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全球测试仪器发展快速 国内瓶颈明显

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浏览 次【字号 】 发布时间:2012-7-12 打印本页
    科学是从测量开始的—这是19世纪著名科学家门捷列夫的名言。到了21世纪的今天,作为信息产业的三大关键技术之一,测试测量行业已经成为电子信息产业的基础和发展保障。

     而测试仪器作为测试测量行业发展不可或缺的工具,在测试测量行业的发展中起到了巨大的作用。中国“十一五”期间,由于国家不断增加基础建设的投入力度,在旺盛市场需求的带动下,对仪器需求不断增加,同时测试仪器市场也正在快速发展。

  全球测试仪器市场情况及分析

     国内电子测量仪器行业在经过一段沉寂后,慢慢开始复苏。产品大幅增长主要有两个原因,一是市场的巨大需求,特别是通信、广播电视市场的巨大发展,引发了电子测量仪器市场的迅速增长,二是电子测量仪器行业近几年迅速向数字化、智能化方向发展,推出了部分数字化产品,因而在若干个门类品种上取得了较快增长。从近期中国仪表行业发展的情况来看势头喜人的,与全国制造业一样,虽然遇到了不少困难但仍然保持了向上发展的态势。

     尽管中国仪器市场正在快速的发展着,但与国外仪器生产企业比较仍然有很大的差距。中国主要科研单位、学校以及企业等单位中使用的高档、大型仪器设备几乎全部依赖进口。同时,国外公司还占有国内中档产品以及许多关键零部件市场60%以上的份额。世界测试仪器市场对中国的影响依然非常大。目前,在世界电子测量仪器市场上,竞争日趋激烈。以往,测试仪器生产厂商主要都将仪器产品的高性能作为竞争优势,厂商开发什么,用户买什么。而今则已变成厂商努力开发用户需要的仪器,并且把更便宜、更好、更快、更易使用的测试仪器作为奋斗目标。在信息化的推动下,全世界测试仪器市场将继续保持增长的势头。人们普遍认为,电子测量仪器市场的前景依然乐观。

     国际仪器发展趋势和国内现状

     一、国际趋势

     科学仪器的自主研发在创新型国家得到重视。欧美日等国家都把“发展一流的科学仪器支撑一流的科研工作”作为国家战略,对科学仪器的装备和创新给予重点扶持。如美国通过国家自然基金(NSF)和国家健康研究院等扶助科学仪器的研发,确保美国在世界科学仪器产业的领先地位;日本于2002年制定了高精密科学仪器振兴计划,在岛津公司的田中耕一因为在仪器方面的杰出贡献获得2002年诺贝尔奖后,日本文部科学省决定,从2004年起斥巨资(100亿日元)开发世界尖端的分析计算测量仪器,以催生更多诺贝尔奖级的科研成果;欧盟在“第六框架计划”(2002-2006)中将“操纵和控制设备和仪器的开发”列为纳米技术和纳米科学领域的重点内容,在“第七框架计划”(2007-2013年)中,斥资41亿欧元主要用于辐射源、望远镜和数据库等新型研究基础设施建设;加拿大自然科学与工程研究理事会制定了“研究工具、仪器和设施计划”,等等。

     正是这些创新型国家政府的大力支持,使科研人员在科学仪器研发方面做出了重要贡献。近些年来,与科学仪器研究开发相关的诺贝尔奖基本上都授予了欧、美、日等创新型国家的科学家。

     二、技术发展趋势

     科学技术的飞速发展,促进科学仪器新技术、新成果层出不穷。

  目前,科学仪器已远远超出“光机电一体化”这个概念,除了加入计算机技术,还大量引进日新月异的高新技术,如纳米、MEMS、芯片、网络、自动化、免疫学、仿生学、基因工程等等新技术,同时,一些高精尖的军用技术向民用技术转移,大大提高了科学仪器的技术水平和更新换代速度。当今科学仪器发展总体上呈现出如下趋势:一是,常规科学仪器向多功能、自动化、智能化、网络化方向发展;二是,生命科学科学仪器向原位、在体、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性方向发展;三是,用于复杂组分样品检测分析的科学仪器向联用技术方向发展;四是,用于环境、能源、农业、食品、临床检验等国民经济领域的科学仪器向专用、小型化方向发展;五是,样品前处理科学仪器向专用、快速、自动化方向发展;六是,监控工业生产过程的科学仪器向在线、原位分析方向发展。

     三、产业发展趋势

     一是,PerkinElmer、热电、安捷伦、岛津、布鲁克等科学仪器企业大集团主导着国际科学仪器的市场;二是,中小型科学仪器企业通常向“专、精、特”方向发展;三是,通过并购和组建战略联盟,形成科学仪器大集团是国际科学仪器产业发展的重要趋势。

     国内现状

     据调查,中国现有各类测试仪器企业6000多家,已经形成门类品种比较齐全,具有一定技术基础和生产规模的产业体系。虽然中国测试仪器产业有了一定的发展,但远远不能满足国民经济各行各业日益增长的迫切需求。其产品绝大部分属于中低档技术水平,而且可靠性、稳定性等关键性指标尚未全部达到要求。目前,我国在科学仪器的研究和制造方面与发达国家相比差距明显,对外依赖度过高。据统计,我国每年上万亿元的固定资产投资中,有60%是用于进口设备,高端科学仪器几乎100%进口。每年进口各类测试仪器总额接近我国测试仪器产业总产值50%。此外,在6000多家仪器生产企业中,年销售收入超过1000万元的不足1000家,全行业经济效益低下。根据分析,当前制约我国测试仪器产业发展的“瓶颈”主要集中在以下几个方面:

     科技创新及产业化进展滞缓

     我国测试仪器产业在科技创新及产业化方面跟国际潮流相比滞缓太多,形势非常严峻。在已经跨入21世纪的今天,我国测试仪器的普遍水平还停留在20世纪80年代初国际水平上;大型和高档仪器设备几乎全部依赖进口;许多急需的专用仪器还是空白;中低档产品保证质量上还有许多难关需要攻克,科技创新及其产业化进展滞缓,是制约我国测试仪器产业发展的一个主要问题。

     我国测试仪器产业科技创新及其产业化进展滞缓的有几个方面的因素:第一,科研经费投入严重不足。国际著名测试仪器公司用于科技创新的开发资金一般都超过年销售额的10%,而我国测试仪器企业不仅销售额不高,用于科技创新的开发资金一般不超过年销售金额的3%,相比之下企业科研经费投入少得可怜。第二,人才匮乏及大量流失成为测试仪器行业科技创新及产业化的严重障碍,国有企业尤其如此。第三,缺乏官、产、学、研、金、用的有效结合。过去,只提倡产学研结合,成功的实例很少,没有官方和金融界及用户的介入,这里所指的金融界也可以是企业或私人的资本,在目前我国测试仪器企业面临的处境下,要成功实现产业化是极为困难的。

     产品稳定性和可靠性问题突出

     我国生产的各类测试仪器主要产品,包括产业自动化仪表与系统、通信仪器等,虽然技术指标同国外同类产品比较差距不算很大,但稳定性和可靠性问题却长期得不到根本性解决,成为制约我国测试仪器产业发展的一个严重障碍。

  究其原因:一是长期忽视了基础技术的研究和开发;二是国产通用件和基础件质量不过关;三是企业对产品的质量控制和管理不力。产品质量不过关,加快测试仪器产业发展只能是纸上谈兵。

     测试仪器技术发展及趋势

     世界近10年来高新技术得到了迅猛发展。仪器仪表产品的高科技化,也将成为日后仪器仪表科技与产业的发展主流。随着科学技术的飞速发展和自动化程度的不断提高,测试仪器仪表行业也在发生新的变化并获得新的发展。

     1、虚拟仪器渐趋热门,Instrumentation2.0时代到来

     美国国家仪器公司(NI)在20世纪80年代最早提出虚拟仪器(VirtualInstrument,简称VI)的概念,其核心的思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化,以便最大限度地降低系统成本,增强系统功能与灵活性。当NI公司提出“虚拟仪器技术”这一概念的时候,许多人都认为它不可能成为主流技术。而今天我们看到的却是VI不但成为了测试测量行业的发展方向,而且很显然,测试测量行业已经进入仪器技术2.0(Instrumentation2.0)的时代。“Instrumenation2.0借用了最近非常红火的web2.0的概念,都突出了用户对数据的掌控和对自定义的强烈需求。近几年中国对虚拟仪器应用的需求开始急剧高涨。虚拟仪器的概念逐渐被中国的工程师所接受,其应用范围也在不断扩大,并已有很多不同行业的应用案例。

     近年来,虚拟仪器技术在国际上发展非常迅速。这要归功于虚拟现实技术的发展,该技术虚拟化仪器模式—虚拟仪器,特别适用于当今越来越复杂的测试需求。虚拟仪器技术突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式,将日益普及的计算机技术与传统的仪器仪表技术结合起来,使用户利用计算机、一组软件和极少的必需硬件,就可在屏幕上虚拟出与传统仪器相似的显示面板,使用者通过鼠标和键盘操纵面板上的虚拟按钮、开关、旋钮来实现传统仪器的各种功能操作,通过面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯了解仪器的状态读取或打印测量结果,方便灵活地完成对被测试测量的采集、分析、判断、显示及数据存储等。与台式仪器,虚拟仪器在功能、性能上并不逊色,并又有使用方便,操作简洁的特点。虚拟仪器具有的这种“可开发性”和“可扩展性”等优越特点使虚拟仪器具有强大的生命力和竞争力。

     业界普遍认为,伴随着PC、半导体和软件功能的进一步更新,未来虚拟仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式,并且使工程师们在测量和控制方面得到无以伦比的强大功能和灵活性。

     2、功能集成度提高,向着更丰富的趋势演进

     随着技术的不断创新,测试仪器功能的增强、通信接口的增多、人性化操作等正在成为测试工具发展的最新趋势。或许过不了多久,只用一台测试仪器就能满足全部需求,工程师的工作方式和效率将获得前所未有的提高。

     新一代测试仪器在设计和制造上最大和最明显的变化就是提高了集成度,将多种原本由单个仪器提供的测试功能集成在一起,为工程师们提供更多可选的功能和更大的灵活性。例如,传统的多功能DMM(数字万用表)可以测量电压、电流和电阻,而RIGOL新推出的DM3000系列万用表,还可以作为频率计、多路切换器和数据采集器使用。

目前,安捷伦、FLUKE、RIGOL、吉时利等业界重要厂商的DMM产品均已实现丰富的测量功能。Fluke最新在国内推出的数字多用表具有14种测量功能,吉时利的2000型数字多用表有13种测试功能,RIGOL(普源精电)推出的DM3000系列万用表更具有26种测量功能,它除了传统的电压、电流、电阻测量外,首次实现上下限测量和数学运算等测量功能。

    3、通信功能强

    互联网的发展也极大地影响了测试工具。目前具备Web功能的仪器已经相当普遍。大部分这样的仪器都具有以太网接口,从而可以与PC通信,或者与其他仪器连接构成完整的数据采集系统。

    测试界面的另外一个进步之处在于由LXI联盟推出的仪器用LAN扩展(LANextensionsforinstrumentation,LXI)技术的广泛使用。目前,LAN接口已经成为多数国内外一线厂商推出测试工具的标准配置。作为第一个专门针对可编程仪器互联和控制的网络协议,这一并行接口已经被嵌入到市场上许多测试仪器上。它的标准数据速率是1Mb/s,在突发传输模式下最大为8Mb/s。

     测试和测量应用中广为使用的另外一种接口就是USB。对于测试和测量应用而言,USB具有一些得天独厚的优势。通过PC插件板的优势,USB接口可以使用户方便地开发测试和测量应用。由于USB具有即插即用功能,对于快速测量应用来说相当方便,而且不需要额外的模拟电路。基于USB的仪器具有非常强高的灵活性,只要在每台笔记本或台式机安装上驱动程序和上位机控制程序,就可以使USB仪器应用在每台计算机上。因此,基于USB的数据采集产品已逐步确立了主流地位,数字万用表也正在向USB接口转移。DM3000正是一种整合了USBHost接口的数字万用表,而其他产品则是采用USBDevice接口。

  4、智能化、人性化设计

     最近几年,人们开始在产品应用中使用软件控制各种测试系统。渐渐的,测试台上所用的仪器开始配置软件,用户能够开发专用的测试程序,并在测试仪器本身或PC上运行这些程序。

     如今,从工业设计的角度充分考虑用户使用习惯,使产品真正具备了易用性,实现产品的人性化是所有产品都面临的重要挑战,DMM产品也不例外。目前,屏幕和键盘等产品细节上的改善成为最近推出的DMM产品的亮点。

     RIGOL推出的DM3000的屏幕采用256×64高分辨率87mm×21mm单色点阵液晶显示屏,支持简单波形显示和数据记录波形显示,甚至可以显示出数据采集点信息。其特别设置的清晰透明按键背光(LED照明)和操作提示,使仪器运行状态一目了然,使产品具备灵活和易于操作的特点。

    结束语:

     进入21世纪以来,由于生命科学、信息科学和纳米科学的大发展,科学仪器与装备正面临着新的发展机遇。从一定意义上说,谁掌握了与生命科学相关的最先进的科学仪器,谁就有了科技发展的优先权、人民健康的保障权、经济交往中商业标准的制定权以及控制突发事件的主动权。

     蓝图已绘就,正当扬帆破浪;任重而道远,更须策马加鞭。仪器的进展代表着科技的前沿,科学仪器的发展和创新应是国家科学发展的支柱。能不能创造高水平的新式科学仪器和设备,体现了一个国家的创新能力。中央确定未来15年我国科技发展的指导方针是“自主创新,重点跨越,支撑发展,引领未来”。因此,加强科学仪器自主创新是中国科技必须跨出的一步。(完)

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