(发展战略)仪器仪表的发展和未来五年最全版

（发展战略）仪器仪表的发展和未来五年
现代仪器仪表的发展和未来五年
我国对仪器仪表市场需求的分析报告
壹、现代仪器仪表在当今社会的重要作用
先进制造业的规模和水平是衡量壹个国家综合实力和现代化程度主要标志。

当代经济最发达的国家，几乎都是制造业最发达的国家。

美国的强大主要是因为它有发达的先进成套装备制造业。

美国先进的航天器、人造卫星、飞机、舰船、电子通讯设备和尖端科学仪器等，是建立在先进科学技术基础上的装备制造业制造出来的。

面对激烈的国际竞争，要使我国从壹个“制造大国”转变成壹个“制造强国”，必须实施信息化带动工业化的战略，没有壹个先进的仪器仪表业的支持，不可能完成这个任务。

当今世界已经进入信息时代，信息技术成为推动国民经济和科学技术迅速发展的关键技术。

著名科学家钱学森明确指出：“信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术。

测量技术是关键和基础。

”现代仪器仪表是对物质世界的信息进行测量和控制的基础手段和设备，是信息产业的源头和组成部分。

美国商务部1999年报告在关于新兴数字经济部分提出，信息产业包括计算机软硬件行业、通信设备制造及服务行业、仪器仪表行业。

现代仪器仪表在当今社会具有极为重要的作用。

在工业生产中，仪器仪表是“倍增器”。

美国商务部国家标准局20世纪90年代中发布的调查数据表明，美国仪器仪表产业的产值约占工业总产值4%，而它拉动的相关经济的产值却达到社会总产值66%，仪器仪表发挥出“四俩拨千斤”的巨大的“倍增”作用。

事实上，现代化大生产，如发电、炼油、化工、冶金、飞机和汽车制造等，离开了只占企业固定资产大约10%的各种测量和控制仪器仪表装置就不能正常安全生产，更难以创造巨额的产值和利润。

专家们形象地把仪器仪表比喻为国民经济中的“卡脖子”产业。

在科学研究中，仪器仪表是“先行官”。

离开了科学仪器，壹切科学研究都无法进行。

在重大科技攻关项目中，几乎壹半的人力财力都是用于购置、研究和制作测量和控制的仪器设备。

诺贝尔奖设立至今，众多获奖者都是借助于先进仪器的诞生才获得重要的科学发现；甚至许多科学家直接因为发明科学仪器而获奖。

据统计，近80年来获诺贝尔奖同科学仪器有关的达到38人。

诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说过：“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展。

”基因测量仪器的问世，使世界基因研究计划提前6年完成就是最好的证明。

从神州2号至神州5号上，共有185台（套）科学仪器装置，为神州5号飞船的成功发射且获取大量宝贵的飞行试验数据和科学资料。

要加快科学研究和高技术的发展，仪器仪表必须先行。

在军事上，仪器仪表是“战斗力”。

现代战争中，夺取技术优势已经成为军事战略的根本目标。

主要目标是全球监视和通信和精确打击固定及瞬变目标。

1991年海湾战争美国使用的精密制导炸弹和导弹只占8%，12年后伊拉克战争中美国使用精密制导炸弹和导弹提高到了90%之上。

这些先进武器都是靠壹系列先进的测量和控制仪器仪表系统装备且实现其控制功能的。

1994年美国国防部成立了“自动测试系统执行局”，以统壹海陆空三军的测试技术、产品和标准，保证立体作战方式的有效实施。

现代武器装备，几乎无壹不配备相关的测量控制仪器仪表。

现代仪器仪表仍是当今社会的“物化法官”。

检查产品质量，监测环境污染，查服违禁药物，识别指纹假钞，侦破刑事案件等，无壹不依靠仪器仪表进行“判断”。

此外，仪器仪表在教学实验，气象预报，大地测绘，交通指挥，控测灾情，尤其是越来越受人关注的诊治疾病等社会生活许多领域都有着广泛应用。

能够说遍及“吃穿用、农轻重、海陆空”无所不在。

因此，现代仪器仪表的发展水平，是国家科技水平和综合国力的重要体现，仪器仪表制造水平反映出国家的文明程度。

为此，世界发达国家都高度重视和支持仪器仪表的发展。

前面已经反复提到了美国对发展仪器仪表的重视和支持；日本科学技术厅把测量传感器技术列为21世纪首位发展的技术；德国大面积推广应用自动化测控仪器系统，20世纪90年代6年就增加了350%的市场，保证了劳动生产率增长1.9%；欧共体制定第三个科技发展总体规划，将测量和检测技术列为15个专项之壹。

我国政府在国民经济和社会发展第十个五年计划纲要中明确指出“把发展仪器仪表放到重要位置”，国家发改委和科技部列专项支持仪器仪表发展，今年国家制定中长期科学和技术发展规划对仪器仪表也给予了高度的重视。

二、现代仪器仪表分类、发展趋势及关键技术
1、现代仪器仪表的分类
根据国际发展潮流和我国的现状，现代仪器仪表按其应用领域和自身技术特性大致划分为6个大类，即工业自动化仪表和控制系统、科学仪器、电子和电工测量、仪器、医疗仪器、各类专用仪器，传感器和仪器仪表元器件及材料。

工业自动化仪表和控制系统，主要指工业，特别是流程产业生产过程中应用的各类检测仪表、执行机构和自动控制系统装置。

科学仪器主要指应用于科学研究、教学实验、计量测试、环境监测、质量和安全检查等各个方面的仪器仪表。

电子和电工测量仪器，主要指低频、高频、超高频、微波等各个频段测试计量专用和通用仪器仪表。

医疗仪器主要指用于生命科学研究和临床诊断治疗的仪器。

各类专用仪器指农业、气象、水文、地质、海洋、核工业、航空、航天等各个领域应用的专用仪器。

科学仪器能够细分为14个小类，即电子光学仪器，离子光学仪器，X射线仪器，光谱仪器，色谱仪器，波谱仪器，电化学仪器，生化分离分析仪器，气体分析仪器，显微镜和成像系统，化学反应及热分析仪器，声学振动仪器，力学性能测试仪器（材料试验机），光电测量仪器。

其中，发展最快，应用最广和市场容量最大的是各类光学仪器和分析仪器。

现代仪器仪表虽然作了大致分类，实际上存在着许多交叉，比如各类专用仪器中许多都是科学仪器。

2、现代仪器仪表的发展趋势
国际仪器仪表发展极为迅速，仅以科学仪器中的分析仪器为例，世界分析仪器市场年销售总额由2000年256亿美圆到2002年增至316亿美圆，年增长11%之上，是全球经济增长速度的3—4倍。

近10几年来国际仪器仪表发展的主要趋势是：
数字技术的出现把模拟仪器的精度、分辨力和测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础。

计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别参量的测量转变成测量整个系统的特征参数，从单纯的接受、显示转变为控制、分析、处理、计算和显示输出，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。

计算机技术在仪器仪表中的进壹步渗透，使电子仪器在传统的时域和频域之外，又出现了数据域测试。

90年代，仪器仪表和测量科学技术突破性进展是仪器仪表智能化程度的提高；DSP芯片的大量问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力和图象处理功能；现场总线技术是90年代迅速发展起来的壹种用于各种现场自动化设备和其控制系统的网络通信技术，Internet和Internet技术也将进入控制领域。

现代仪器仪表产品将向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向发展，跨学科的综合设计、高精尖的制造技术使它能更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象的全方位信息。

未来10年，而更高程度的智能化应包括理解、推理、判断和分析等壹系列功能，是数值、逻辑和知识的结合分析结果，智能化的标志是知识的表达和应用。

利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力传感器技术和测试仪器仪表。

如：利用高温超导量子干涉仪（SGUID）开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地理和地质学仪器、化学分析仪器、医疗仪器、无损材料检测仪器等。

利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等，它和近场光学相结合，不仅能够测量表面精细结构，同时根据近场光学反射偏振信息能够分辨出被测物体的材料，这是目前实验研究新探索。

将可调谐稳频激光光谱仪技术用于高精密的几何量和机械量和多种无形态的量的测量，开发以新壹代微型光纤传导激光干涉仪，它的测量范围能够从纳米到几米或更大的范围，分辨率可达10mm。

它仍可用于称重，研制新型电子天平、高精度的电子皮带称、高分辨率的压力计等。

发展纳米测量技术，建立纳米计量测试标准，这是当今在计量和测试技术研究中十分活跃的课题。

分析仪器正在经历壹场革命性的变化，传统的光学、热学、电化学、色谱、波谱类分析技术都已从经典的化学精密机械电子结构、实验室内人工操作应用模式，转化为光、机、电、算（计算机）壹体化、自动化的结构，且正向更名副其实的智能系统发展（带有自诊断自控、自调、自行判断决策等高智能功能）。

由于以信息技术为代表高新科学技术的突飞猛进，使科学仪器的工作原理，设计思想、设计方法发生了明显的变化，其关键技术主要表现为：（1）微分析技术即分析仪器的微型化和微量化，其共性技术有微控技术、微加工技术、微检测技术、微光源、微分光光学系统、微传感器等，应用上述技术的微分析仪器如：微流控制芯片、芯片实验室、微近红外光谱仪等。

（2）生物、化学传感器包括新型传感技术在分析仪器中的应用，将生物芯片技术，新型化学传感技术，智能传感器技术应用于分析仪器的研制。

（3）成像技术包括广义成像，纳米级超高分辨成像，信息处理等，具体的领域有：核磁共振技术、图像自动分析及综合技术、成像光谱技术、近场光学成像技术。

（4）仪器的联用技术通过信息分离、专用软件接口技术，实现多种科学技术间的联用以实现复杂系统的痕量成份分析、结构分析、形态分析等综合分析，如：色谱—质谱联用、色谱—光谱联用等。

多台仪器、多个实验室结合的综合分析管理系统(LIMS,LaboratoryInformationManagementSystem)已经推广应用；仪器可之上网、制造厂商进行远距诊断、指导正确使用或提出维修指导，各同类仪器用户或相同分析工作用户直接进行数据、情报共享，仪器的远程校准和量值溯源等已指日可待。

分析仪器在生物、环保、医学等有关人的生存、发展领域的应用日新月异，现代高科技军事方面的发展也促进了分析技术和分析仪器的应用拓展，灵敏、准确的现场毒物检测、生命保障任务也大大扩大了分析了仪器的应用领域。

根据上述仪器仪表国际发展的趋势，能够十分清楚的见出现代仪器仪表发展具有以下主要特点：
①、技术指标不断提高
就如奥林匹克运动的口号是更高、更快、更强壹样，仪器仪表在提高检测控制技术指标上是永远的追求。

以仪器仪表和测量控制的技术范围指标来说，如电压从纳伏~100万伏；电阻从超导至1014Ω；谐波测量到51次；加速度从10-4—104g；频率测量至1010HZ；压力测量至108Pa；温度测量从接近绝对零度至1010℃等。

以提高测量精度指标来说，工业参数测量提高至0.02%之上，航空航天参数测量达到0.05%之上，计量精度和科学仪器达到的精度更是和时俱进。

以提高测量的灵敏度来说更是向单个粒子、分子、原子级发展。

提高测量速度（响应速度），静态0.1~0.2ms，动态为Lμs。

提高可靠性，壹般要求为2~5万小时，高可靠要求25万小时。

稳定性（年变化）＜±0.05%（高精度仪器）或＜±0.1%（壹般仪器）。

此外仍不断提高产品环境适应性。

②、最先应用新的科学研究成果，高新技术大量采用
现代仪器仪表作为人类认识物质世界、改造物质世界的第壹手工具，是人类进行科学研究和工程技术开发的最基本工具。

人类很早就懂得“工欲善其事，必先利其器”的道理，新的科学研究成果和发现如信息论、控制论、系统工程理论，微观和宏观世界研究成果及大量高新技术如微弱信号提取技术，计算机软、硬件技术，网络技术，激光技术，超导技术，纳米技术等均成为仪器仪表和测量控制科学技术发展的重要动力，现代仪器仪表不仅本身已成为高技术的新产品，而且利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技术成果集成的装置和系统层出不穷。

③、单个装置微小型化，智能化，可独立使用，嵌入式使用和联网使用
测量控制仪器仪表大量采用新的传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品，不断向微小型化、智能化发展，从目前出现的“芯片式仪器仪表”，“芯片实验室”等见，单个装置的微小型化和智能化将是长期发展趋势。

从应用技术见，微小型化和智能化装置的嵌入式连接和联网应用技术得到重视。

④、测控范围向有关工作方式立体化、全球化扩展，测量控制向系统化、网络化发展
随着测量控制仪器仪表所测控的既定区域不断向立体化、全球化甚至星球化发展，仪器仪表和测控装置已不再呈单个装置形式，它必然向测控装置系统、网络化方向发展。

例如壹个大型水电站的测控系统，仅检测大坝安全性的传感器就达数千个，此外各个发电机组状态及水位情况的检测控制点（I/O测控点）将超过万点，要达到大型水电站的正常发电和送电，必须将各个测控点的测控装置形成网络化结构，形成壹个有机的测控网络系统；又例如卫星测控系统，人造卫星上配置的各种传感器就达到数千，它首先要将卫星上各种测控装置构成壹个完整的自动测控子系统，然后和多个地面站的测控系统构成壹个广域测控系统。

⑤、便携式、手持式以至个性化仪器仪表大量发展
随着生产的发展和人民生活水平的提高，人们对自己的生活质量和健康水平日益关注，检测和人们生活密切相关的各类商品、食品质量的仪器仪表，预防和治疗疾病的各种医疗仪器是今后发展的壹个重要趋势。

科学仪器的现场、实时在线化，特别是家庭和个人使用的健康状况和疾病警示仪器仪表将有较大发展。

3、现代仪器仪表发展的关键技术
从现代仪器仪表科学技术的发展趋势和特点，能够列出仪器仪表发展的关键技术如下。

①传感技术
传感技术不仅是仪器仪表实现检测的基础，它也是仪器仪表实现控制的基础。

这不仅因为控制必须以检测输入的信息为基础，且且是由于控制达到的精度和状态，必需感知，否则不明确控制效果的控制仍然是盲目的控制。

广义而言传感技术必须感知三方面的信息，它们是客观世界的状态和信息，被测控系统的状态和信息以及操作人员需了解的状态信息和操控指示。

在这里应注意到客观世界无穷无尽，测控系统对客观世界的感知主要集中于和目标相关的客观环境（简称既定目标环境），既定目标环境之外的环境信息可通过其它方法采集。

被测控系统能够是简单的物或单壹的样本，能够是复杂的无人直接操纵的自动系统，能够是有人（群）在内操作的大型自动化系统或社会活动系统，也能够是人体。

以人体健康、生理、心理状态为目标的传感技术是医疗诊治仪器的基础和核心。

操作人员能够是单人，但在系统化、网络化的情况下常为不同岗位下的操作人员群体。

窄义而言，传感技术主要是客观世界有用信息的检测，它包括有用被测量敏感技术，涉及各学科工作原理、遥感遥测、新材料等技术；信息融合技术，涉及传感器分布，微弱信号提取（增强），传感信息融合，成像等技术；传感器制造技术，涉及微加工，生物芯片，新工艺等技术。

②系统集成技术
系统集成技术直接影响仪器仪表和测量控制科学技术的应用广度和水平，特别是对大工程、大系统、大型装置的自动化程度和效益有决定性影响，它是系统级层次上的信息融合控制技术，包括系统的需求分析和建模
技术，物理层配置技术，系统各部份信息通信转换技术，应用层控制策略实施技术等。

在操作人员为多种不同岗位的操作群体情况下，仍包括各级操作人员需求分析技术。

③智能控制技术
智能控制技术是人类以接近最佳方式，通过测控系统以接近最佳方式监控智能化工具、装备、系统达到既定目标的技术，是直接涉及测控系统的效益发挥的技术，是从信息技术向知识经济技术发展的关键。

智能控制技术能够说是测控系统中最重要和最关键的软件资源。

从目前发展趋势见，在企业信息化ERP/MES/PCS 三级结构的计算机测控系统中，软件的价格已超过硬件的3倍。

而有关石化、冶金、电力、制药行业中自动化测控系统的先进控制软件价格就超过系统硬件价格。

智能控制技术包括仿人的特征提取技术，目标自动辨识技术，知识的自学习技术，环境的自适应技术，最佳决策技术等。

④人机界面技术
人机界面技术主要为方便仪器仪表操作人员或配有仪器仪表的主设备、主系统的操作员操作仪器仪表或主设备、主系统服务。

它使仪器仪表成为人类认识世界、改造世界的直接操作工具。

仪器仪表、甚至配有仪器仪表的主设备、主系统的可操作性、可维护性主要由人机界面技术完成。

仪器仪表具有壹个美观、精致、操作简单、维护方便的人机界面，常成为人们选用仪器仪表及配有仪器仪表的主设备、主系统的壹个重要条件。

人机友好界面技术包括显示技术、硬拷贝技术、人机对话技术、故障人工干预技术等。

考虑到操作人员从单机单人向系统化、网络化情况下的许多不同岗位的操作人员群体发展、人机友好界面技术正向人机大系统技术发展。

此外，随着仪器仪表的系统化、网络化发展，识别特定操作人员、防止非操作人员的介入技术也日益受到重视。

⑤可靠性技术
随着仪器仪表和测控系统应用领域的日益扩大，可靠性技术特别是在壹些军事、航空航天、电力、核工业设施，大型工程和工业生产中起到提高战斗力和维护正常工作的重要作用。

这些部门壹旦出现故障，将导致灾难性的后果。

因此装置的可靠性、安全性、可维性、特别是包括受测控系统在内的整个系统的可靠性、安全性、可维性显得特别重要。

像2003年8月15日美国、加拿大大面积停电的事故，是决不应由部分设备故障而扩展造成！
仪器仪表和测控系统的可靠性技术除了测控装置和测控系统自身的可靠性技术外，同时仍要包括受测控装置和系统出现故障时的故障处理技术。

测控装置和系统可靠性包括故障的自诊断、自隔离技术，故障自修复技术，容错技术，可靠性设计技术，可靠性制造技术等。

三、我国仪器仪表产业的现状
经过几十年来，特别是近十年来的建设和发展，我国仪器仪表已经初步形成产品门类品种比较齐全，具有壹定生产规模和开发能力的产业体系，成为亚洲除日本以外第二大仪器仪表生产国。

据不完全统计，年产值低于500万元的企业未列入统计，部分军工企业和产品未列入统计，2003年我国仪器仪表生产企业总数2232个，工业总产值970亿元，销售收入921亿元；包括医疗仪器，工业总产值和销售收入均突破1000亿元。

其中，工业自动化仪表和控制系统企业总数620个，工业总产值285亿元，销售收入282亿元；分别占仪器仪表全行业28%、28.5%和29%。

科学仪器企业总数525个，工业总产值263亿元，销售收入251亿元，各项数据大约都占全行业25%左右。

电子和电工测量仪器企业总数285个，
工业总产值148亿元，销售收入147亿元，分别占全行业13%、14%和14.6%。

其他各类仪器仪表企业总数、工业总产值和销售收占全行业不足34%。

“九五”以来，尤其是近3年来，我国仪器仪表发展很快，形势很好，主要体当下以下几个方面。

1、仪器仪表行业工业总产值和销售收入年平均增长率超过12%，2003年同比2002年增长率达到26.2%和25.4%。

据对国内30余家分析仪器厂家统计表明，2002年销售总额约10.4亿元，2003年销售总额增长40%，预计2004年仍将继续增长40%，达到20亿元。

2、壹批技术先进的具有国际竞争力的产品不断涌现。

特别是国产工业控制系统DCS水平显著提高，已经承接30万千瓦发电机组60套，壹半投入运行良好，且在60万千瓦发电机组新建工程国际招标中标，充分具备了国际竞争能力。

横河川仪X公司生产的中高档压力/差压变送器年产量突破7万台，进入世界前10名。

科学仪器中，壹批具有自主知识产权的成果如微波等离子体炬光谱议、微型电动色谱系统、毛细管电泳—电化学发光检测仪等，正在跨入国际先进行列。

3、仪器仪表产品进出口贸易迅速增长，2003年进出口总额达121亿美元，出口29.5亿美元，同比2002年增长52.6%。

出口产品中已经包含有技术含量较高的工业控制系统和精密科学仪器。

2002年我国出口的物理和化学分析用仪器总值为0.32亿美圆，仅为美国出口的1%，而2003年该仪器出口总值跃升为1.25亿美圆，年增长291%，达到美国出口的3.3%。

中低端数字万用表出口占据世界市场60%份额，出口国家不只限定亚洲、非洲、许多产品已经进入欧美市场。

4、我国仪器仪表企业体制发生了巨大的变化，三资企业的迅速发展和民营企业的很快崛起，已经成为仪器仪表产业的主体。

2003年，三资企业销售收入占全行业40%之上，利润占全行业53.6%，民营企业紧随其后，而且加大了投资力度，如正泰集团投资1亿元进入工业自动化仪表行业，时代集团兼且了全国最大的试验机企业济南试金集团。

浙江中控技术（集团）X公司、上海新华控制技术X公司和北京和利时系统工程X 公司3家民营企业已经发展成为我国最有实力的工业控制系统X公司，年销售收入均超过5亿元，而且发展势头很好。

应当清醒地见到，虽然我国仪器仪表产业有了较大的发展，但仍远远不能满足国民经济、科学研究、国防建设以及社会发展等各个方面日益增长的迫切需求。

我国仪器仪表产品大部分属于中低端产品，技术水平相当于20世纪90年代初中期国际水平，高端大型仪器几乎全部依赖进口。

2003年我国仪器仪表进口总额91.5亿美元，相当于国内全行业总产值73%，除去出口部分，我国国产仪器仪表大约只占据国内市场51.4%的份额，缺口高达壹半。

当然这是就市场销售总额而言，但反映出的现状却是严峻的。

我国仪器仪表落后于国际先进水平，差距是全方位的，包括产品技术方面的差距和企业综合实力上的差距。

产品技术方面的差距主要表当下：
▲产品的可靠性较差。

对基础技术和制造工艺的研究不够，壹些影响可靠性的关键技术，如精密加工技术、密封技术、焊接技术等至今仍没有得到很好的解决，导致产品性能不够稳定和可靠。

现有国内产品和国外产品的寿命大致要相差1~2个数量级。

▲产品的性能、功能落后。

现有国内产品测量精度上要和外国产品相差1个数量级。

在功能上，目前外国产品智能化程度相当高，通过对原始信息的数字处理，更好地排除了外部干扰对信息影响，提高了产品的耐环。