测量控制技术与仪器仪表技术的重要性及其发展挑战

   2024-07-12 工业品商城37
核心提示:先进的测量技术以及精密仪器堪称科学发现的利器,同时也是推动技术革新的源头活水。众多具有里程碑意义的科技成就以及荣获诺贝尔科技大奖的杰出项目均得益于此。譬如说,质谱仪的问世使得我们得以按原子或分子的质量差异进行深度分离并且精确检测到物质构成;而诸如计算机X射线断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)等尖端技

    先进的测量技术以及精密仪器堪称科学发现的利器,同时也是推动技术革新的源头活水。众多具有里程碑意义的科技成就以及荣获诺贝尔科技大奖的杰出项目均得益于此。譬如说,质谱仪的问世使得我们得以按原子或分子的质量差异进行深度分离并且精确检测到物质构成;而诸如计算机X射线断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)等尖端技术则让我们能够更早地发现潜在的疾病隐患。此外,图像传感器(CCD)已经成为手机、数码相机等设备中的核心组件,而这些仪器及其发明者也因此荣膺诺贝尔奖的殊荣。据初步统计,自一个多世纪以前开始,在所有诺贝尔自然科学奖项中,有高达68.4%的物理学奖、74.6%的化学奖以及90%的生物医学奖都是通过运用各类先进仪器来实现的。

    除此之外,测量控制与仪器仪表科技水平亦是衡量一国综合实力的重要标尺。根据美国商务部国家标准与技术研究所在上世纪90年代中期公布的数据显示,尽管美国仪器仪表产值仅占据国民总产值的4%左右,然而其所带动的相关产值却高达惊人的66%。到了2007年,美国商务部国家标准技术研究所的战略报告进一步明确指出,在21世纪的制造业及人民生活品质提升过程中,测量技术将扮演至关重要的角色,对于维护国家竞争力同样起着举足轻重的作用。为了重新夺回在测量分析仪器领域的领先地位,日本文部省启动了尖端测量事业,投资规模高达数百亿日元。

    实际上,在现代化大规模生产过程中,例如发电、炼油、化工、冶金、飞机以及汽车制造等行业,如果离开了仅仅占据企业固定资产约10%的各类测量与控制仪器仪表装置,那么便无法保证正常且安全的生产运营,更遑论创造出庞大的产值和丰厚的利润回报。学者专家甚至将此类仪器仪表描绘成国民经济中的“卡脖子”产业。

    时至今日,随着经济发展与自然环境保护之间的平衡日益凸显,测量控制技术与仪器仪表正肩负起愈发重要的使命。以工业排放为例,其对气候变化、环境以及人类健康状况究竟会产生何种程度的影响呢?二恶英浓度较低,测量方法复杂且只能进行离线操作,因此环境科学的发展迫切需要研发出新型的测量方法和仪器用以监测痕量物质。而关于痕量物质对人体健康影响的机制、评估以及监测方法等诸多科学难题更是亟待破解。

    值得一提的是,中国科协在2007年3月份发布了一份由其组织开展的调查报告:在中国仪器仪表市场中,主体分析仪器种类繁多,社会上正在广泛使用的便有90余种之多,然而我国能够自主生产的产品仅有20余种,尚不足总量的三分之一。其中,生命科学专用仪器约有80余种,而我国商品化的生命科学专用仪器产品仅有区区6种,目前仍处于研发阶段的约有10多种,与市场需求相去甚远。这无疑揭示了我国在该领域存在的巨大数量差距。

    在技术层面,虽然我国现有的中低档产品大部分已具备替代进口同类产品的能力,但是在高端产品的可靠性指标方面,即平均无故障运行时间与国外产品相比,仍然存在着1至2个数量级的差距。在测量精度方面,我国现有产品与外国产品的一般性差距也在1个数量级左右。究其原因,主要在于我国在仪器的基础技术和制造工艺方面的研究力度尚显不足,部分影响可靠性的关键技术,如精密加工技术、密封技术、焊接技术等至今尚未得到妥善解决,从而导致产品,尤其是高端产品的性能稳定性和可靠性有待进一步提升。

     就其特性而言,现如今的外资品牌产品已达到了相当高级别的智能水平,它们通过对原始数据进行深入且精准的数字化处理,有效消除来自外界因素的干扰,从而大幅提升产品的耐用性及测量精确度。然而,相较之下,我国本土生产的同类产品在智能化程度上仍有待提高。除此之外,国外产品的网络化应用已经步入实际操作阶段,而我国则尚处于起步阶段,这使得我们的产品在性能和功能方面相对滞后。

    据相关领域的专家介绍,目前国外产品的更新换代周期大约为2至3年。他们通常会提前10年开始储备新技术。然而,我国的企业往往依赖于引进外国先进技术以实现产品的升级换代,然而在引进之后却未能充分吸收和消化这些技术,因此在新产品研发过程中原创性的突破成果寥寥无几。对于那些采用全新原理的产品,在我国市场上仍然处于空白状态。尽管科研机构在追踪新技术方面取得了一定的成果,但是将这些成果转化为实际生产力的过程却异常艰辛,这也直接导致了产品技术更新的周期较长。

    再者,我国本土仪器在针对特定使用对象开发专用解决方案方面存在明显不足。近年来,国外测量控制与仪器仪表行业的发展趋势是致力于开发能够与应用对象紧密结合的软件产品,以便最终为用户提供量身定制的解决方案。例如,针对6×10'kW火电机组的机组性能计算软件、炼油工艺的优化软件以及专为医疗仪器设计的图形处理软件等等,然而在我国,这类产品的产业化进程尚未得到实质性的推进。

    当前,我国在测量技术与精密仪器领域与世界领先国家之间的差距依然较大,这种差距所带来的科技创新瓶颈影响范围广泛。如果我们不能迅速制定出相应的发展策略并采取积极措施迎头赶上,那么这个差距将会进一步扩大。


 
 
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