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摘 要： 摘要：文章簡(jiǎn)要介紹了精密儀器設(shè)備的作用，分析了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展概況，剖析了與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，結(jié)合十三五時(shí)期發(fā)展規(guī)劃，探討了精密儀器設(shè)備的發(fā)展路徑。 關(guān)鍵詞：精密儀器裝備;發(fā)展倡議 精密儀器裝備廣泛應(yīng)用于科研等領(lǐng)域，大量具有世界先進(jìn)水平的精
摘要：文章簡(jiǎn)要介紹了精密儀器設(shè)備的作用，分析了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展概況，剖析了與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，結(jié)合十三五時(shí)期發(fā)展規(guī)劃，探討了精密儀器設(shè)備的發(fā)展路徑。
關(guān)鍵詞：精密儀器裝備;發(fā)展倡議
精密儀器裝備廣泛應(yīng)用于科研等領(lǐng)域，大量具有世界先進(jìn)水平的精密儀器，是實(shí)現(xiàn)制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的必要基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)精密儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國(guó)外存在巨大差距。重大科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)項(xiàng)目以國(guó)家倡議目標(biāo)為導(dǎo)向，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，迫切需要進(jìn)一步加強(qiáng)重大科學(xué)儀器設(shè)備的研發(fā)創(chuàng)新。我國(guó)科學(xué)儀器設(shè)備發(fā)展面臨由于基礎(chǔ)薄弱帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)。必須從國(guó)家倡議層面探索發(fā)展路徑，創(chuàng)造良好環(huán)境。
1精密儀器裝備的作用
中國(guó)科學(xué)院院士王大珩總結(jié)儀器的作用說(shuō)，儀器儀表是科研的先行官，軍事的戰(zhàn)斗力。在科研最高榮譽(yù)諾貝爾獎(jiǎng)中，近1/3的物理化學(xué)家那個(gè)與儀器緊密相關(guān)，現(xiàn)代科研中，儀器是科研的重要內(nèi)容，沒(méi)有激光干涉引力波天文臺(tái)就不能成功探測(cè)引力波[1]。
精密儀器裝備對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有巨大的拉動(dòng)作用，為自動(dòng)化及流程分析，需要大量種類(lèi)繁多的分析檢測(cè)儀器完成。90年代初，儀器儀表工藝總產(chǎn)值對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響達(dá)66%，工藝生產(chǎn)中應(yīng)用大量的精密裝備，機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人等實(shí)現(xiàn)各種以往人工無(wú)法完成的任務(wù)。
精密儀器裝備在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，極大的提高了偵查效率，偵查衛(wèi)星活躍在太空中，精確制導(dǎo)技術(shù)大幅提高了戰(zhàn)術(shù)打擊成功率。激光制導(dǎo)炸彈對(duì)目標(biāo)的有效性是傳統(tǒng)炸彈的200倍。使用激光制導(dǎo)炸彈的次數(shù)約為總攻擊次數(shù)的10%。越戰(zhàn)期間，美軍出動(dòng)采用常規(guī)炸彈的飛機(jī)873架次，未能炸毀大橋，采用激光制導(dǎo)智能炸彈，第一次攻擊就成功摧毀目標(biāo)。無(wú)論科技發(fā)展，或是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，都精密儀器都發(fā)揮不可替代的作用。
2各國(guó)精密儀器裝備的發(fā)展
各國(guó)將精密儀器裝備作為重要倡議行業(yè)支持發(fā)展。美國(guó)經(jīng)濟(jì)地位受到中日的激烈競(jìng)爭(zhēng)，但始終保持高技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，美國(guó)政府仍為高新技術(shù)發(fā)展提供支持。美國(guó)科學(xué)基金會(huì)《NSF2020愿景》開(kāi)發(fā)可用于生物技術(shù)等領(lǐng)域的新儀器。NSF設(shè)立了主要科學(xué)儀器設(shè)備計(jì)劃，地球科學(xué)儀器設(shè)備等計(jì)劃，美國(guó)衛(wèi)生部，國(guó)防部等部門(mén)均有多種儀器計(jì)劃。
日本文科部省自1995年開(kāi)始制定科學(xué)基本計(jì)劃，基于因特網(wǎng)，大力推進(jìn)學(xué)術(shù)研究，先進(jìn)科學(xué)儀器計(jì)劃主要包括納米材料研究?jī)x器平臺(tái)計(jì)劃，高端基礎(chǔ)研究科學(xué)儀器共享平臺(tái)建設(shè)計(jì)劃。
德國(guó)教育研究部資助高校使用大型儀器進(jìn)行高水準(zhǔn)的基礎(chǔ)研究。英國(guó)科技辦將研究，研究設(shè)施作為資助目標(biāo)，建立工程與自然科學(xué)研究理事會(huì)，針對(duì)重要的儀器設(shè)備形成系列儀器設(shè)備路線圖。
3中國(guó)精密儀器裝備的發(fā)展現(xiàn)狀
新中國(guó)成立以來(lái)十分重視精密儀器研制工作，1950年在中科院設(shè)立儀器館，為現(xiàn)中科院光學(xué)儀器精密機(jī)械研究所，《國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》明確將科學(xué)儀器創(chuàng)新作為優(yōu)先發(fā)展倡議領(lǐng)域，2011年，財(cái)政部設(shè)立國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)資金[2]。
大型科研儀器方面，2013年，由科技部計(jì)劃司編制的《國(guó)家重點(diǎn)科技基礎(chǔ)條件資源調(diào)查報(bào)告》首次公布，統(tǒng)計(jì)表明，中國(guó)大型科研儀器未完全擺脫主要依靠國(guó)外進(jìn)口的尷尬局面，購(gòu)置設(shè)備進(jìn)口比例達(dá)78%，在生物醫(yī)藥等新型領(lǐng)域進(jìn)口比率近90%。
2016年中國(guó)集成電路進(jìn)口超2000億美元，目前廣泛應(yīng)用的深紫光刻機(jī)被阿斯麥，尼康等公司壟斷，2017年一季度財(cái)務(wù)報(bào)告顯示，EUV系統(tǒng)進(jìn)口未交貨定單總價(jià)值超23億歐元。英特爾公司，臺(tái)灣積體電路制造等公司大規(guī)模應(yīng)用14nm工藝，中芯國(guó)際集成電路公司制造工藝僅能達(dá)到28nm。
2015年中國(guó)機(jī)床消費(fèi)總額達(dá)275億美元，德日意等國(guó)家生產(chǎn)機(jī)床60%以上用于出口，中國(guó)機(jī)床行業(yè)從只能生產(chǎn)簡(jiǎn)易皮帶，到成為世界第一機(jī)床生產(chǎn)國(guó)進(jìn)步巨大，但目前仍是世界最大的機(jī)床進(jìn)口國(guó)。高檔機(jī)床基本依靠進(jìn)口，一套復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)軟件包的費(fèi)用接近母雞費(fèi)用。
從不同的行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀可見(jiàn)，中國(guó)的精密儀器裝備規(guī)模得到極大提高，但相關(guān)產(chǎn)業(yè)實(shí)際存在極大的核心技術(shù)危機(jī)，低端產(chǎn)能過(guò)剩，制造業(yè)空心化風(fēng)險(xiǎn)加大，極大影響中國(guó)制造業(yè)的進(jìn)步發(fā)展。
4國(guó)內(nèi)核心關(guān)鍵技術(shù)與國(guó)外對(duì)比
在精密儀器裝備涉及的多個(gè)核心關(guān)鍵技術(shù)中，中國(guó)精密儀器裝備整機(jī)行業(yè)落后，原因在于中國(guó)科技基礎(chǔ)的薄弱，中國(guó)實(shí)驗(yàn)發(fā)展資金投入高于基礎(chǔ)應(yīng)用研究，但基礎(chǔ)投入的不足導(dǎo)致多種基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)的緩慢發(fā)展，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力不足。中國(guó)的科技水平向并跑轉(zhuǎn)變，必須不斷加強(qiáng)基礎(chǔ)研發(fā)投入。才能支撐創(chuàng)新性社會(huì)的發(fā)展，為國(guó)家倡議安全提供可靠的原始創(chuàng)新動(dòng)力
4.1材料科學(xué)
精密儀器裝備系統(tǒng)整體差距源于核心技術(shù)落后。材料性能具有決定性的影響，包括光學(xué)傳輸材料等功能性材料，及構(gòu)建儀器本體的結(jié)構(gòu)材料。
反射鏡是大型天文望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵技術(shù)，目前大口徑望遠(yuǎn)鏡反射鏡材料主要有德國(guó)肖特極端的微晶玻璃，目前國(guó)內(nèi)用于天文觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡最大單體口徑僅為2.16m,采用sic材料的Her⁃schel望眼鏡在2009年聲控，長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所206年成功研制4msic材料，但難以彌補(bǔ)大口徑反射鏡材料方面的巨大差距。
相關(guān)期刊推薦：《化工管理》雜志(月刊)創(chuàng)刊于1986年，是國(guó)家新聞出版總署正式批準(zhǔn)的唯一化工企業(yè)綜合管理類(lèi)期刊，面向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。主要欄目設(shè)置：咨詢(xún)、熱點(diǎn)聚焦、專(zhuān)家訪談、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、管理創(chuàng)新、人物企業(yè)、領(lǐng)導(dǎo)藝術(shù)、管理學(xué)堂等。
碳纖維強(qiáng)度拉伸模量是鋼的2～3倍，抗拉強(qiáng)度是鋼的7.9倍，是尖端武器裝備必不可少的倡議基礎(chǔ)材料，但產(chǎn)品應(yīng)用主要集中于高色粉與釣魚(yú)桿等地段產(chǎn)品領(lǐng)域，難以滿足高端產(chǎn)品的碳纖維需求。國(guó)內(nèi)在高彈性碳纖維方面仍有較大差距。國(guó)產(chǎn)T8000材料中，直徑測(cè)量?jī)x來(lái)自日本，表面成分與力學(xué)性能測(cè)試儀來(lái)自英國(guó)[3]。
4.2光學(xué)技術(shù)
光學(xué)技術(shù)在精密儀器裝備中應(yīng)用廣泛，在精密儀器裝備領(lǐng)域所需的高性能激光仍主要依賴(lài)進(jìn)口，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的大功率光線激光器，高端產(chǎn)品方面仍需后續(xù)市場(chǎng)檢驗(yàn)。
美國(guó)空間監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡創(chuàng)新采用曲面焦平面電荷藕元件，在緊湊的體積內(nèi)，實(shí)現(xiàn)6°大視場(chǎng)，一晚能對(duì)整個(gè)地球同步軌道待進(jìn)行多次觀測(cè)，中國(guó)科技長(zhǎng)期處于跟跑狀態(tài)，在光學(xué)設(shè)計(jì)主要工具軟件基本被國(guó)外產(chǎn)品壟斷。
4.3精密機(jī)械
精密儀器裝備起源于精密機(jī)械，軸承是機(jī)械支撐最基礎(chǔ)的部件產(chǎn)品，目前中國(guó)軸承行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，主要是通用軸承。高精度高技術(shù)含量的軸承無(wú)法與國(guó)外企業(yè)相比。
美國(guó)勞倫斯利福摩爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等在國(guó)際超精密加工技術(shù)領(lǐng)域久負(fù)盛名，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所等單位自主研制了系列精密精加工裝備，但整體與國(guó)外相比差距較大。
5中國(guó)精密儀器裝備的未來(lái)發(fā)展
對(duì)精密儀器裝備的未來(lái)發(fā)展，從發(fā)展倡議與應(yīng)用領(lǐng)域方面進(jìn)行探討。精密儀器裝備發(fā)展，要開(kāi)展適應(yīng)國(guó)家科技發(fā)展需求的集成創(chuàng)新研究，為確保中國(guó)儀器裝備行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，必須提升裝備關(guān)鍵技術(shù)自主化水平，國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃將科研儀器設(shè)備放到科研條件保障專(zhuān)欄第一位，提出聚焦高端通用與專(zhuān)業(yè)重大科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)，提高高端通用科學(xué)儀器的產(chǎn)品質(zhì)量。
精密儀器與裝備發(fā)展表現(xiàn)出極端化，集成化，網(wǎng)絡(luò)化等趨勢(shì)。儀器測(cè)量等方面加入更多智能化手段，具有更多的智能化功能，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能，測(cè)量精度等方面要求不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將越來(lái)愈多。
十三五時(shí)期，生物醫(yī)藥，倡議前沿等倡議新興領(lǐng)域是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，規(guī)劃預(yù)計(jì)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值規(guī)模將超過(guò)40億萬(wàn)元，涉及的軌道交通，醫(yī)學(xué)影像，生物檢測(cè)都對(duì)精密儀器裝備有巨大的潛在需求。目前國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品成本高昂，發(fā)展能夠替代進(jìn)口設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化精密儀器裝備具有重大市場(chǎng)需求。
6結(jié)語(yǔ)
在幾代科技工作者的不懈努力下，中國(guó)已成為儀器裝備生產(chǎn)大國(guó)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是儀器裝備強(qiáng)國(guó)，高端制造中廣泛應(yīng)用的精密儀器抓昂寶，與國(guó)外水平有很大的差距。中國(guó)正處于向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵歷史時(shí)期，必須在自主發(fā)展精密儀器產(chǎn)業(yè)上做好頂層設(shè)計(jì)，扎實(shí)推進(jìn)，在核心關(guān)鍵技術(shù)上充分發(fā)揮中國(guó)社會(huì)體制優(yōu)勢(shì)，需要科研機(jī)構(gòu)各方面共同努力。——論文作者：張海濤