建設(shè)世界儀器強(qiáng)國(guó)的使命與任務(wù)

|哈爾濱工業(yè)大學(xué) 譚久彬

建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)，首先必須建設(shè)世界儀器強(qiáng)國(guó)，建設(shè)世界儀器強(qiáng)國(guó)是建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的必備基礎(chǔ)和前提條件。

在我國(guó)特定條件下，建設(shè)世界儀器強(qiáng)國(guó)將面臨三大挑戰(zhàn)，即：計(jì)量測(cè)試體系不完整；儀器體系呈現(xiàn)碎片化；全民性質(zhì)量意識(shí)差，對(duì)測(cè)量與儀器的基礎(chǔ)性作用和**性作用認(rèn)識(shí)不清。

建設(shè)世界儀器強(qiáng)國(guó)，必須完成四大重點(diǎn)任務(wù)，即：建立具有科學(xué)性、先進(jìn)性和完整性的國(guó)家計(jì)量測(cè)試體系，培育體系完整、結(jié)構(gòu)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(zhuān)家咨詢(xún)中心，統(tǒng)一規(guī)劃與指導(dǎo)計(jì)量測(cè)試體系與儀器體系建設(shè)發(fā)展;提高全民質(zhì)量意識(shí)，培育專(zhuān)精精神。

no.1建設(shè)世界儀器強(qiáng)國(guó)的必要性與緊迫性

建設(shè)世界儀器強(qiáng)國(guó)在我國(guó)具有十分突出的必要性和緊迫性。建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)必須以強(qiáng)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(gè)方面。

(一)重大儀器發(fā)明會(huì)促進(jìn)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和基礎(chǔ)研究突破

世界科技強(qiáng)國(guó)一定是基礎(chǔ)研究強(qiáng)國(guó)，基礎(chǔ)研究強(qiáng)國(guó)一定是測(cè)量與儀器強(qiáng)國(guó)。門(mén)捷列夫說(shuō)：“科學(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的”，“沒(méi)有測(cè)量就沒(méi)有科學(xué)，至少是沒(méi)有jing確的科學(xué)、真正的科學(xué)”,“測(cè)量是科學(xué)的基礎(chǔ)”。

儀器是測(cè)量的載體，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)與基礎(chǔ)研究突破的手段。

截至2017年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目總數(shù)為371項(xiàng)，獲獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)為594人；

直接因測(cè)量科學(xué)研究成果或直接發(fā)明新原理儀器而獲獎(jiǎng)的項(xiàng)目總數(shù)為42項(xiàng)(占11.3%)，總?cè)藬?shù)為64人(占10.8%)，如電子顯微鏡、質(zhì)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(shí)，72%的物理學(xué)獎(jiǎng)、81%的化學(xué)獎(jiǎng)、95%的生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)都是借助于相關(guān)**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(jiǎng)的理查德·恩斯特(R.R.Ernst)說(shuō)：“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來(lái)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(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)

儀器科學(xué)與技術(shù)對(duì)現(xiàn)代科技產(chǎn)業(yè)、國(guó)家**、人類(lèi)健康、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)生活等各個(gè)方面有序進(jìn)行與發(fā)展的支撐作用越來(lái)越大。儀器技術(shù)與工程支撐的是整個(gè)現(xiàn)代科技產(chǎn)業(yè)、國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)管理。

王大珩院士對(duì)測(cè)量?jī)x器的作用曾有過(guò)高度概括：“儀器儀表是科學(xué)研究的先行官，工業(yè)生產(chǎn)的倍增器，**上的戰(zhàn)斗力，社會(huì)生活中的物化法官。”

20世紀(jì)90年代初，美國(guó)商務(wù)部所屬的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：為保證產(chǎn)品制造質(zhì)量和實(shí)施有效控制，每天要進(jìn)行2.5億次測(cè)量。

在制造領(lǐng)域，只有通過(guò)測(cè)量，才能知道產(chǎn)品哪里不合格；只有通過(guò)大量測(cè)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(xiàn)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(chǎng)，才能實(shí)現(xiàn)智能制造；

只有建立起面向先進(jìn)制造的完整的計(jì)量測(cè)試體系和儀器體系，才能從根本上解決困擾我國(guó)幾十年的“四基問(wèn)題”(即基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)零部件和質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ))，才能從根本上形成優(yōu)異裝備制造能力。

在國(guó)防領(lǐng)域，沒(méi)有偵測(cè)儀器，就不能發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確定位敵方目標(biāo)；沒(méi)有精準(zhǔn)的導(dǎo)航制導(dǎo)儀器，就無(wú)法實(shí)施jing確打擊。在醫(yī)療領(lǐng)域，沒(méi)有精準(zhǔn)的診療儀器，就無(wú)法實(shí)施精準(zhǔn)醫(yī)療。在環(huán)保領(lǐng)域，沒(méi)有成千上萬(wàn)的分布式傳感器，就無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確地獲取環(huán)保監(jiān)測(cè)息。

同樣，沒(méi)有遍布于城市水、電、氣、交通等設(shè)施和千家萬(wàn)戶(hù)的各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)化傳感器，就無(wú)法實(shí)時(shí)獲取海量監(jiān)測(cè)信息，平安城市、幸福城市和智慧城市就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

(三)優(yōu)異精密儀器的**是驅(qū)動(dòng)和**科技**發(fā)展的原動(dòng)力

儀器科學(xué)與技術(shù)的**發(fā)展對(duì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域具有**與推動(dòng)作用。“工欲善其事，必先利其器”。

以?xún)?yōu)異精密裝備制造領(lǐng)域?yàn)槔瑑?yōu)異精密裝備的精度水平取決于工作母機(jī)的精度，按照精度分配原則，工作母機(jī)的精度要比優(yōu)異精密裝備的精度高三分之一至一個(gè)數(shù)量級(jí)；

而工作母機(jī)的精度水平取決于測(cè)量?jī)x器的精度，按照精度分配原則，測(cè)量?jī)x器的精度要比工作母機(jī)的精度高三分之一至一個(gè)數(shù)量級(jí)。

從精度角度看，測(cè)量?jī)x器處于精度的*上等，是優(yōu)異中的優(yōu)異；從技術(shù)角度看，測(cè)量?jī)x器使用的共性核心技術(shù)更先進(jìn)、更前沿、更具有先導(dǎo)性，因而更具有技術(shù)**作用。

在優(yōu)異精密裝備領(lǐng)域，測(cè)量?jī)x器技術(shù)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(rèn)識(shí)之一是，“科技要發(fā)展，計(jì)量須先行”。

從另一方面看，儀器產(chǎn)業(yè)對(duì)相關(guān)科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要拉動(dòng)作用。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的分析報(bào)告指出：“美國(guó)國(guó)內(nèi)儀器產(chǎn)值僅占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但對(duì)國(guó)民生產(chǎn)總值(GNP)的拉動(dòng)作用則達(dá)到了66%”。

儀器技術(shù)“四兩撥千斤”的作用反映了儀器的內(nèi)在價(jià)值在產(chǎn)業(yè)鏈中具有放大效應(yīng)。

no.2我國(guó)儀器科學(xué)與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)錯(cuò)過(guò)了**次工業(yè)**和**次工業(yè)**，幾乎沒(méi)有現(xiàn)代意義上的相關(guān)科技的積累作為基礎(chǔ)。

發(fā)展現(xiàn)代意義上的儀器科學(xué)與技術(shù)，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(xué)與技術(shù)學(xué)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(guó)因基礎(chǔ)薄弱而儀器科學(xué)與技術(shù)發(fā)展緩慢。

后20年我國(guó)因科學(xué)技術(shù)的整體發(fā)展較快，儀器科學(xué)與技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期，這期間取得了一大批前沿儀器技術(shù)成果，支撐和**了一批重大科技**和重大高新技術(shù)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(zhǔn)和約瑟夫森電壓基準(zhǔn)等為代表的一批**計(jì)量?jī)x器，支撐了我國(guó)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(cè)量?jī)x器為代表的一批大型優(yōu)異專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器，支撐了我國(guó)戰(zhàn)略導(dǎo)彈、核潛艇、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和航天高分工程等國(guó)家重大工程的發(fā)展。

從總體上看，我國(guó)儀器科學(xué)與技術(shù)落后于美國(guó)、德國(guó)和日本等科技強(qiáng)國(guó)，而且落后的幅度較大，但在一些專(zhuān)用儀器領(lǐng)域已經(jīng)接近******，在個(gè)別方向上已經(jīng)處于國(guó)際前列地位。

從發(fā)展趨勢(shì)上看，我國(guó)儀器科學(xué)與技術(shù)的自主**能力在不斷增強(qiáng)，追趕速度在加快，差距在逐漸減小。

no.3建設(shè)儀器強(qiáng)國(guó)面臨的三大挑戰(zhàn)

(一)計(jì)量測(cè)試體系不完整

盡管我國(guó)建立起以國(guó)家計(jì)量院為核心的國(guó)家法定計(jì)量體系，形成科學(xué)計(jì)量、法制計(jì)量和工程計(jì)量能力。但從***、中間級(jí)、一直到工廠(chǎng)車(chē)間級(jí)對(duì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全部參數(shù)測(cè)量能力的角度考察，會(huì)發(fā)現(xiàn)我國(guó)的計(jì)量測(cè)試體系不完整。

以幾何量測(cè)量為例，我國(guó)國(guó)家計(jì)量院現(xiàn)有工程參量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)80個(gè)，而德國(guó)有123個(gè)。

若考慮到德國(guó)是有選擇的發(fā)展制造業(yè)，而我國(guó)是**發(fā)展制造業(yè)，我國(guó)缺少的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)就更多了。

從縱向看，因計(jì)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(chǎng)的計(jì)量?jī)x器上；即便是有些量值傳遞到了工廠(chǎng)的計(jì)量?jī)x器上，但由于我國(guó)現(xiàn)行的年檢和周期校準(zhǔn)制度，量值不能實(shí)時(shí)的傳遞到產(chǎn)品上，測(cè)量?jī)x器對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控處于失控狀態(tài)。

實(shí)際上，我國(guó)計(jì)量測(cè)試體系，從上等的基準(zhǔn)級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)級(jí)儀器到產(chǎn)品級(jí)測(cè)量?jī)x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(zhì)量的層次上，我國(guó)的計(jì)量測(cè)試體系，在很多量值上，不能保證在國(guó)內(nèi)范圍內(nèi)的準(zhǔn)確一致。

從總體上看，我國(guó)現(xiàn)有的計(jì)量測(cè)試體系無(wú)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(qiáng)基工程的發(fā)展。

(二)儀器體系呈現(xiàn)碎片化

高質(zhì)量產(chǎn)品是如何完成的?從工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)中可以總結(jié)出一般規(guī)律，即必須對(duì)制造全過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格精密測(cè)量，并依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)不斷改進(jìn)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(shuí)的測(cè)量數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)、更**，誰(shuí)在各個(gè)工藝環(huán)節(jié)上做得更扎實(shí)，做得更精益求精，誰(shuí)的產(chǎn)品質(zhì)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(lài)更加精準(zhǔn)、更加**的長(zhǎng)期積累的大數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)更高的質(zhì)量、更高的效率和更多變的個(gè)性化，因而具有完整性和充分性特征的超精密測(cè)量的基礎(chǔ)支撐作用更加突出。

王大珩院士曾總結(jié)美、德、日等先進(jìn)制造國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn)，在一次報(bào)告中指出：對(duì)測(cè)量?jī)x器的投入占總裝備投入的三分之一。而我國(guó)既缺乏這種經(jīng)驗(yàn)，也缺乏對(duì)別人經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)。

考察優(yōu)異裝備制造，其精密制造過(guò)程可大致分為四個(gè)環(huán)節(jié)，即零件加工、部件裝配、整機(jī)裝配和整機(jī)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

每一個(gè)環(huán)節(jié)都有大量的被測(cè)參數(shù)，需要一批測(cè)量?jī)x器。以大型精密回轉(zhuǎn)裝備為例，共有約2.5萬(wàn)個(gè)零件，其中65%是超精密零件，有20多萬(wàn)個(gè)測(cè)量參數(shù)，加上部件裝配中的測(cè)量、部件工作特性的測(cè)量、整機(jī)裝配中的測(cè)量和整機(jī)性能測(cè)量與試驗(yàn)，共需要至少500多種專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器。

而實(shí)際上，我國(guó)現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)上的儀器尚不足十分之一，而且測(cè)量?jī)x器配置的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性很差，不成體系，表現(xiàn)出嚴(yán)重的碎片化。

如考慮到智能制造階段，制造上升到超精密級(jí)，具有精度完整性和充分性特征的超精密測(cè)量所需要的參數(shù)被細(xì)化，被測(cè)參數(shù)成倍數(shù)，或成數(shù)量級(jí)增加，生產(chǎn)線(xiàn)上缺失的儀器數(shù)量就更多了，測(cè)量?jī)x器更不成體系，即測(cè)量?jī)x器體系碎片化將更嚴(yán)重。

導(dǎo)致測(cè)量?jī)x器體系碎片化的原因主要有三個(gè)方面：

一是我國(guó)真正懂得測(cè)量需求和測(cè)量技術(shù)的專(zhuān)家與工程師非常少；

二是對(duì)測(cè)量?jī)x器體系缺乏整體規(guī)劃；

三是國(guó)內(nèi)對(duì)優(yōu)異測(cè)量?jī)x器的研發(fā)整體上能力較差，缺少長(zhǎng)期系統(tǒng)地研發(fā)高精尖儀器的團(tuán)隊(duì)與基地，很多項(xiàng)目不是*有優(yōu)勢(shì)的人在做，幾乎沒(méi)有生產(chǎn)優(yōu)異測(cè)量?jī)x器的企業(yè)，只有少量的科研院所能研發(fā)一些專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器，優(yōu)異測(cè)量?jī)x器95%以上依賴(lài)進(jìn)口。

可見(jiàn)，測(cè)量?jī)x器體系碎片化導(dǎo)致無(wú)法構(gòu)成整體測(cè)量能力。沒(méi)有整體測(cè)量能力,就不能支撐產(chǎn)品質(zhì)量提升，就不能支撐優(yōu)異裝備制造、智能制造和強(qiáng)基工程的發(fā)展。

(三)質(zhì)量意識(shí)淡薄，缺乏專(zhuān)精精神

質(zhì)量意識(shí)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是能否自覺(jué)堅(jiān)持質(zhì)量**的原則；二是能否掌握提高質(zhì)量的方法與手段。

質(zhì)量意識(shí)淡薄是我國(guó)各個(gè)行業(yè)發(fā)展的*大短板，一方面，人們追求快速成功，快速擴(kuò)張，心浮氣躁，不愿意埋頭于需要大量基本功、成效慢的質(zhì)量提升工作；另一方面，重視產(chǎn)品質(zhì)量的人又說(shuō)不清楚產(chǎn)品質(zhì)量為什么做不上去。在這方面，我們應(yīng)該向德國(guó)學(xué)習(xí)。

德國(guó)質(zhì)量與德國(guó)品牌不是天生就有的，而是經(jīng)歷過(guò)浴火重生的蛻變過(guò)程。

**次工業(yè)**發(fā)生在英國(guó)，技術(shù)優(yōu)越，產(chǎn)品質(zhì)量*有競(jìng)爭(zhēng)力。德國(guó)處于追趕和仿制階段，此時(shí)“德國(guó)制造”是價(jià)低質(zhì)劣的代名詞。

1887年8月，英國(guó)議會(huì)通過(guò)侮辱性的商標(biāo)法條款，所有從德國(guó)進(jìn)口的商品必須明確標(biāo)注“德國(guó)制造"，以此將劣質(zhì)的德國(guó)產(chǎn)品與上等的英國(guó)產(chǎn)品區(qū)分開(kāi)來(lái)。

英國(guó)這一侮辱性做法使德國(guó)舉國(guó)震動(dòng)，引起全民性反思,認(rèn)識(shí)到:不提高產(chǎn)品質(zhì)量，德國(guó)工業(yè)就沒(méi)有出路。強(qiáng)烈的質(zhì)量意識(shí)成為德國(guó)全民族的共同認(rèn)識(shí)，成為每個(gè)人的自覺(jué)行動(dòng)。

那么如何提高產(chǎn)品質(zhì)量呢?專(zhuān)家們認(rèn)識(shí)到,沒(méi)有精密的測(cè)量，就沒(méi)有精密的產(chǎn)品。西門(mén)子公司創(chuàng)始人出資建立起世界上**個(gè)具有現(xiàn)代意義的德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)。

德國(guó)由此起步，逐漸建起嚴(yán)格完整的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系、計(jì)量測(cè)試體系和質(zhì)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(cè)量?jī)x器體系。一個(gè)必然的結(jié)果是，德國(guó)由“德國(guó)制造”成功轉(zhuǎn)向“德國(guó)質(zhì)量”和“德國(guó)品牌”。

相比之下,我們的質(zhì)量意識(shí)和對(duì)測(cè)量作用的認(rèn)識(shí)仍然停留在**次工業(yè)**初期德國(guó)人的水平上。

專(zhuān)精精神的本質(zhì)是:專(zhuān)心致志做好一件事,把一件事做到精良。

我國(guó)有世界上規(guī)模*大的科學(xué)家群體，卻沒(méi)有研究出相應(yīng)數(shù)量的***基礎(chǔ)研究成果；我國(guó)有世界上規(guī)模*大的各類(lèi)專(zhuān)家群體，卻沒(méi)有研制出相應(yīng)數(shù)量的世界**的高精尖裝備;我國(guó)有世界上規(guī)模*大的工程師和技師群體，卻沒(méi)有制造出相應(yīng)數(shù)量的世界品牌的產(chǎn)品。

一個(gè)重要的原因是,絕大多數(shù)人缺乏專(zhuān)精精神,低水平重復(fù)，淺嘗輒止，不斷跟蹤熱點(diǎn),終其生也沒(méi)有做出一個(gè)像樣的成果來(lái)。

要想實(shí)現(xiàn)由”中國(guó)制造“向"中國(guó)質(zhì)量“和“中國(guó)品牌”轉(zhuǎn)變，就必須從根本上轉(zhuǎn)變?nèi)褡宓馁|(zhì)量意識(shí)“質(zhì)量**、測(cè)量數(shù)據(jù)** ”的意識(shí)要融入每一個(gè)中國(guó)人的血液里；

“專(zhuān)心致志做好一件事，把一件事做到精良“要成為每一個(gè)中國(guó)人的不懈追求，這是我們建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)和儀器強(qiáng)國(guó)面臨的*大挑戰(zhàn)之一。