——王大珩院士談儀器儀表的價(jià)值
王大珩院士，一位不會(huì)停止思索科技問(wèn)題的科學(xué)家。如今，人們?nèi)阅荏@奇地發(fā)現(xiàn)：92歲高齡的他，依然能夠深刻洞悉科學(xué)發(fā)展的前沿，為中國(guó)科學(xué)事業(yè)的發(fā)展提出精辟見(jiàn)解。眾所周知，他曾與王淦昌、陳芳允、楊嘉墀3位科學(xué)家一起向國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人倡議對(duì)中國(guó)科學(xué)事業(yè)影響深遠(yuǎn)的“863”計(jì)劃。此外，他不時(shí)思考的主題還有科學(xué)儀器事業(yè)的發(fā)展，并數(shù)次會(huì)同許多科學(xué)家“上書(shū)”有關(guān)部門，中國(guó)應(yīng)增強(qiáng)對(duì)科研儀器的研發(fā)力度，期待中國(guó)能夠振興儀器儀表工業(yè)。
他說(shuō)，“儀器儀表對(duì)于科研和工業(yè)生產(chǎn)往往被看做‘配角’，而實(shí)際上早已成為中國(guó)科技發(fā)展和提升工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量舉足輕重的核心組成部分。許多事實(shí)證明，中國(guó)科技實(shí)力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的咽喉被卡在儀器儀表這一關(guān)口上”。
在堆滿各種科技刊物的書(shū)房中，王老坐在老款式的沙發(fā)上，經(jīng)常閱讀中外關(guān)于科技的論著、現(xiàn)代科學(xué)儀器等多種學(xué)術(shù)期刊和報(bào)紙。當(dāng)全國(guó)人大常委會(huì)副委員長(zhǎng)、中科院院長(zhǎng)＊＊＊特別邀請(qǐng)他通過(guò)《科學(xué)時(shí)報(bào)》談?wù)剝x器儀表的發(fā)展問(wèn)題時(shí)，他從幾個(gè)重要方面給予了詳盡的論述。http://www.bjyashilin.com
概念被混淆和誤解
王老指出，發(fā)展儀器首先必須澄清一個(gè)概念，“儀器”不是“機(jī)器”。但人們經(jīng)常認(rèn)為儀器只是一種機(jī)械，是為機(jī)器配套的，儀器工業(yè)是機(jī)械工業(yè)的一個(gè)組成部分。這種概念，也許是因?yàn)閲?guó)家把儀器工業(yè)歸口機(jī)械部管理而形成的習(xí)慣印象；或者認(rèn)為儀器僅僅是為科研服務(wù)的一種技術(shù)后勤。在學(xué)科上，儀器科技是機(jī)械學(xué)科的一個(gè)分支，或從屬于有關(guān)工程學(xué)科，只是配套技術(shù)等等。由此，很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們對(duì)儀器的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了誤區(qū)，對(duì)儀器所起的關(guān)鍵作用在本質(zhì)上認(rèn)識(shí)不夠，甚至認(rèn)為儀器不過(guò)是一種機(jī)器，從而導(dǎo)致這一領(lǐng)域的發(fā)展嚴(yán)重滯后。這是對(duì)概念認(rèn)識(shí)不清造成的。
王老說(shuō)，“事實(shí)上，儀器與機(jī)器有著很大差異。機(jī)器是改造世界的工具，以認(rèn)識(shí)世界為基礎(chǔ)；而儀器發(fā)展是建立在認(rèn)識(shí)世界的基礎(chǔ)之上的。正確的概念應(yīng)當(dāng)是：儀器是認(rèn)識(shí)世界的工具，機(jī)器是改造世界的工具。儀器是對(duì)未知世界認(rèn)識(shí)的科學(xué)工具，也是做為控制生產(chǎn)過(guò)程的工具”。
“從這個(gè)角度看，儀器屬于信息技術(shù)科學(xué)。不是利用它作為改造世界的實(shí)物，而是做為優(yōu)化生產(chǎn)的手段，從獲得信息作為行動(dòng)指導(dǎo)。儀器是認(rèn)識(shí)世界的信息原始數(shù)據(jù)的源頭。信息技術(shù)有以下幾個(gè)層次：信息的獲取依靠?jī)x器傳感器，信息的儲(chǔ)存，信息狀態(tài)轉(zhuǎn)化，信息的傳輸，信息的顯示，信息結(jié)果的分析。獲取信息作為信息科技的源頭，一切都從它開(kāi)始，在信息科技中占有重要地位”。
王老認(rèn)為，我們應(yīng)當(dāng)把儀器和機(jī)器放在同等的地位，把儀器工業(yè)與機(jī)械工業(yè)同等看待。儀器是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科和先進(jìn)技術(shù)綜合的高技術(shù)產(chǎn)物。
科學(xué)研究的推進(jìn)器
據(jù)王老助理介紹，上個(gè)世紀(jì)40年代初，王老曾供職于英國(guó)伯明翰昌司玻璃公司，任研究實(shí)驗(yàn)部物理師，研制出V-棱鏡精密折射率測(cè)定儀器，成為工業(yè)上的有效工具。他把測(cè)量玻璃等光的性質(zhì)精確度從4位數(shù)提高到5位數(shù)，并由此獲得英國(guó)儀器協(xié)會(huì)第一屆“青年儀器發(fā)展獎(jiǎng)”。
王老說(shuō)，“當(dāng)代科學(xué)研究沒(méi)有先進(jìn)的儀器是難以取得創(chuàng)新成果的，科學(xué)儀器經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已從配套設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)楹诵牟考薄?/FONT>
王老認(rèn)為，從國(guó)內(nèi)看，“兩彈一星”成功研制，科研儀器是開(kāi)門旗艦。所需的儀器裝備在當(dāng)時(shí)國(guó)際封鎖條件下，不可能買到。這些技術(shù)裝備，只有依靠自己的科研人員研發(fā)，保證全部實(shí)驗(yàn)穩(wěn)妥可靠，萬(wàn)無(wú)一失有序進(jìn)行。
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所資料記載，在“兩彈一星”研制過(guò)程中，在我國(guó)第一次核爆試驗(yàn)之前，王老指導(dǎo)改裝了用于火球發(fā)光動(dòng)態(tài)觀測(cè)儀器——高速攝影機(jī)。在我國(guó)研制返回式衛(wèi)星時(shí)，在其裝備需要有對(duì)地觀測(cè)相機(jī)，且這種相機(jī)既要經(jīng)得起發(fā)射的震顫，又要保證長(zhǎng)期正常工作。王老親自組織協(xié)調(diào)成立了一個(gè)專門從事空間相機(jī)研制的科研部門，攻克種種難關(guān)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力，他指導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研制出多種型號(hào)相機(jī)，最后陪伴著返回式衛(wèi)星飛上天空，并在衛(wèi)星返回后帶回了“地球村”的重要圖象。上世紀(jì)80年代，我國(guó)向南太平洋發(fā)射遠(yuǎn)程運(yùn)載火箭，“遠(yuǎn)望號(hào)”航天測(cè)量船出色地完成了火箭再入段的跟蹤測(cè)量任務(wù)。而“遠(yuǎn)望號(hào)”測(cè)控使用的先進(jìn)“裝備”之一，即是王老率領(lǐng)的中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所研制的光學(xué)設(shè)備。這套設(shè)備所解決的問(wèn)題是世界遠(yuǎn)洋航天測(cè)量的穩(wěn)定跟蹤、定位、標(biāo)校和抗干擾等技術(shù)前沿課題。
他說(shuō)，“從國(guó)際上看，約有1/4諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者的研究工作與儀器的研制有關(guān)。如，美國(guó)斯坦福大學(xué)物理系教授肖洛，在實(shí)用激光器誕生之后，帶領(lǐng)其研究小組致力于激光光譜學(xué)研究，并與合作伙伴對(duì)復(fù)雜的化合物進(jìn)行深入研究，創(chuàng)造出飽和吸收光譜與雙光子光譜等多種方法，有效提高了儀器的分辨率。由此，他與合作者分享了1981年諾貝爾物理獎(jiǎng)。高端科研儀器，如電子顯微鏡、質(zhì)譜儀、CT 斷層掃描儀、X 射線物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析儀，光學(xué)相襯顯微鏡，掃描隧道顯微鏡等科學(xué)儀器，不僅僅用來(lái)探索自然規(guī)律，積累科學(xué)知識(shí)，而且在科學(xué)技術(shù)的重大成就和科學(xué)研究新領(lǐng)域的開(kāi)辟方面發(fā)揮出重要作用。儀器的進(jìn)展代表著科技的前沿，科學(xué)儀器的發(fā)展和創(chuàng)新應(yīng)是國(guó)家科學(xué)發(fā)展的支柱。能不能創(chuàng)造高水平的新式科學(xué)儀器和設(shè)備，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的創(chuàng)新能力。人類基因結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，就是應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)儀器獲得的重要成果”。
他提醒人們注意，現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展可謂伴隨著儀器的進(jìn)步而發(fā)展。如顯微鏡的發(fā)明，直接導(dǎo)致細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，因而引發(fā)了生物學(xué)的飛躍。質(zhì)譜儀的發(fā)明與使用，為元素及其同位素的定性定量分析提供了精確數(shù)據(jù)，導(dǎo)致了核能的有效利用。
“科研儀器是認(rèn)識(shí)世界的工具，凝聚著人類智慧，并成為科學(xué)研究的物質(zhì)基礎(chǔ)。這也說(shuō)明儀器是發(fā)展科學(xué)事業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)和原動(dòng)力。因此，評(píng)價(jià)科研成果應(yīng)當(dāng)有現(xiàn)代科學(xué)儀器發(fā)展的功勞”。王老十分感慨。
王老同時(shí)強(qiáng)調(diào)，發(fā)展中國(guó)的科學(xué)儀器固然需要重視自主創(chuàng)新和自力更生，但不是說(shuō)儀器一切都要自己制造，或者完全排外。購(gòu)買國(guó)外先進(jìn)儀器設(shè)備開(kāi)展科研工作是無(wú)可厚非的，也是需要的，但必須避免由此衍生對(duì)進(jìn)口儀器依賴的傾向性，或盲目崇拜。“工欲善必先利其器”，許多原始創(chuàng)新成果都緣于創(chuàng)新性儀器設(shè)備完成。在生物領(lǐng)域基因研究是創(chuàng)新，基因工程解密生物機(jī)密，產(chǎn)生許多規(guī)律性的發(fā)現(xiàn)。但最重要的是首先發(fā)展了研究基因工程的科學(xué)儀器和設(shè)備，沒(méi)有這一創(chuàng)新條件，基因工程不可能取得進(jìn)展。
僅占工業(yè)總值4% 影響度達(dá)66%
“儀器對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)范化生產(chǎn)，都有重要意義。生產(chǎn)過(guò)程中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題不被察覺(jué)，會(huì)導(dǎo)致全廠的毀滅。如前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故�，F(xiàn)代核能生產(chǎn)如果沒(méi)有儀器儀表控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，安全就無(wú)法保證�？傊瑑x器對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)所起到保障作用有普遍性重要意義”。王老接著闡述了儀器在生產(chǎn)中的意義。
他以鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)變化為例闡述自己觀點(diǎn)。
“我國(guó)過(guò)去的鋼鐵生產(chǎn)是依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的老工人。因?yàn)�，只有老工人能夠憑借經(jīng)驗(yàn)，看出爐膛中熔化鋼鐵的顏色變化之后，才能確認(rèn)鋼鐵出爐的時(shí)間。而現(xiàn)代化鋼鐵生產(chǎn)車間，主要是青年人在操作，因?yàn)橛邢冗M(jìn)的儀器儀表精確測(cè)量控制鋼鐵冶煉過(guò)程的溫度和成分。由此鋼鐵工業(yè)發(fā)展中，儀器儀表的設(shè)備投資比例很高。如，寶鋼全部設(shè)備投資的1/3，用于測(cè)試控制設(shè)備”。
他介紹，現(xiàn)代工業(yè)中煉油、化工、冶金、電力、電子、輕工、紡織等，如果沒(méi)有先進(jìn)的儀器儀表發(fā)揮其檢測(cè)、顯示、控制功能，就無(wú)法正常連續(xù)安全生產(chǎn)。即使原來(lái)認(rèn)為可以土法生產(chǎn)的制酒工業(yè)，今天也需通過(guò)儀器儀表嚴(yán)格控制溫度流程才能創(chuàng)出名牌。
美國(guó)國(guó)家工業(yè)技術(shù)研究院( NIST)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)為了質(zhì)量認(rèn)證和控制、自動(dòng)化及流程分析，每天要完成2億5千萬(wàn)個(gè)檢測(cè)。要完成這些檢測(cè)，需要大量的種類繁多的分析和檢測(cè)儀器。儀器與測(cè)試技術(shù)已是當(dāng)代促進(jìn)生產(chǎn)的一個(gè)主流環(huán)節(jié)。美國(guó)商業(yè)部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局( NBS)，90年代初評(píng)估儀器儀表工業(yè)對(duì)美國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值( GNP) 的影響作用，提出調(diào)查報(bào)告：儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值只占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但它對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響達(dá)到66%。
多學(xué)科融合 需要協(xié)同作戰(zhàn)
“在1956年的《十二年國(guó)家科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》中，其第54項(xiàng)政府提出了包括光學(xué)儀器在內(nèi)的儀器儀表發(fā)展規(guī)劃，我是這個(gè)規(guī)劃項(xiàng)目的執(zhí)筆人。后來(lái)，在聶榮臻副總理領(lǐng)導(dǎo)下的國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)成立了儀器儀表專業(yè)小組，我擔(dān)任這個(gè)專家小組的組長(zhǎng)。從那時(shí)到現(xiàn)在，我與儀器打交道已有60年歷史。如果從我注意實(shí)驗(yàn)物理的時(shí)間算起，已經(jīng)有70年了”。交談中，王老回憶起自己的經(jīng)歷。
據(jù)悉，“兩彈一星”之后，1979年國(guó)家成立了中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)，第一任理事長(zhǎng)是中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)所的汪德昭院士，第二任即是王老。
他說(shuō)，“國(guó)家在當(dāng)時(shí)的一機(jī)部成立了儀器儀表工業(yè)總局，管理國(guó)家的制造業(yè)。但是，儀器比較小，比較精密，在生產(chǎn)產(chǎn)值上無(wú)法與機(jī)械工業(yè)比高低。由于管理部門缺乏對(duì)儀器儀表重要性的認(rèn)識(shí)，影響了國(guó)家儀器儀表事業(yè)的發(fā)展。改革開(kāi)放后，一機(jī)部也解散了，儀器儀表工業(yè)總局隨之消失。從整體看，近些年儀器儀表實(shí)際上國(guó)家沒(méi)有人管理，原有的企業(yè)協(xié)作體系也消散了。市場(chǎng)化后，企業(yè)都希望做整機(jī)。這是發(fā)展中出現(xiàn)的混亂局面”。
王老繼續(xù)分析說(shuō)，“目前，國(guó)際儀器儀表自動(dòng)化技術(shù)在不斷提高，它不只是解決測(cè)量的問(wèn)題，而且發(fā)揮出控制作用。儀器儀表通過(guò)與電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)為一體，不僅成為獲取信息的工具，而且從測(cè)量走向了控制”。
王老沉思道，儀器儀表的內(nèi)涵較之以往發(fā)生了很大變化。其自身結(jié)構(gòu)已從單純機(jī)械結(jié)構(gòu)，發(fā)展成為集傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、現(xiàn)代光學(xué)、精密機(jī)械等多種高新技術(shù)于一身的系統(tǒng)，其用途也從單純數(shù)據(jù)采集發(fā)展為集數(shù)據(jù)采集、信號(hào)傳輸、信號(hào)處理以及控制為一體的測(cè)控過(guò)程。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、微納米技術(shù)的發(fā)展，測(cè)控技術(shù)呈現(xiàn)出虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化和微型化的發(fā)展趨勢(shì)，從而使儀器儀表學(xué)科的多學(xué)科交叉及多系統(tǒng)集成而形成的邊緣學(xué)科的屬性越來(lái)越明顯。
利用現(xiàn)代微制造技術(shù)、納米技術(shù)、計(jì)算機(jī)理論、仿生學(xué)原理、新材料等高新技術(shù)發(fā)展新型科學(xué)儀器己成為主流。如微型全化學(xué)分析系統(tǒng)、微型實(shí)驗(yàn)室、生物芯片、芯片實(shí)驗(yàn)室等。如正在發(fā)展的芯片型自動(dòng)分析元件，它不僅僅有測(cè)試功能，這里執(zhí)行的是分離、反應(yīng)等操作。綜合這些芯片的功能將組成微型的分析儀器，進(jìn)而形成芯片實(shí)驗(yàn)室。
他認(rèn)為，在一些重大科學(xué)前沿研究中，科學(xué)儀器成為重大復(fù)雜的科研工程測(cè)試及研究手段。大型天文望遠(yuǎn)鏡，高能粒子加速器，航天遙感系統(tǒng)等都是由諸多分系統(tǒng)集成。這些分系統(tǒng)都是由高新技術(shù)武裝起來(lái)的。然而，目前國(guó)內(nèi)儀器儀表研制組織上比較混亂。相同產(chǎn)品，品種不少，比較缺乏先進(jìn)的技術(shù)內(nèi)涵。例如，儀器儀表正與生物科學(xué)研究發(fā)生密切關(guān)系，生命科學(xué)的研究需要尖端科學(xué)儀器。這是對(duì)儀器儀表行業(yè)提出的新挑戰(zhàn)。當(dāng)年他們提出的建議，并沒(méi)有得到認(rèn)同，這是中國(guó)落后的表現(xiàn)。從生物技術(shù)發(fā)展看，中國(guó)落后了不少。當(dāng)前國(guó)家科技事業(yè)的發(fā)展，中國(guó)正處于一個(gè)新的機(jī)遇期，從發(fā)展形勢(shì)看，振興儀器儀表事業(yè)需要充分發(fā)揮各方面積極因素�，F(xiàn)在，中國(guó)最關(guān)鍵的是如何把不同行業(yè)的專家組織在一起，儀器儀表是綜合交叉學(xué)科，具有多樣性，需要各個(gè)方面力量的協(xié)同作戰(zhàn)。http://www.bjyashilin.com
