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建设世界仪器强国的使命与任务

国家主席在两院院士大会讲话中强调,我们比历史上任何时期都更需要建设世界科技强国。为提升各界对建设科技强国意义的认识,人民出版社约请中国科学院和中国工程院的100多名院士编写了《百名院士谈建设科技强国》一书,将广大院士的重要思想和建议汇集起来,作为推进我国建设科技强国的重要抓手之一。

谭久彬院士在其中撰写了“建设世界仪器强国的使命与任务”一文,开篇第一句话就是:“建设世界科技强国,首先必须建设世界仪器强国”,作为全文的主要论点。谭久彬院士最早提出并论述了该观点。该文主要内容包括:建设世界仪器强国的必要性与紧迫性,我国仪器科学与技术发展现状,建设世界仪器强国面临的三大挑战,建设世界仪器强国必须完成的四大任务等。

注:《百名院士谈建设科技强国》一书出版于2019年2月,“建设世界仪器强国的使命与任务”一文刊登在该书的第447页-458页。

建设世界仪器强国的使命与任务

哈尔滨工业大学 谭久彬

建设世界科技强国,首先必须建设世界仪器强国,建设世界仪器强国是建设世界科技强国的必备基础和前提条件。在我国特定条件下,建设世界仪器强国将面临三大挑战,即:计量测试体系不完整;仪器体系呈现碎片化;全民性质量意识差,对测量与仪器的基础性作用和引领性作用认识不清。建设世界仪器强国,必须完成四大重点任务,即:建立具有科学性、先进性和完整性的国家计量测试体系,培育体系完整、结构合理的高精尖仪器企业;建立国家级高精尖仪器研发基地;建立国家级专家咨询中心,统一规划与指导计量测试体系与仪器体系建设发展;提高全民质量意识,培育专精精神。

1、建设世界仪器强国的必要性与紧迫性

建设世界仪器强国在我国具有十分突出的必要性和紧迫性。建设世界科技强国必须以强大的整体仪器创新能力为支撑,仪器创新必然引领科技创新,这主要表现在如下三个方面。

(一)重大仪器发明会促进重大科学发现和基础研究突破

世界科技强国一定是基础研究强国,基础研究强国一定是测量与仪器强国。门捷列夫说:“科学是从测量开始的”,“没有测量就没有科学,至少是没有精确的科学、真正的科学”,“测量是科学的基础”。仪器是测量的载体,是实现科学发现与基础研究突破的手段。截至2017年,诺贝尔物理学奖、化学奖、生理学或医学奖获奖项目总数为371项,获奖总人数为594人;直接因测量科学研究成果或直接发明新原理仪器而获奖的项目总数为42项(占11.3%),总人数为64人(占10.8%) ,如电子显微镜、质谱仪、CT断层扫描仪、扫描隧道显微镜、超分辨荧光显微镜、冷冻电镜、激光干涉仪等;同时,72%的物理学奖、81%的化学奖、95%的生理学或医学奖都是借助于相关尖端仪器完成的。

因发明高分辨率核磁共振仪器而获诺贝尔奖的理查德·恩斯特(R.R.Ernst)说:“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展。”

(二)高端精密仪器是科技产业高质量发展的基础

仪器科学与技术对现代科技产业、国家安全、人类健康、环境保护和社会生活等各个方面有序进行与发展的支撑作用越来越大。仪器技术与工程支撑的是整个现代科技产业、国家经济和社会管理。王大珩院士对测量仪器的作用曾有过高度概括:“仪器仪表是科学研究的先行官,工业生产的倍增器,军事上的战斗力,社会生活中的物化法官。” 20世纪90年代初,美国商务部所属的美国国家标准与技术研究院(NIST)的统计数据表明:为保证产品制造质量和实施有效控制,每天要进行2.5亿次测量。在制造领域,只有通过测量,才能知道产品哪里不合格;只有通过大量测量数据的积累,才能找到产品不合格的根源;只有建立起基于在线传感与仪器的工业互联网,才能建立起智能装备和智能工厂,才能实现智能制造;只有建立起面向先进制造的完整的计量测试体系和仪器体系,才能从根本上解决困扰我国几十年的“四基问题”(即基础材料、基础工艺、基础零部件和质量技术基础),才能从根本上形成高端装备制造能力。在国防领域,没有侦测仪器,就不能发现和准确定位敌方目标;没有精准的导航制导仪器,就无法实施精确打击。在医疗领域,没有精准的诊疗仪器,就无法实施精准医疗。在环保领域,没有成千上万的分布式传感器,就无法及时准确地获取环保监测息。同样,没有遍布于城市水、电、气、交通等设施和千家万户的各类网络化传感器,就无法实时获取海量监测信息,平安城市、幸福城市和智慧城市就无法实现。

(三)高端精密仪器的创新是驱动和引领科技创新发展的原动力

仪器科学与技术的创新发展对相关技术领域具有引领与推动作用。“工欲善其事,必先利其器”。以高端精密装备制造领域为例,高端精密装备的精度水平取决于工作母机的精度,按照精度分配原则,工作母机的精度要比高端精密装备的精度高三分之一至一个数量级;而工作母机的精度水平取决于测量仪器的精度,按照精度分配原则,测量仪器的精度要比工作母机的精度高三分之一至一个数量级。从精度角度看,测量仪器处于精度的最顶级,是高端中的高端;从技术角度看,测量仪器使用的共性核心技术更先进、更前沿、更具有先导性,因而更具有技术引领作用。在高端精密装备领域,测量仪器技术处于优先发展的地位。聂荣臻元帅在经历了“两弹一星”发展后,形成的重要认识之一是,“科技要发展,计量须先行”。从另一方面看,仪器产业对相关科技产业的发展有重要拉动作用。美国国家标准与技术研究院的分析报告指出:“美国国内仪器产值仅占工业总产值的4%,但对国民生产总值(GNP)的拉动作用则达到了66% ”。仪器技术“四两拨千斤”的作用反映了仪器的内在价值在产业链中具有放大效应。

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