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國內精密儀器的穩步快速發展
來源:鄭州沃邦智能科技有限公司 作者:鄭州沃邦智能科技有限公司 發布時間: 2019-06-04 264 次瀏覽
一方面歸結于中國科技基礎的薄弱,另一方面在于長期以來,基礎與應用基礎性科技投入不足和科技成果評價體系的不完善。改革開放以來,在以經濟發展為導向的政策引導下,中國試驗發展資金投入遠高于基礎與應用基礎研究。

精密儀器包括對精密量的觀察、監視、測定、驗證、記錄、傳輸、變換、顯示、分析處理與控制。精密儀器是儀器儀表的一個重要分支。

在精密儀器與裝備所涉及的多個核心關鍵技術中,中國與國外均有著巨大差距。精密儀器與裝備整機行業落后,根源在于核心關鍵技術落后。核心技術落后的原因:

一方面歸結于中國科技基礎的薄弱,另一方面在于長期以來,基礎與應用基礎性科技投入不足和科技成果評價體系的不完善。改革開放以來,在以經濟發展為導向的政策引導下,中國試驗發展資金投入遠高于基礎與應用基礎研究。

目前中國正處于制造業大國向制造業強國轉變的歷史關鍵時期。中國的科技水平由跟跑向并跑轉變,甚至部分領域實現了領跑,無捷徑可走,要保持領域領先,必須不斷加強基礎研發投入。唯有創新的基礎理論、創新的基礎材料、創新的基礎關鍵技術,才能夠支撐起創新型社會發展,不斷地為科學探索、國家戰略安全、國民經濟發展提供可靠的原始創新動力。

精密儀器與裝備的未來發展需要往兩個方向上下功夫:

一方面要從儀器設備總體上,開展集成創新研究,適應國家科技與經濟發展需求,開展有針對性的精密儀器裝備研發工作。

另一方面,為確保中國精密儀器與裝備行業的整體競爭力,必須下大力氣解決精密儀器與裝備關鍵基礎技術的自主化水平和創新能力。這一點在“十三五”國家科技創新規劃中有明確體現。

在提升科研原始創新能力篇中,將科研儀器設備放到科研條件保障專欄第一位,并提出:“以關鍵核心技術和部件自主研發為突破口,聚焦高端通用和專業重大科學儀器設備研發、工程化和產業化,研制一批核心關鍵部件,顯著降低核心關鍵部件對外依存度,明顯提高高端通用科學儀器的產品質量和可靠性,大幅提升中國科學儀器行業核心競爭力?!?/p>

中國精密儀器行業供給情況

1、中國精密儀器行業產能分析



圖表:2015-2017年中國精密儀器行業產能

數據來源:中研普華

2、中國精密儀器行業產量分析



圖表:2015-2017年中國精密儀器行業產量

數據來源:中研普華

注:由于我國精密儀器涵蓋范圍較廣,產量為精密機械、測量技術、電子技術、自動化技術、光學技術等產量進行統計。精密儀器與裝備廣泛應用于科研、國防、工業制造及人民生活等領域,其研發與制造能力是國家高新技術發展水平的重要標志。先進制造技術,特別是未來的智能制造技術必須有大量精密測量儀器與裝備作為支撐。大量具有世界先進水平的精密儀器與裝備,尤其是國產儀器與裝備,是實現制造大國向制造強國轉變的必需基礎,是實現《中國制造2025》戰略的必要保障。

3、重點企業產能占比分析

精密儀器與裝備涉及眾多學科且相互交叉,系統整體差距往往源于核心技術的落后。企業占有率按照學科進行細分,如下:

材料科學

在精密儀器與裝備中,材料的性能具有決定性的影響。既包括發光材料、光學傳輸材料、光電轉換材料等功能性材料,也包含用于構建儀器本體的結構材料。

反射鏡是各種大型天文望遠鏡的關鍵技術,隨著口徑的提高,溫度變化對反射鏡面型的影響越明顯。

目前大口徑地基望遠鏡反射鏡材料均為低膨脹系數材料,主要有德國肖特集團的微晶玻璃和康寧公司的超低膨脹系數(ULE)玻璃兩類,最大單體口徑均達到8m以上,拼接口徑最大達30m。而目前國內用于天文觀測的望遠鏡最大單體口徑僅為2.16m,拼接口徑最大僅6.7m,與國際天文觀測水平差距明顯。

在空間應用方面,采用SiC材料,口徑達到3.5m的Herschel望遠鏡已于2009年升空,中國科學院長春光學精密機械與物理研究所2016年研制成功4m級SiC材料,實現了大口徑SiC反射鏡的國際領先,但仍難以彌補大口徑反射鏡材料方面的巨大差距。

在結構材料方面,碳纖維強度是鋼的20倍,拉伸模量是鋼的2~3倍,比重僅為鋼的1/4,抗拉強度是鋼的7.9倍,是火箭、衛星、導彈、戰斗機和艦船等尖端武器裝備必不可少的戰略基礎材料。碳纖維材料主要有高拉伸強度T系列和高彈性(拉伸模量)M系列兩大類。

中國碳纖維雖然產量不小,但產品應用主要集中在體育休閑、高爾夫和釣魚竿等低端產品領域,航空航天領域應用僅占2%,難以滿足高端產品中的碳纖維需求。近年國內陸續有企業報道研制成功高強度T800、T1000材料。但在高彈性碳纖維方面,國內仍有較大差距。在國產T800的材料測試中,采用的儀器絕大多數為進口產品:直徑測量儀來自日本、表面粗糙度和力學測試儀來自美國、表面成分和力學性能測試儀來自英國,只有剪切強度采用國產儀器。

光學技術

光學技術在精密儀器與裝備中應用廣泛,許多精密測量依賴光學技術。

激光器作為一種理想的測量用光源,但在精密儀器與裝備領域所需要的高性能激光器仍主要依賴進口,包括高功率、高穩定性、窄線寬等特殊性能激光器。在工業上廣泛應用的大功率光纖激光器,近年來雖國產屢有突破,成本優勢明顯,但高端產品方面,仍需要后續市場檢驗。

光學系統的創新設計,不斷提高儀器系統的整體性能。美國的空間監視望遠鏡(SpaceSurveillanceTelescope,SST)創新性地采用曲面焦平面電荷耦合元件(CCD),結合3.5m大口徑,F1.0大光圈設計,在緊湊的體積內,實現了6°的大視場,使其成為世界上最快和最敏捷的大型望遠鏡,一晚能對整個地球同步軌道帶進行多次觀測,而以往常需要數周時間。從同軸系統到離軸系統,從球面到自由曲面,中國科技長期處于“跟跑”狀態,雖不斷取得技術突破,但在創新性方面仍有較大差距。特別是如今光學設計主要工具軟件,包括成像、照明、仿真等基本都被國外產品所壟斷。

光電探測器方面,國內高性能探測器市場大都被國外所占領。無論是單點的雪崩探測器,還是陣列的CCD、互補金屬氧化物半導體(CMOS)探測器,國內企業都難以與國際巨頭正面抗衡。主要市場占有率情況索尼公司、三星集團等的產品占據了高端消費市場,國內的格科微(Galaxycore)電子(上海)有限公司依靠成本優勢,在低端市場占有較大份額,而Dalsa公司、日本濱松(Hamamatsu)等公司產品則占據著高端科研市場,許多科研急需的探測器長期受到禁運影響,項目無法順利開展。

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所引進國外優秀團隊,成立了長春長光辰芯光電技術有限公司,開展高端CMOS傳感器的自主設計工作,成功研制出高分辨率、高靈敏度、長線陣等多種高端CMOS傳感器,引起國內外廣泛關注。


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