0 引言
    今年是中国仪器仪表学会成立30周年。30年来，中国仪器仪表学会的发展，同我国仪器仪表与测量控制的发展息息相关。在庆祝中国仪器仪表学会成立30周年之际，让我们一起回顾和展望我国仪器仪表与测量控制科技的发展。
1 仪器仪表与测量控制的重要地位和作用
    众所周知，当今世界已经进入信息时代，信息技术成为推动科学技术高速发展的关键技术。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。测量技术是基础。”王大珩院士也一再强调，“测量技术是信息技术的源头。”信息技术的快速发展，产生了新兴的庞大的信息产业，信息产业已经成为带动世界经济发展的龙头产业。美国商业部1999年度报告中关于新兴数字经济部分曾提出，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。这就是说，测量技术是信息技术的基础和源头，仪器仪表行业是信息产业的重要组成部分。不言而喻，仪器仪表与测量控制在当今信息时代推动科学技术和国民经济的发展具有何等重要的地位。
    那么，仪器仪表与测量控制对推动科技、经济和社会的发展重要作用究竟是什么。2000年，中国仪器仪表学会接受国家计委、国家经贸委和科技部的委托，组织了一个由王大琦、杨嘉挥、金国藩3位院士组成的专家调研组，对全国仪器仪表行业开展了为期3个月的调查研究。调研结束后，调研组向两委一部提出了一份“关于振兴我国仪器仪表产业对策与建议”的研究报告。报告对仪器仪表在当今社会的重要作用提出了明确而形象的说明，即仪器仪表是工业生产的“倍增器”、科学研究的“先行官”、军事上的“战斗力”和现代社会活动的“物化法官”。令人鼓舞的是，仪器仪表与测量控制“倍增器”、“先行官”、“战斗力”和“物化法官”的重要作用已经为社会各界，包括政府部门所共识，成为加快发展仪器仪表科技和产业的科学依据，并在文件、报告和讲话中被广为引用。
    由于仪器仪表与测量控制的重要地位和作用受到了社会的高度重视，近年来国家采取了一系列重大措施加快发展。如2001年3月召开的七届四次全国人大会议的“国家经济与社会发展第十个五年计划纲要”中明确提出“把发展仪器仪表放到重要位置”，这是建国以来第一次将仪器仪表放到重要位置。紧接着，国家计委、经贸委、科技部等部委都罗列了若干专项，动用了大笔资金支持仪器仪表的发展。 2005 年，国家发改委正式下达了“加快振兴装备制造业的若干意见”，提出在各个行业中选出16项重点发展领域立专项支持发展，其中第11项就是重大工程自动化控制系统和精密测试仪器。2006年制定“国家中长期科学与技术发展规划纲要”，涉及到了多项仪器仪表与测量控制发展项目。2008年4月，科技部、发改委、教育部和中国科协联合发出了“关于加强创新方法工作的若干意见”，正式启动全国范围内的创新方法工作。这份文件明确提出，创新方法包括创新思维、创新方法和创新工具三个要素。创新工具主要指推动科技创新的科学仪器。科学仪器的重要作用被进一步提升，开发研究得到更有力的支持。此外，在“ 863 ”计划项目中，特别是航天计划等国家科技发展计划中，支持仪器仪表与测量控制的支持发展也被放到了重要位置。就是在这样有利的形势下，近年来我国仪器仪表与测量控制得到了迅速的发展。 
2 我国仪器仪表与测量控制的基本概况 
2.1 基本概况
    仪器仪表与测量控制的基本概况应当包括学科和产业2个方面。过去一直在争议，仪器仪表究竟是不是一门独立的学科。今天，我们可以毫不犹豫地回答，仪器仪表与测量控制已经发展形成为一门独立完整的学科。之所以得出这样的定论，我们有 4 条充分的理由。 
    ① 仪器仪表与测量控制学科具备了自己特有的一整套基础理论和技术，其中主要包括传感器、检测计量、信号处理、误差分析、自动控制等。在这些基础理论和技术的研究开发中，拥有一批杰出的科学家和优秀的中青年科技创新人才，他们的研究开发成果对促进学科发展作出了重要的贡献。 
    ② 纵观科学技术发展史，当一门新兴学科形成和不断发展时，教育体系，特别是高等教育就会应运而生，出现新的学科教育，培养新的学科人才。我国教育部多年来已经围绕着仪器仪表与测量控制学科设立了一级学科教育体系，现在定名为“仪器科学与技术”学科，全国近250所高校设置了相应的专业，3万多名本科生和1 万多名研究生在校学习。我国高校为“仪器科学与技术”学科制定了专业培养目标和规范，已经为仪器仪表与测量控制领域培养了几十万学科技术人才。 
    ③ 仪器仪表与测量控制学科是一门工程应用学科，与之相适应产业的形成和发展是学科发展的物质基础和技术支撑。我国仪器仪表产业已经具备相当规模，仪器仪表与测量控制学科有着强大的生命力和发展空间。 
    ④ 仪器仪表与测量控制学科有一个全国性的国家一级学术团体 ― 中国仪器仪表学会。学会近年来开展学科进展研究，不仅加强了学科的基础建设，而且丰富了学科活动的内容、扩展了学科发展的空间。
    我国仪器仪表与测量控制产业的基本概况如下。2007年我国仪器仪表产业规模以上企业为3954家，实现总产值3078亿元，销售收入达到3005亿元，双双突破3000亿元。同比2004年1000亿元，2006年2000亿元，4年间年增长率超过30％。3000亿元的销售额中，出口商品达到88亿美元，同比上一年度增长了36％。目前，我国仪器仪表与测量控制产业已经形成门类品种比较齐全、布局比较合理、具有相当技术基础和生产规模的产业体系，在亚洲，我国是除日本以外第二大仪器仪表生产国，是发展中国家综合实力最强的仪器仪表生产国之一。从产品的技术水平分析，目前绝大多数国产仪器仪表还处于发达国家20世纪90年代中后期水平。中低档产品品种基本齐全，能够规模生产，质量基本稳定，可以满足国内市场要求，且有批量出口，如电工仪器仪表在国内市场占有率达到95%，并有13％产品出口。深圳市每年生产数字万用表700万台，销售世界90多个国家。国产仪器仪表中，也有少数中高档产品接近国际技术水平。在国家重点科技攻关项目中，特别是必须自主创新发展的航天航空领域和国防安全领域，部分仪器仪表技术取得了新的突破。我国嫦娥一号卫星携带的8种探测仪器都是我国科技人员自主研制设计的，不仅在技术上总体达到了国际先进水平，而且有自己的特点和创新。在工程应用技术方面，已经能够承担一部分国家重大工程的仪器仪表系统成套。 
2.2 应用领域
    按照应用领域的不同，我们习惯把仪器仪表和测量控制划分为6个大类，即工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、医疗仪器、电子与电工测量仪器、各类专用仪器、传感器和仪器仪表元器件及功能材料。这是一个大致的分类，其间存在着许多交叉和渗透。
    工业自动化仪表与控制系统，主要应用在工业生产流程中的检测和控制；科学仪器应用面极广，包括科学研究、教学实验、物质分析、安全监测等领域；医疗仪器应用于生命科学研究和临床诊断治疗；电子与电工测量仪器用于对各种电子和电工参数进行测量；各类专用仪器应用于如农业、环保、气象、水文、地质、海洋等领域，这类仪器除了应用领域的特殊要求具备某些特殊性外，它们的基本原理和应用方法与科学仪器等其他类仪器并无本质的区别；传感器、元器件和功能材料主要用于获取信号、仪器制作和使用材料上。传感器已经成为影响仪器仪表与测量控制发展和应用的关键所在。各类仪器的基础理论和技术，构成了仪器仪表与测量控制学科体系的基本内容，它们的产业成为仪器仪表与测量控制产业体系的重要组成，而它们的发展决定着仪器仪表与测量控制的未来。
    当分析我国仪器仪表与测量控制现状时，不能不清醒地认识到它同国际先进水平相比，同我国经济和社会发展的实际需要相比，还存在着很大的差距。差距是全方位的，最主要的有3点。
    ① 我国仪器仪表规模小、产值低，仪器仪表企业同样是规模小、产值低。2007 年我国仪器仪表产业总产值3000亿元人民币，只占工业总产值的2.5％。10年前，美国仪器仪表产业总产值已达到 4 000 亿美元，占工业总产值的4％。目前，美国仪器仪表企业年产值超过20亿美元的不少于50家，而我国最大的两个仪器仪表企业，京仪集团年产值80亿元人民币、川仪集团年产值60亿元人民币。产业和企业的规模与产值直接影响到产业的活力与发展。要缩小和消除这个差距，需要我们努力奋斗 10－20年。
    ② 我国仪器仪表产品在质量和品种上还存在不少问题。长期以来，产品的可靠性和稳定性没有得到根本解决，严重影响市场销售和正常使用。国内对许多大型精密仪器需求几乎全部依赖进口。2007年，我国仪器仪表产品出口88亿美元，进口172 亿美元，逆差84亿美元，成为装备制造业之最。这个问题不解决，我国仪器仪表与测量控制学科和产业的发展将无法摆脱落后被动的局面。 
    ③ 我国仪器仪表产业创新能力不强，还无法承担科技创新主体的责任。国际上仪器仪表科技创新发展极快，产品更新换代的周期大约只需2~4年，多数企业一半以上的销售额几乎都来自5年内上市的新产品。而我国仪器仪表产品不少还沿自于20世纪80年代技术引进的产物，相当多企业产品是10年一贯制，自主创新能力不强的主要原因是资金和人才。国外企业用于科技创新资金投人一般为销售收入8%-10%，而我国企业投入资金很少超过3％~5%，极大地限制了科技创新的有效开展。有的领导不重视自主创新，国内创新人才匾乏。党的十七大提出，提高自主创新能力，建设创新型国家是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。企业提升科技创新能力，已经成为刻不容缓的历史使命。 
3 仪器仪表与测量控制发展的趋势和特点
    当今仪器仪表与测量控制发展的趋势是：产品稳定性、可靠性和适应性要求不断提高；技术指标和功能不断提高；最先采用新的科学研究成果；高新技术大量采用；仪器及测控单元微小型化、智能化日趋明显；要求仪器及测控单元可独立使用、嵌人式使用和联网使用；仪器测控范围向立体化、全球化扩展；测控功能向系统化、网络化发展；便携式、手持式乃至个性化仪器大量发展。
    仪器仪表与测量控制发展的技术特点是：综合各种新技术，在研究仪器仪表相关类型传感器、元器件和材料及技术的基础上，创新开发新的微弱信号敏感、传感、检测、融合技术，物质原子、分子级检测技术，复杂组成样品的联用分析技术，生命科学的原位、在位、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性检测技术，创建各类新型检测仪器仪表；结合系统论、控制论的发展，在开发工业自动化测控的在线分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高适应性等技术的基础上，创新发展工业自动化仪表与控制系统；结合生命科学、人体科学的发展，在开发医疗诊治的健康状况监测、早期诊治、无损诊断、无创和低创直视诊疗、精确定位治疗技术的基础上发展医疗仪器；同时跟踪新学科领域和各类应用领域的发展，开发各种专用、快捷、自动化检测和计量技术及专用仪器仪表。
    工业自动化仪表与控制系统和科学仪器，在产值和市场 2 个方面都占据着仪器仪表与测量控制总体的一半，是仪器仪表与测量控制体系的 2 大支柱。 
3.1 工业自动化仪表与控制系统的未来发展 
    ① 自动化仪表与企业信息化
    自动化仪表技术包括信息采集、处理和应用。“企业信息化”实际上是企业信息的集成和整合。为此，必须用自动化和系统的信息模型“简化”、“规则”和“抽象”信息，以便最有效地利用信息。这是自动化仪表领域的一项基础工作，也是统一信息表达的重要手段。 
    ② 全局信息和全生命周期信息的整合
    这是实现自动化仪表系统的全面可互操作。可互操作是分层次的，其实现需要一个漫长的过程。近年来，IEC62424标准的出版、InToolS工具软件功能的扩充以及控制系统与现场仪表层各项可互操作标准的推出是发展中一个重要标志点。 
    ③ 功能安全近年来，功能安全的重要发展体现在大量经过功能安全认证的仪表推向市场。为了争取竞争中的有利地位，几乎所有仪表制造商都会开展功能安全的研究。 
    ④ 系统维护与仪表诊断
    系统维护与仪表诊断越来越受到用户、制造商和研究者各方的关注。它分为生产流程、生产装备、自动化控制系统和现场仪表的诊断4个层次。生产流程的诊断原则上不属于自动化仪表范畴，但是诊断信息的交换涉及自动化仪表系统。针对生产装备的监控，诊断仪表系统已经推出了新产品。自动控制系统的诊断通常是控制系统中设备管理软件的一个模块或一种功能，负责控制系统自身以及现场仪表的实时诊断和预测性维护。现场仪表的诊断难度较大，维护周期由智能仪表的损耗情况或固定时间确定。 
    ⑤ 无线通信
    工业无线通信技术的快速发展是自动化仪表领域显著的亮点，它的特征是：技术方案多样化，参与者迅速增加，成立了专业组织。推出多种无线演示系统、测量仪表样机将成为全球主要自动化仪表展览的热点。 
    ⑥ 控制网络
    未来几年网络控测和网络仪表是自动化仪表发展的重点，大幅提高速度、简化安装和调试的复杂性、扩展无线功能以及发展网络技术是发展方向。  
    ⑦ 标准化
    标准化在自动化仪表发展历史上发挥过重要作用，在未来的进程中还会对我国仪表产品追赶世界水平发挥重大作用。在新经济时代，自动化仪表有大量信息接口标准的需求，其共同特点就是在相同的技术水平上可以有很多种标准化方案。 
3.2 科学仪器未来发展 
    ① 分析仪器
    光学捕获（optical trapping）是一种新型的光学微操作技术。用高数值孔径的物镜将一束光聚焦成微米级的光斑，形成梯度，实现对微小粒子的捕获和移动。这项技术被广泛应用于各种微观领域的研究。
    微型色谱仪将会得到很快的发展。C2V公司已经推出了目前世界上最小最快的手持式气相色谱仪，主机大小仅124mm×84mm×60mm，所含柱模块大小为60mm×100mm ×12.5mm，可在10－30s内完成天然气主要成分的全分析。
    NMR的微型化近年来已经取得重大进展，瑞士Neuchatel大学成功开发了一种高质量因子可供微流控芯片NMR全分析系统使用的射频平面微线圈，所需样品量仅为1~100nL，并可在几秒内获得所需的信噪比。NMR微型化应当是值得关注的发展方向。
    光频光梳光谱法（optical frequency Comb Spectroscopy）是最新发展起来的另一种重要的仪器技术，采用这种技术可以在极短的时间内以很高的灵敏度检测许多不同的气体，将在临床诊断领域发挥重要作用。 
    ② 精密检测仪器
    当今时代已经进入分子、原子分析检测新阶段，微纳科技的发展直接推动了精密检测仪器的快速发展。值得特别关注是微电机系统／纳机电系统（MEMS/NEMS）测试仪器，以扫描隧道显微镜和原子力显微镜为代表的扫描探针显微镜，以及基于 STM/AFM的基本原理新发展起来的一系列SPM，如磁力显微镜、静电力显微镜等仪器的新发展。 
    ③ 光子成像仪器
    一个以光子学与生命科学相互融合的新学科——生物医学光子学，它随着激光、电子、光谱、显微及光纤等技术的发展而迅速成长起来，应运而生出现了不少新型科学仪器。应用这些仪器不但丰富了人们对于光与生物组织体相互作用机理的认识，而且促进了各种新的生物研究仪器和医学诊断仪器的发明。光子成像技术主要包括漫射光层析成像、荧光成像、相干层析成像、光声成像等。光学相干层像（OCT）结合了共焦显微术和低相干光的外差探测技术，它是一种在一维光学低相干反射测量技术的基础上扩展而来的二维或三维成像技术。 
    ④ 光谱分析仪器
    过去，光谱分析仪器主要应用在基础学科研究和矿物分析、产品质量监控等领域。今天，由于人类生存和发展的一些迫切需求，同时，计算机软硬件、微电子、计算数学、微型器件发展提供的新技术成果，使得光谱技术和仪器向生物、环境、医疗等领域快速拓展，无论理论研究、技术开发和仪器创新都有了明显的发展，今后还将更快发展。
4  近年来的重大进展
    在国家的重视和扶持下，在仪器仪表界广大科技工作者的努力下，近年来，我国仪器仪表与测量控制依然取得了可喜的成绩、获得了很大的发展。 
4.1 工业自动化仪表与控制系统
    工业自动化仪表方面成绩显著，温度仪表红外热像仪的应用迅速扩大；流量仪表内锥流量计创新成果显著，我国已经拥有各种与V锥相关或相近的流量计产品专利超过20项，其中至少6个项目是发明专利，成为V锥流量计专利高产国；国产低端压力变送器和带HART功能的压力变送器发展很快，品种多、规格全、价格低，在市场上已经很具竞争力；控制阀产品“跑冒滴漏”现象得到很大改进，不少产品质量达到国外主流产品水平。
    在控制系统方面，进展同样令人鼓舞。国产DCS系统已经进入大型超临界火电机组控制系统。2007年，上海自动化仪表股份有限公司的DCS系统在襄樊电厂首台600 MW超临界机组上投运并成功移交生产；国电智深公司于2007年11月成功签定江苏谏壁1000MW超临界机组自动化控制系统项目，并于2008年3季度成功中标两项大型超临界火电机组自动化控制系统项目；和利时公司和浙江中控公司的DCS系统，在大型交通和石化工程项目上都得到了成功应用。同时，国产DCS系统已经应用于核电工程上的核岛控制系统。浙江中控软件技术有限公司按照ISA－95中定义的MES系统模型，开发了ESP－supplant Production Suite软件，它涵盖了ISA－95大部分功能，取得了良好的应用业绩。该公司已经成为ISA－95的正式会员，直接参与MES标准的制定。和利时公司2007年被ARC和控制杂志评为全球50强过程自动化公司，浙江中控公司在评选过程中也被提名。这标志着我国自动化控制系统的企业已经进人可参与国际竞争的新境地。 
4.2 科学仪器
    科学仪器是知识创新和技术创新的重要工具，也是仪器仪表科技创新研究主题的内容之一，是创新成就的重要体现。
    近年来，在国家的大力支持下，科学仪器获得了很快发展，以质谱仪为代表的高端科学仪器取得了重大进展，出现了可以与国外产品竞争的国产色一质联用仪器。特别是，我国“嫦娥”环月空间卫星上天，就携带了我国自主研发的多光谱遥测、信号传送仪器。四川汉川大地震，全国各地很快送去了大量环境、水文测量便携式分析仪器，表明了我国科学仪器产业的实力。
    必须着重强调的是，嫦娥一号卫星携带的8种探测仪器均是我国科技人员自主设计研制的。它们是用于月球表面三维影像探测的CCD相机和激光高度计；用于月表化学元素与物质成分及丰度探测的干涉成像光谱仪、下射线谱仪、X射线谱仪；用于月壤厚度探测的微波探测仪；用于地月空间环境探测的太阳高能粒子探测器和2台低能粒子探测器等。这些仪器不仅总体上达到了国际同类仪器的技术水平，而且在不少方面还有我国自己的特点和创新。这8种探测仪器的特点和创新包括：实现首次对月球表面进行全月面三维立体照相，这对月球表面形貌、地质构造、撞击坑等研究具有重要意义；所使用的下射线谱仪探测的分辨率和灵敏度，比国际上以往月球探测中使用的同类仪器要高，所以有可能探测到更多元素等等。这一项进展被专家们认为是近两年来我国仪器仪表最重大的进展。
    此外，近年来在科学仪器领域，我国还取得了多项很有价值的进展。比如，自主研制出领先国际的分子束科学仪器 ― 氢原子里德伯态飞渡时间谱交叉分子束装置、国际第一台真空紫外激光角分辨光电子能谱仪、离子迁移谱探测技术痕量爆炸物快速检测仪、新型生命探测仪器“SJ－30搜救雷达”、便携式高分辨浅水多波束测深仪；同时，光学捕获理论研究、光学相干层析成像技术及相关仪器开发等也取得多方面进展。
4.3 医疗仪器
    国家“十一五”规划和建设创新型国家都把医疗仪器产业列为重点发展产业，国家在研发、技术平台建设、研究中心、重点实验室、产业基地各方面都加大了支持的力度，近年来医疗仪器也取得了长足的进展。
    在医学影像仪器方面，X射线机、计算机断层扫描机（CT）、超声扫描成像仪以及影像后处理与分析系统，无论技术水平和产品质量都有显著提高。在医用电子技术和仪器方面，值得提出的是清华大学研制出可作为个人电脑外设的脑控键盘和鼠标，还研制完成基于嵌入系统的脑控家居环境控制器，用于帮助丧失运动能力长期卧床的残疾人，2007年世界技术评估中心对这一成果给予了高度的评价。
    在眼科仪器方面，中科院成都光电技术研究所创新地把技术优势应用于眼科领域，研制出了人眼波前像差检查和矫正系统，同时利用人眼的自适应光学矫正技术拍摄出分辨率很高的视网膜细胞照片，在国际上引起了高度关注。他们研发出的超高分辨率眼底照像仪器和人眼自适应光学矫正仪器在国际上居先进水平。
    医用激光仪器方面，复旦大学和长春应用化学研究所经过4年的共同努力，利用毛细血管电泳电化学发光检测、表面等离子体共振（SPR）及激光诱导荧光和其他光谱技术，并和蛋白质芯片或基因芯片传感器等技术相结合，创新研制出某些肿瘤标志物的快速检测仪及配套的肿瘤标志物分析参数数据库，对恶性肿瘤的预警和早期诊断具有很高的临床应用价值。生物芯片技术在疾病分子诊断、癒后评价与预测、个体化医疗和保健、新药研究和开发、优生优育、公共卫生及传染病监控等许多领域具有广泛的应用价值。生物芯片(北京)国家工程研究中心暨博奥生物有限公司已经形成了生物芯片制备、微阵列制备、杂交、清洗甩干、扫描、试剂耗材、配套仪器控制软件、数据分析软件和数据库平台资源的全线配套和系列化，不仅打破了长期约束我国微阵列芯片和相关科研工作发展的国外垄断局面，而且形成了具有产业规模和国际竞争力的生物芯片技术平台产品。其技术完善和质量稳定的双激光共聚焦扫描仪近年来出口量年均复合增长率超过100%，在国际市场特别是欧美发达国家占据了一席之地，赢得了良好的声誉。
4.4 电子与电工测量仪器
    电子与电工测量仪器取得了突出的进展。如：微波毫米波矢量网络分析仪器已跨入世界先进行列，电能表综合技术达到国际先进水平。矢量网络分析仪是现代电子装备必备的关键测试设备。我国在前几年研制成功矢量网络分析仪基础上，将其应用领域从线性网络向非线性、大功率网络的测试和分析发展，掌握了多种以矢量网络分析仪为核心的自动测试技术和自动测试系统构成及应用，我国矢量网络分析仪的设计、制造和应用水平已跨人了国际先进行列。我国是电能表生产大国，近年来非常注意在准确度、可靠性、功能、能耗、产品兼容性、环境适应性及可维护性等方面提高技术水平，在国际市场上占有重要地位。
5 结束语
    我国仪器仪表与测量控制正处在高速发展的时期，我们每一位科技工作者、企业家肩负着时代的期望和历史的重任，让我们团结一致，努力奋斗，为促进我国仪器仪表与测量控制更快更大的发展，彻底摆脱被动落后的局面作出应有的贡献。
参考文献
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[4]中国科学技术协会．2006仪器科学与技术学科发展报告[M]．北京：中国科学技术出版社，2007.
[5]中国科学技术协会．2008仪器科学与技术学科发展报告[M]. 北京：中国科学技术出版社，2009.
[6]中国仪器仪表行业协会．2007年仪器仪表行业态势分析[R]．2008.
[7]中国仪器仪表行业协会．2008年1－7月仪器仪表行业态势分析[R].2008.