的原因儀器儀表與測(cè)量控制向信息化方向發(fā)展解讀儀

當(dāng)今，儀器儀表行業(yè)與國(guó)外差距大，儀器儀表與測(cè)量控制發(fā)展的趨勢(shì)是：面對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性要求不斷提高；技術(shù)指標(biāo)和功能不斷提高；最先采用新的科學(xué)研究成果；高新技術(shù)大量采用；儀器及測(cè)控單元微小型化、智能化日趨明顯；要求儀器及測(cè)控單元可獨(dú)立使用、嵌入式使用和聯(lián)網(wǎng)使用；儀器測(cè)控范圍向立體化、全球化擴(kuò)展；測(cè)控功能向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；便攜式、手持式以至個(gè)性化儀器大量發(fā)展。

    技術(shù)特點(diǎn)是：綜合各種新技術(shù)，企業(yè)普遍向外尋求技術(shù)來(lái)源，在研究?jī)x器儀表相關(guān)類(lèi)型傳感器、元器件和材料及技術(shù)的基礎(chǔ)上，雖然近期有所轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新新的微弱信號(hào)敏感、傳感、檢測(cè)、融合技術(shù),物質(zhì)原子、分子級(jí)檢測(cè)技術(shù)，也有企業(yè)脫穎而出，復(fù)雜組成樣品的聯(lián)用分析技術(shù)，但總體上企業(yè)自主創(chuàng)新技術(shù)成果與應(yīng)用結(jié)合好的不多。大企業(yè)成長(zhǎng)困難。 我國(guó)科研機(jī)構(gòu)涉及測(cè)控技術(shù)及相關(guān)儀器的科研成果不少，生命科學(xué)的原位、在位、實(shí)時(shí)、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測(cè)技術(shù)，但實(shí)用性較差。對(duì)相關(guān)的生產(chǎn)制造技術(shù)，創(chuàng)建各類(lèi)新型檢測(cè)儀器儀表；結(jié)合系統(tǒng)論、控制論的發(fā)展，特別是核心工藝技術(shù)研究深度和力度不夠，在工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控的在線分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高適應(yīng)性等技術(shù)的基礎(chǔ)上，二次的工作量很大。成果的轉(zhuǎn)化率低。高中檔儀器產(chǎn)品和系統(tǒng)涉及不同領(lǐng)域內(nèi)具一定深度的應(yīng)用技術(shù)，創(chuàng)新發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)；結(jié)合生命科學(xué)、人體科學(xué)的發(fā)展，國(guó)外企業(yè)設(shè)有專(zhuān)業(yè)門(mén)并擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的應(yīng)用人才，在醫(yī)療診治的健康狀況監(jiān)測(cè)、早期診治、無(wú)損診斷、無(wú)創(chuàng)和低創(chuàng)直視診療、精確定位治療技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展醫(yī)療儀器；同時(shí)新學(xué)科領(lǐng)域和各類(lèi)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，而我國(guó)儀器儀表企業(yè)往往對(duì)大型工程工藝不熟悉，各種專(zhuān)用、快捷、自動(dòng)化檢測(cè)和計(jì)量技術(shù)及專(zhuān)用儀器儀表。

    工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)和科學(xué)儀器，缺乏應(yīng)用技術(shù)的集成能力。因此，在產(chǎn)值和市場(chǎng)兩個(gè)方面都占據(jù)著儀器儀表與測(cè)量控制總體的一半，生產(chǎn)高檔產(chǎn)品比較困難。 其次，是儀器儀表與測(cè)量控制體系的兩大支柱。由于發(fā)言時(shí)間有限，缺乏強(qiáng)有力的研究支援體制。儀器儀表行業(yè)品種多、批量小，下面就讓我們把主要的注意力放在這兩類(lèi)儀器未來(lái)的發(fā)展上。

    工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是：

    1、自動(dòng)化儀表與企業(yè)的信息化

    自動(dòng)化儀表技術(shù)包括信息采集、處理和應(yīng)用?！捌髽I(yè)信息化”實(shí)際上是企業(yè)信息的集成和整合。為此，需要長(zhǎng)期的、堅(jiān)持不懈的投入。但目前投資途徑分散，必須用自動(dòng)化和系統(tǒng)的信息模型“簡(jiǎn)化”、“規(guī)則”和“抽象”信息，難以集中重點(diǎn)。企業(yè)既不能像外國(guó)企業(yè)那樣完全按照市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)則參與競(jìng)爭(zhēng)，以便最有效地利用信息。這是自動(dòng)化儀表領(lǐng)域的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，又缺乏研究資源的投資。同時(shí)，也是統(tǒng)一信息表達(dá)的重要手段。

    2、自動(dòng)化儀表工程項(xiàng)目全信息和全生命周期信息的整合

    這是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的全面可互操作?？苫ゲ僮魇欠謱哟蔚?，新技術(shù)市場(chǎng)化所需要的市場(chǎng)環(huán)境還沒(méi)有完善。 由于體制機(jī)制沒(méi)有理順，實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。近年來(lái)IEC62424標(biāo)準(zhǔn)的出版，自然造成我國(guó)儀器儀表行業(yè)缺乏高層次的復(fù)合型人才，InTools工具軟件功能的擴(kuò)充以及控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表層各項(xiàng)可互操作標(biāo)準(zhǔn)的推出是發(fā)展中一個(gè)重要標(biāo)志點(diǎn)。

    3、功能安全

    近年來(lái)功能安全的重要發(fā)展是，缺乏熟悉、精通各學(xué)科交叉的綜合型人才。儀器科學(xué)技術(shù)不僅涉及的學(xué)科范圍廣泛，大量經(jīng)過(guò)功能安全認(rèn)證的儀表推向市場(chǎng)。為了爭(zhēng)取競(jìng)爭(zhēng)中有利地位，并且只有能盡快發(fā)現(xiàn)、利用、集成各種新原理、新概念、新技術(shù)、新材料和新工藝等最新科技成果的人，幾乎所有儀表制造商都會(huì)開(kāi)展功能安全的研究。

4、系統(tǒng)維護(hù)與儀表診斷

    系統(tǒng)維護(hù)與儀表診斷越來(lái)越受到用戶(hù)、制造商和研究者各方的關(guān)注。

    它分為四個(gè)層次，生產(chǎn)流程的診斷、生產(chǎn)裝備的診斷,自動(dòng)化控制系統(tǒng)的診斷和現(xiàn)場(chǎng)儀表的診斷。

    生產(chǎn)流程的診斷原則上不屬于自動(dòng)化儀表范疇，但是診斷信息的交換涉及自動(dòng)化儀表系統(tǒng)。針對(duì)生產(chǎn)裝備的監(jiān)控，診斷儀表系統(tǒng)已經(jīng)推出了新產(chǎn)品。自動(dòng)控制系統(tǒng)的診斷通常是控制系統(tǒng)中設(shè)備管理軟件的一個(gè)模塊或一種功能，負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)自身以及現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)時(shí)診斷和預(yù)測(cè)性維護(hù)。現(xiàn)場(chǎng)儀表的診斷難度較大，維護(hù)周期由智能儀表的損耗情況或固定時(shí)間確定。 

    5、無(wú)線通信

    工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展是自動(dòng)化儀表領(lǐng)域顯著的亮點(diǎn)，它的特征是：技術(shù)方案多樣化，參與者迅速增加,了專(zhuān)業(yè)組織。推出多種無(wú)線演示系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x表樣機(jī)，將成為全球主要自動(dòng)化儀表展覽的熱點(diǎn)。

    6、控制網(wǎng)絡(luò)

    未來(lái)幾年網(wǎng)絡(luò)控測(cè)和網(wǎng)絡(luò)儀表是自動(dòng)化儀表發(fā)展的重點(diǎn)，發(fā)展方向是大幅提高速度、簡(jiǎn)化安裝和調(diào)試的復(fù)雜性、擴(kuò)展無(wú)線功能以及發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

    7、標(biāo)準(zhǔn)化

    標(biāo)準(zhǔn)化在自動(dòng)化儀表發(fā)展歷史上發(fā)揮過(guò)重要作用，未來(lái)還會(huì)對(duì)我國(guó)儀表產(chǎn)品追趕世界水平發(fā)揮重大作用。在新經(jīng)濟(jì)時(shí)代，有大量信息接口標(biāo)準(zhǔn)的需求，它的共同特點(diǎn)就是在相同的技術(shù)水平上可以有很多種標(biāo)準(zhǔn)化方案。現(xiàn)在對(duì)高技術(shù)新產(chǎn)品可以先制定標(biāo)準(zhǔn)，完全改變了標(biāo)準(zhǔn)化的理念。

科學(xué)儀器未來(lái)發(fā)展應(yīng)當(dāng)關(guān)注以下幾個(gè)方面：

    1、分析儀器

    光學(xué)捕獲（Opticaltrapping）是一種新型的光學(xué)微操作技術(shù)。它將一束光用高數(shù)值孔徑的物鏡聚焦成微米級(jí)的光斑，形成梯度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微小粒子的捕獲和移動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種微觀領(lǐng)域的研究。

    微型色譜儀將會(huì)得到很快的發(fā)展。C2V公司已經(jīng)推出了世界上最小最快的手持式氣相色譜儀，主機(jī)大小僅124×84×60mm，所含柱模塊大小為60×100×12.5mm，可在10-30秒內(nèi)完成天然氣主要成份的全分析。

    NMR的微型化近年來(lái)已經(jīng)取得重大進(jìn)展，瑞士Neuchatel大學(xué)成功一種高質(zhì)量因子可供微流控芯片NMR全分析系統(tǒng)使用的射頻平面微線圈，所需樣品量?jī)H為1-100納升，并可在幾秒內(nèi)獲得所需的信噪比。NMR微型化應(yīng)當(dāng)是值得關(guān)注的發(fā)展方向。

    光頻光梳光譜法（Opticalfrequencycombspectroscopy）是最新發(fā)展起來(lái)的另一種重要的儀器技術(shù)，采用這種技術(shù)可以在極短的時(shí)間內(nèi)以很高的靈敏度檢測(cè)許多不同的氣體，將在臨床診斷領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

    2、精密檢測(cè)儀器

    當(dāng)今時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入分子、原子分析檢測(cè)新階段，微納科技的發(fā)展直接推動(dòng)了精密檢測(cè)儀器的快速發(fā)展。值得特別關(guān)注是MEMS/NEMS（微電機(jī)系統(tǒng)/納機(jī)電系統(tǒng)）測(cè)試儀器,以掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡為代表的掃描探針顯微鏡,以及基于STM/AFM的基本原理新發(fā)展起來(lái)一系列SPM,如磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡等這些儀器的新發(fā)展。

    3、光子成像儀器

    一個(gè)以光子學(xué)與生命科學(xué)相互融合的新學(xué)科――生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)隨著激光、電子、光譜、顯微及光纖等技術(shù)的發(fā)展而迅速成長(zhǎng)起來(lái)，應(yīng)運(yùn)而生出現(xiàn)了不少新型科學(xué)儀器。應(yīng)用這些儀器不但豐富了人們對(duì)于光與生物組織體相互作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)，而且促進(jìn)了各種新的生物研究?jī)x器和醫(yī)學(xué)診斷儀器的發(fā)明。光子成像技術(shù)主要包括漫射光層析成像、熒光成像、相干層析成像、光聲成像等。光學(xué)相干層像（OCT）結(jié)合了共焦顯微術(shù)和低相干光的外差探測(cè)技術(shù)，它是一種在一維光學(xué)低相干反射測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來(lái)的二維或三維成像技術(shù)。

    4、光譜分析儀器

    過(guò)去，光譜分析儀器主要應(yīng)用在基礎(chǔ)學(xué)科研究和礦物分析、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域。值得關(guān)注一個(gè)新的發(fā)展動(dòng)向是，由于人類(lèi)生存和發(fā)展一些迫切的需求，同時(shí)計(jì)算機(jī)軟硬件、微電子、計(jì)算數(shù)學(xué)、微型器件發(fā)展提供的新技術(shù)成果，使得光譜技術(shù)和儀器向生物、環(huán)境、醫(yī)療等領(lǐng)域快速拓展，無(wú)論理論研究、技術(shù)和儀器創(chuàng)新都有了明顯的發(fā)展，今后還將更快發(fā)展。

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