精密仪器设备产业“卡脖子”技术及标准现状与策略研究

2023-03-31宇岩王春明汤正午刘桂雄邱丹逸朱妍祝林万晶晶黄怡淳徐玉霞

中国标准化 2023年14期

宇岩王春明汤正午刘桂雄邱丹逸朱妍祝林万晶晶黄怡淳徐玉霞

摘要：本文围绕精密仪器设备产业，开展精密仪器设备产业“卡脖子”技术及标准化现状调研，探明全球精密仪器设备产业技术发展趋势与研究热点、我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术现状以及国内外精密仪器设备标准现状，梳理我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术及标准存在问题，针对我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术及标准存在问题，从加强精密仪器设备领域标准化战略顶层设计、构建精密仪器设备标准多边合作联动机制和强化精密仪器设备标准化人才队伍建设维度提出对策建议，对促进我国精密仪器设备产业标准体系建设具有重要意义。

关键词：精密仪器设备，产业，“卡脖子”技术，标准

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.14.003

0 引言

精密仪器设备被誉为“科学研究的先行官、工业生产的倍增器、军事上的战斗力、现代生活的物质法官”，广泛应用于科研、国防、工业制造及人民生活等领域，其研发与制造能力是国家高新技术发展水平的重要标志[1-2]。长期以来，世界工业发达国家纷纷将精密仪器设备产业作为新的发展增长点，大力推动精密仪器技术创新和产业化应用。我国精密仪器设备发展势头较快，在半导体制造、工业母机、工业自动化等领域取得积极进展和成效。全球主要国家精密仪器设备产业发展经历了起步阶段、成长阶段、快速发展阶段（如图1所示）。

从世界范围来看，各个国家都将大型精密仪器设备的发展作为重要的战略目标。我国也十分重视精密仪器研制工作，早在1956年我国就出台了《1956-1967年科学技术发展远景规划》，其中仪器仪表研制为重要工作之一。我国精密仪器设备战略紧跟国外步伐，但对标国际领先的精密仪器设备产业，我国相关行业不仅起步较晚，并且顶尖精密仪器基本被美日德等发达国家垄断[3-8]，在该细分领域内仍属于国外技术依赖的重灾区，“卡脖子”现象尤为严重。总体来看，在精密仪器与装备所触及的多个中心要害技术中，我国与国外发达国家还存在着明显差距，是未来产业结构转型升级需要重点解决的问题之一。

21世纪前后，全球精密仪器设备产业发展迅速，相关标准的制定工作引起国内外决策层高度重视，美国、日本、欧盟等发达国家和地区纷纷启动标准化发展战略，如2020年美国的《美国标准战略》、2014年日本的《标准化官民战略》、2022年欧盟的《欧盟标准化战略》等国际标准化战略。我国于20 01年正式把技术标准战略和专利战略、人才战略并列为科技发展的三大战略。2009年成立的全国仪器分析测试标准化技术委员会（SAC/TC481），围绕仪器分析测试及其控制、科研用试剂、检测与分析方法、实验室信息管理与数据系统等开展标准化工作。2011年成立的全国实验室仪器及设备标准化技术委员会（SAC/TC 526），则聚焦开展动力测试仪器、试验箱及气候环境试验设备、实验室离心机、应变测量仪器、噪声测量仪器、实验室高压釜等实验室仪器与装置领域的国家标准和行业标准的制修订工作。与国外较为系统、齐备的精密仪器标准化工作相比，我国经营主体参与度不强，标准话语权较弱，标准化程度及体系框架构建有待进一步完善和改进。

综上，我国精密仪器设备整机行业落后[9]，根源在于核心技术落后，而核心技术攻关又与标准化程度密切相关。因此，开展精密仪器设备产业“卡脖子”技术及标准现状与策略研究，探明全球精密仪器设备产业技术发展趋势与研究热点、我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术现状以及国内外精密仪器设备标准现状，摸清我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术攻关及标准存在问题，提出未来我国精密仪器设备产业标准化战略的对策建议，对促进精密仪器设备产业标准体系建设“卡脖子”技术标准化建设具有重要意义。

1 研究设计

1.1 研究方法及数据来源

本文研究方法包括调研和计量分析法，其中调研法包括文献调研、网络调研、现场调研以及问卷调研等多种方式，计量分析法主要是对精密仪器设备领域专利数据计量分析。本文的精密仪器设备领域专利数据来自Incopat专利数据库。参照《战略性新兴产业分类与国际专利分类参照关系表（2021）（试行）》IPC号分类，按照精密仪器设备领域涉及的IPC号和关键词构建检索式。

1.2 研究框架

本文研究框架如图2所示。首先从全球精密仪器设备产业及时发展趋势与生命周期、全球精密仪器设备产业主要技术领域与研究热点、我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术现状三方面探明精密仪器设备产业技术发展现状；然后从国外精密仪器设备产业标准现状、我国精密仪器设备产业标准现状两部分明晰精密仪器设备产业标准发展现状；接下来从我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术和标准两个维度梳理我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术攻关及标准存在问题，针对我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术攻关及标准存在问题，从加强精密仪器设备领域标准化战略顶层设计、构建精密仪器设备标准多边合作联动机制和强化精密仪器设备标准化人才队伍建设三个角度提出未来我国精密仪器设备产业标准化战略的对策建议。

2 精密仪器设备产业技术发展现状

2.1 全球精密仪器设备产业技术发展趋势与生命周期

目前，精密仪器设备产业自身发展正不断表现出极端化、智能化、集成化、快速化、精细化、网络化等趋势，即系统规模方面，大型化、微型化并重；仪器测量、设备运行等方面加入更多智能化手段，需要人为干预的步骤减少，同时具有更多的智能化功能；集成的功能越来越丰富，实现一机多能；运行速度越来越快；测量精度、装备制造精密度等方面要求越来越高，部分指标甚至已经开始接近目前的物理极限；物联网应用将越来越多，仪器、装备间的交流、协同越来越多。全球精密仪器设备产业近五年专利申请量前10国家申请趋势如图3所示。由图3可知，近五年中国专利申请量均位居首位，其次是美國，随后依次是日本、韩国、俄罗斯、德国、法国、澳大利亚、英国和西班牙。由此可见，中国在精密仪器设备领域做了大量研究工作。

全球精密仪器设备产业近五年技术生命周期如图4所示。由图4可知，2018年至2020年申请量开始迅速增长，大量申请人开始涉足该领域，2020年至2022年，申请人和申请量全部达到峰值，这个阶段技术呈现快速成长的趋势。从2020年开始，申请量出现缓慢下降趋势，申请人、申请量都处于下降趋势，全球精密仪器设备产业技术进入技术成熟期。由前述可知，2020年以前，全球精密仪器设备产业技术处于成长期，可能与2000年至2020年世界多国密集出台精密仪器设备产业政策相关，推动该产业技术进入成长期，而2020年以来，随着前期全球精密仪器设备产业政策规划已基本落实，全球精密仪器产业进入成熟期。

2.2 全球精密仪器设备产业主要技术领域与研究热点

全球精密仪器设备技术领域的近五年专利数据中，技术领域前10的分别是材料性质测定（G01N）、数字信息的传输（H04L）、运输或贮存装置（B65G）、测量电变量（G01R）、外科/诊断/鉴定（A61B）、图像通信（H04N）、分离（B01D）、无线通信网络（H04W）、电数字数据处理（（G06F）、计量（G01B）（见图5）。由图5可知，技术领域前10中材料性质测定（G01N）占比最高，将近30%，其他9类占比在10%左右，说明材料性质测定是近五年精密仪器设备研究人员重点关注的技术领域。

2.3 我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术现状

通过梳理2018—2022年国家与地方重点研发计划、重点专项、试点专项指南得到，我国精密仪器设备产业技术攻关清单如表1所示。由表1可知，国家和各省市根据不同领域和各地情况设置了重大重点科技攻关项目解决“卡脖子”技术问题，主要分布在人体诊疗仪器、信息计测与电测仪器、各类专用检测与测量仪器和传感器、元器件及材料等细分领域。国家层面，核磁波谱仪、X射线衍射仪、高分辨率二次离子质谱分析仪等高端通用科学仪器，以及基于人工智能技术的高端医疗诊断、诊疗、监测器械等产品和技术，是近年来限制我国精密仪器设备产业健康、稳定、可持续创新发展的部分代表性技术攻关技术，亟待突破；广东和江苏是我国精密仪器产业发展较为集中区域，两地也分别出台了一系列重大、重点专项支持精密仪器产业设备发展，其中，广东主要聚焦在工业精密仪器设备、人体诊疗仪器、科学测试分析仪器、计测与电测仪器、精密计量仪器等领域；江苏主要聚焦在精密计量仪器领域。对比江苏与广东，虽然广东和江苏均对精密计量仪器“卡脖子”技术进行攻关，但广东重点攻关工业自动化控制仪器、电子电工测试测量仪器、半导体/光学/声学测试测量仪器、环境监测检测仪器，而江苏则重点攻关高端数字测量仪器、图像识别测量仪器、复杂几何量测量仪器、色谱仪、质谱仪、扫描电子显微镜和在线分析仪表。

3 精密仪器设备产业标准发展现状

3.1 国外精密仪器设备产业标准现状

国外精密仪器设备产业国际和国家标准主要来源欧美、德、英、法、丹、日韩和国际组织。从地域分布来看，欧美标准主要分布在精密仪器轴承、零部件、组件等领域；德、英、法、丹标准主要分布在精密仪器零部件、航空航天等领域；日、韩标准主要分布在精密仪器尺寸规格测量领域；全球〔国际组织包括国际电信联盟（ITU）和国际标准化组织（ISO）〕主要分布在精密仪器滚动轴承、测量等领域。从产业发展趋势来看，20世纪70年代主要以精密仪器测量范围公差标准为主，到20世纪80年代发展为精密仪器轴承标准，到20世纪90年代将精密仪器设备应用于航空航天产业，自21世纪以来发展为精密仪器钢管的系列标准，其中德国标准化学会发布的一些精密仪器设备产业标准日期均相对比较早，但一直沿用至今，说明德国在全球精密仪器设备产业标准适用性较好。相关资料显示，德国工业标准（DIN）有80%以上，上升为欧洲标准或国际标准化组织（ISO）标准，而德国标准化学会在ISO中的贡献率已达到了19%，位居第一。

3.2 我国精密仪器设备产业标准现状

我国牵头/参与制定精密仪器设备国际标准相对较少，现有国际标准主要分布在工业自动化测控仪器与系统、人体诊疗和各类专用检测与测量仪器领域（见图6）。随着近几年国家对标准化工作的重视，标准化工作蓬勃发展，精密仪器设备产业的标准化工作也取得了一定的成效，国内精密仪器设备标准主要分布在工业自动化测控仪器与系统、信息计测与电测仪器、科学测试分析仪器、人体诊疗仪器、各类专用检测与测量仪器，以及相关的传感器、元器件及材料领域，在国际标准工作中也开始崭露头角。近年来，我国在国际标准工作中取得重大突破，具体地，涉及工业互联网系统架构、工业测量控制和自动化/无损检测、医学成像/电能表、存储器制造技术等细分领域。其中，我国牵头德国、法国、韩国等国专家共同研制提出的《面向工业自动化应用的工业互联网系统功能架构》标准于2018年启动2022年发布。该标准的成功发布标志着我国工业互联网系统的技术发展水平和应用推广成效得到国际认可，有力地支撑全球工业互联网技术和产业的发展。

目前，国内的精密仪器设备的标准大多为国家推荐标准、行业标准和团体标准，国家标准制定单位主要来自上海、广东、北京、江苏、重庆等。具体地，我國传感器及仪器仪表行业的技术标准约540余项，其中敏感元件层面80余项、产品层面360余项、系统层面40余项以及集成层面30余项[10]。

4 我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术及标准存在问题

综合前述分析结果，并结合对广东省内精密仪器设备龙头企业调研结果，发现我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术与标准存在如下问题：

4.1 我国精密仪器设备产业“卡脖子”技术存在问题

4.1.1 高精度测量仪器以及关键零部件主要依赖进口

目前，我国精密仪器设备产品计量准确度不高，测量精度最高计量装置方面主要依赖进口，最高精度的计量装置直接决定着精密仪器设备产品的精度，进一步决定科技研发和工业生产的测量精度，一旦遭到贸易禁运或者技术“卡脖子”，不仅会造成精密仪器设备产业的源头被卡，且会对整个工业制造体系造成严重影响，如目前尚未有TEM（透射电子显微镜）国产设备可达到点分辨率和线分辨率＜1 nm的精度。同时，精密仪器产业关键元器件或者零部件很多仍需要进口，核心元器件仍存在“卡脖子”问题，主要涉及源部件（如激光光源、X射线源、离子源、中子管等）、换能器、探测器（医用PETCT/CT/DR探测器、光电倍增管、微波/红外/紫外/探测器等）、检测器、精密部件（分子泵、真空规、高精密光栅、线性导轨、真空密封高压插接件）。例如，经调研，光学仪器中光源、探测器、执行部件等三大类核心部件主要依赖进口。

4.1.2 中低端可替代但高端技术严重滞后

调研发现，我国精密仪器设备高端技术严重滞后于国外，如国内LCR测试技术主要集中于低频段，30 M以上模块化高频LCR技术严重滞后于国外；中低端可替代，如广东在示波器中低端〔优利德科技（中国）股份有限公司、广州致远电子有限公司等〕已有能力替代进口品牌，在高端级别的应用上仍是空白。

4.1.3 可靠性、质量一致性较弱

目前，国内精密仪器设备产品在可靠性、质量一致性上与国外同类产品存在较大差距。对小批量产品可保证质量和可靠性，但是对大批量产品，因缺乏测试甄选，产品的一致性与可靠性难以保证。此外，当前的仪器攻关研发专项，重点还是支持样机生产，验收指标中对于应用效果、可靠性的要求考虑不多。另外，我國企业研发以功能性指标为导向，研发过程没有明确可靠性有关要求，没有考虑可靠性相关设计，可靠性测试验证不充分，导致产品（特别是高端产品）的可靠性指标（主要指平均无故障工作时间）与国外产品相差l～2个数量级。

4.2 我国精密仪器设备产业标准存在问题

4.2.1 产业技术标准化资金支持力度仍需加强

调研发现，我国广东精密仪器设备领域的政府资金支持力度相较长三角地区较弱，得到政府的支持度无法与诸如汽车等大产业相比，而高端测量仪器研发需要非常精密且昂贵的测量校准设施配套，一般民营企业研发投入有限，更无力开展技术标准化工作。此外，当前技术标准化工作的资金保障更多是依赖于财政的直接补助，手段较为单一，缺乏政府采购、风险投资、科技信贷等间接投入激励。

4.2.2 标准的制定仍部分停留在翻译国外标准阶段

标准化需要靠技术创新、测试数据的支持，完全翻译国外标准，对于当前技术水平以及国际形势来说并不合适。原因包括：如果只是直接采用国外标准的要求和参数，没有自身技术创新和测试数据作为支撑，标准的实施无助于企业产品质量的提升以及技术的创新；由于直接采用或翻译国外标准，使用的都是国外已经推行甚至过期淘汰的技术、方法以及仪器设备，不利于技术创新的普及与应用；翻译过来的国际标准用的生产工艺、生产装备、测试方法、测量设备都是参考国外技术的，导致生产过程都需要用到国外的精密仪器设备，阻碍国产仪器设备推广应用。

4.2.3 创新主体执行及制定标准工作亟需加快推进

从执行标准情况来看，大部分精密仪器设备企业主要执行企业标准、国家标准和行业标准组织生产，而采用国际标准和国外先进标准开展生产的企业数量较少。从参与标准制定及修订方面看，除少数大型仪器仪表企业外，大部分中小企业缺乏积极参与国际标准、国家标准和行业标准制修订工作的积极性，导致标准话语权缺失。

4.2.4 精密仪器设备标准化人才尤为短缺

软件、电子、光学、仪器等领域人才往往流入互联网等热门行业，我国精密仪器设备产业中小企业高端技术人才短缺，中小企业引才难问题凸显。此外，由于国内标准化专业教育起步晚、发展慢，导致国内标准化人才一直比较稀缺，标准化工作人员素质参差不齐。

5 对策建议

针对我国精密仪器设备产业“卡脖子”及技术及标准发展现状与问题，提出如下对策建议：

5.1 加强精密仪器设备领域标准化战略顶层设计

一是政策上优先支持对我国精密仪器设备产业有引领作用的企业开展标准化建设，在项目立项、验收给予支持及优惠条件，缩减标准制定周期。二是完善标准化战略专项资助政策，探索市场化、多元化的投入机制，采取财政补贴、风险补偿、政府采购等多元化激励措施，促进精密仪器设备产业技术标准研制，帮助广大精密仪器设备企业特别是中小企业加强标准制定及落实工作，支撑“卡脖子”关键核心技术攻关，加快自主品牌建设，助推企业做大做强。三是支持共性技术，搭建公共平台，打造健康生态，精准扶持中小企业。

5.2 构建精密仪器设备标准多边合作联动机制

一是在海外设立研发中心，联合海外相关标准化机构，将自主研发的技术和企业标准更多地转化为国际标准，促进我国技术标准在海外的实际应用。积极争取国际标准化组织技术机构或对口单位落户我国，助力我国企事业单位占领国际标准制高点，把控相关标准话语权。二是加快区域标准化合作机制创新，围绕京津冀协同发展、长江经济带发展、长三角一体化发展、黄河流域生态保护、高质量发展等国家和区域重大战略实施，建立地方标准信息公开和通报制度，实现标准化工作信息共享和互联互通，推动我省与国内先进地区共商使用标准、联合制定标准、协同实施标准。聚焦精密仪器设备领域，重点支持我国广东、江苏、浙江、上海、北京、四川、重庆等先进省市联合，协同推进标准化体系建设。三是全面推动粤港澳大湾区建设“湾区标准”。积极推进粤港澳大湾区标准化工作机制创新，建立完善粤港澳三地标准化合作平台与机制。加快制定出台“湾区标准”推广实施办法，发布、实施精密仪器设备等领域高质量“湾区标准”。围绕前海深港现代服务业合作区和横琴粤澳深度合作区，建立与港澳衔接、国际接轨的监管标准和规范制度，建立健全联通港澳、接轨国际的标准体系。

5.3 强化精密仪器设备标准化人才队伍建设

一是提供人才政策红利，鼓励精密仪器专业综合性人才学成后加入我国具备精密仪器研发能力的企业，为精密仪器产品研发持续注入新鲜血液，不断提高企业自主创新能力。二是支持企业标准化人才建设，我国政府对标准制定相关人才在当地落户给予支持，推动形成稳定的企业标准化队伍，加大企业标准化人才培养力度，推出更大的激励机制，引导企业积极开展各级别的标准化工作。三是提供标准制定相关的培训，帮助企业提升标准制定人才对整机设备行业标准化平均水平。

参考文献

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[3]贾平.中国部分精密仪器与装备发展现状及展望[J].科技导报，2017，35（11）：39-46.

[4]A BB O T T B P， A BB O T T R ， A BB O T T T D， e t a l .GW151226： Observation of gravitational waves from a 22-solar-mass binary black hole coalescence[J]. Physical Review Letters， 2016， 116（24）： 241103.

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[8]冷伏海，祝清松.美国先进科学仪器资助政策发展状况及其特点[J].全球科技经济瞭望，2014，29（11）：26-32.

[9]張海涛.我国部分精密仪器及装备的发展路径探索[J].化工管理，2019（27）：148-149.

[10]王春喜，柳晓菁.传感器及仪器仪表技术发展和标准化现状[J].自动化博览，2019，36（5）：22-27.

作者简介

宇岩，博士，工程师，研究方向为科技情报、数据挖掘、知识产权和标准化。

王春明，通信作者，博士，研究员，研究方向为知识产权、科技情报和标准化。

汤正午，硕士，助理馆员，研究方向为科技情报、知识产权和标准化。

刘桂雄，博士，教授，研究方向为精密仪器设备产业。

邱丹逸，硕士，助理研究员，研究方向为产业情报和标准化。

朱妍，硕士，馆员，研究方向为产业情报和标准化。

祝林，硕士，副研究馆员，研究方向为知识产权、科技情报和标准化。

万晶晶，硕士，副研究馆员，研究方向为产业情报和标准化。