以往的調查中，從可靠性工程管理、設計分析、實驗評價等方面對儀器企業進行調研，發現數據極其不理想，數據最高的可靠性工作計劃制定與檢查也僅為31.36%，環境實驗中的強化實驗更是低至2%[1]。

2.3? 高端測量設備匱乏

高端設備研發周期長，技術封鎖強等諸多原因使得企業很難短時間突破技術難關。例如光刻機有3萬多個光刻零件，其中，70%為超精密級加工精度，含有30多萬種測量參數，600多種超精密測量儀器，雖然研發投入較大，但目前的光刻機制造水平相當于2005年世界水平，滯后國外4～5代。此外，專用測量設備100%的禁運，也使引進的道路無法走通。

2.4? 國家計量測試體系不完整

在展會高峰論壇上，來自哈爾濱工業大學的譚久彬教授提到了我國工業測試體系不完整的問題。計量測試體系以國家標準為源頭，自上而下地傳遞到具體產品的生產工藝中，以德國為對比對象。我國工程參量為全領域參量，僅有80項國家基標準，而德國非全領域參量，其國家基標準為123項，加上沒有專用計量儀器，導致大量傳遞鏈斷裂，到廠級的計量儀器更加缺乏，測量值不能傳遞到產品，為產品與儀器的可靠性不佳埋下隱患。

3? ? 國內儀器行業發展機遇與挑戰

世界電子儀器市場總量為400億美元，其增長率為1%～2%，中國電子儀器市場在世界儀器市場的占比為10%，其市場增長率以每年5%的速度快速遞增，中國市場是全球電子儀器發展的強勁動力?？梢酝茰y，國內儀器相關產業發展相對穩定，但國外儀器企業也會將注意力集中在我國，增加國產企業的競爭難度。

國家自“十二五”規劃以來，加大了對儀器行業的支持力度，先后有重大科研儀器研制項目（國家自然基金委）、國家科學儀器開發重點專項（國家科技部）、通用測試技術預先研究項目等國家資金支持項目。進入“十三五”以來，在前期扶持政策繼續跟進的情況下，國家又出臺了《“十三五”先進制造技術領域科技創新專項規劃》《國務院關于印發“十三五”國家科技創新規劃的通知》等政策，對儀器儀表行業予以扶持與鼓勵?！吨袊圃?025》明確指出，加快發展智能制造裝備和產品，突破新型傳感器、智能測量儀表、工業控制系統等智能核心裝置，推進工程化和產業化，將極大地推動儀器行業的發展。國產儀器研發將繼續受惠于國家政策，研發環境良好。

4? ? 技術發展展望與建議

展品作為優秀的樣本素材，不僅能洞察儀器行業發展問題，更能精準了解技術實現手段及其發展方向。下面通過典型的具體產品解析，分析及總結儀器的技術特點，將對傳統儀器發展具有指導意義。

4.1? 微小化與集成化

測量單元微小化與集成化研究一直是測量領域研究的熱點[2]，如對流場的測量，體積過大的測量單元會破壞測量流場，不但會使測量不準確，還會導致原有流場畸變。再如，近年炙手可熱的可穿戴設備，沒有微小與集成化的技術支持也將無法實現?；谖C電系統（Microelectro Mechanical Systems，MEMS）的器件具有體積小、慣性小、諧振頻率高等特點，是實現微小化與集成化的重要技術手段。隨著近四十年的發展，MEMS技術日趨成熟[3]。展會上，南京高華科技有限股份有限公司、蘇州諾聯芯電子科技公司等國內企業展示了基于MEMS芯片級測量單元及組件，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、溫度補償與可靠性封裝的技術需求。

4.2? 組合創新與兼容性

標準化對儀器產業發展有著深遠影響，目前有3大國際標準化組織ISO、IEC、ITU，對產業產品有相應的標準體系[4]。技術規范的標準化為單元組合、數據互聯提供了可能，對于新儀器設備的研發，如果能從兼容組合角度著手，將是儀器研發創新的可選之路。展會上，巨高電子展示了一款手機熱成像相機C1，可謂兼容組合的典范，質量僅為26 g的外掛攝像頭通過TYPE-C接口掛接到手機上，即可獲得0.1 ℃分辨率熱感實時圖像，可應用在電路板、線路老化、暖氣漏水檢測等場景，應用領域廣闊，其便攜性與兼容性的特點，在市場上成功地找到了切入點。

4.3? 遠程編程與在線監控

遠程監控的技術迭代已維持多年，隨著智能制造的概念提出及實施，其技術更新在持續深化。在展會上，光洋電子（無錫）有限公司推出了最新型的智能控制器SJ-ETHER系列控制器，均已配備以太網接口，支持EtherNet/IP、CC-Link IE Field Basic、MODBUS/TP協議，能夠實現遠程監控。更重要的是，還配備了KPP編程工具軟件，支持梯形圖式、級式、助記符式3種編程方式，可遠程導入，極大方便了設計與維護。軟硬件結合是測控的基本構成形式，然而，企業培養一個專業領域軟硬兼顧的工程師投入的成本較大?？梢灶A測，這種軟硬結合的產品將是未來市場的主流。

4.4? 多參數測量與應用

多參數測量在改變測量的基本思維，尤其在環境復雜、參數種類繁多的應用場合，如高性能的發動機裝配3.5萬個零件，20多萬個待測量，如果每一個測量都需要專有設備，工作量不可估量。因此，多參數測量具有現實意義。展會上，多參數測量設備比較常見，例如湖南國瑞儀器有限公司推出的GRI-IAT空氣質量在線監測系統，可以監測PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3、TVOC、溫濕度等多種參數。此外，傳感器的應用領域也在不斷拓展，例如蘇通自控生產的電動執行器，在電機環節埋入溫度敏感元件，對其實施高溫保護，防止燒損執行器電機?？梢灶A測，將來會有更多的傳感器加入生產環節與產品中，使生產的可控性、產品的可靠性大幅提高。

5? ? 結語

中國國際測量控制與儀器儀表展覽會無疑是一場儀器行業的盛會，是行業與技術發展的風向標，是尋求技術支持與交流的信息流，是宣揚企業文化與產品的大舞臺。特別感謝樊尚春老師百忙之中特意提供展會信息，不僅獲悉儀器發展動態，也更高效地積累了眾多產品資源。此外，了解儀器發展的制約因素，會為科學研究方向提供思路與借鑒。

[參考文獻]

[1]朱嘉偉，李? ?騫，高? ?軍.我國儀器行業的可靠性工作現狀分析[J].電子產品可靠性與環境試驗，2015（1）：61-65.

[2]金國藩，周兆英.儀器儀表的微小化、集成化和智能化[J].現代科學儀器，2000（3）：7-8.

[3]宋? ?宇，張海霞.微電子機械系統研究領域的最新進展—IEEE MEMS 2018國際會議綜述[J].太赫茲科學與電子信息學報，2018（2）：372-378.

[4]段華威.實驗室儀器及設備標準化的重要性[C].//杭州：第十二屆中國標準化論壇，2015：4.