中國儀器儀表問題系列報道之一：看似“配角” 實為“核心”
——王大珩院士談儀器儀表的價值
王大珩院士，一位不會停止思索科技問題的科學家。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發(fā)展的前沿，為中國科學事業(yè)的發(fā)展提出精辟見解。眾所周知，他曾與王淦昌、陳芳允、楊嘉墀3位科學家一起向*****倡議對中國科學事業(yè)影響深遠的“863”計劃。此外，他不時思考的主題還有科學儀器事業(yè)的發(fā)展，并數(shù)次會同許多科學家“上書”有關部門，中國應增強對科研儀器的研發(fā)力度，期待中國能夠振興儀器儀表工業(yè)。
他說，“儀器儀表對于科研和工業(yè)生產(chǎn)往往被看做‘配角’，而實際上早已成為中國科技發(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。許多事實證明，中國科技實力與經(jīng)濟發(fā)展的咽喉被卡在儀器儀表這一關口上”。
在堆滿各種科技刊物的書房中，王老坐在老款式的沙發(fā)上，經(jīng)常閱讀中外關于科技的論著、現(xiàn)代科學儀器等多種學術期刊和報紙。當國內(nèi)會副委員長、中科院院長路甬祥特別邀請他通過《科學時報》談談儀器儀表的發(fā)展問題時，他從幾個重要方面給予了詳盡的論述。
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概念，“儀器”不是“機器”。但人們經(jīng)常認為儀器只是一種機械，是為機器配套的，儀器工業(yè)是機械工業(yè)的一個組成部分。這種概念，也許是因為國家把儀器工業(yè)歸口機械部管理而形成的習慣印象；或者認為儀器僅僅是為科研服務的一種技術后勤。在學科上，儀器科技是機械學科的一個分支，或從屬于有關工程學科，只是配套技術等等。由此，很長一段時間里，人們對儀器的認識產(chǎn)生了誤區(qū)，對儀器所起的關鍵作用在本質(zhì)上認識不夠，甚至認為儀器不過是一種機器，從而導致這一領域的發(fā)展嚴重滯后。這是對概念認識不清造成的。
王老說，“事實上，儀器與機器有著很大差異。機器是改造世界的工具，以認識世界為基礎；而儀器發(fā)展是建立在認識世界的基礎之上的。正確的概念應當是：儀器是認識世界的工具，機器是改造世界的工具。儀器是對未知世界認識的科學工具，也是做為控制生產(chǎn)過程的工具”。
“從這個角度看，儀器屬于信息技術科學。不是利用它作為改造世界的實物，而是做為優(yōu)化生產(chǎn)的手段，從獲得信息作為行動指導。儀器是認識世界的信息原始數(shù)據(jù)的源頭。信息技術有以下幾個層次：信息的獲取依靠儀器傳感器，信息的儲存，信息狀態(tài)轉化，信息的傳輸，信息的顯示，信息結果的分析。獲取信息作為信息科技的源頭，一切都從它開始，在信息科技中占有重要地位”。
王老認為，我們應當把儀器和機器放在同等的地位，把儀器工業(yè)與機械工業(yè)同等看待。儀器是機械學、電子學、光學、計算機技術、材料科學、物理學、化學、生物學等學科和先進技術綜合的高技術產(chǎn)物。
科學研究的推進器
據(jù)王老助理介紹，上個世紀40年代初，王老曾供職于英國伯明翰昌司玻璃公司，任研究實驗部物理師，研制出V-棱鏡精密折射率測定儀器，成為工業(yè)上的有效工具。他把測量玻璃等光的性質(zhì)**度從4位數(shù)提高到5位數(shù)，并由此獲得英國儀器協(xié)會**屆“青年儀器發(fā)展獎”。
王老說，“當代科學研究沒有先進的儀器是難以取得**成果的，科學儀器經(jīng)過幾十年的發(fā)展已從配套設備轉變?yōu)楹诵牟考薄?/span>
王老認為，從國內(nèi)看，“兩彈一星”成功研制，科研儀器是開門旗艦。所需的儀器裝備在當時國際封鎖條件下，不可能買到。這些技術裝備，只有依靠自己的科研人員研發(fā)，保證全部實驗穩(wěn)妥可靠，萬無一失有序進行。
中國科學院長春光機所資料記載，在“兩彈一星”研制過程中，在我國**次核爆試驗之前，王老指導改裝了用于火球發(fā)光動態(tài)觀測儀器——高速攝影機。在我國研制返回式衛(wèi)星時，在其裝備需要有對地觀測相機，且這種相機既要經(jīng)得起發(fā)射的震顫，又要保證長期正常工作。王老親自組織協(xié)調(diào)成立了一個專門從事空間相機研制的科研部門，攻克種種難關。經(jīng)過一段時間的努力，他指導的團隊研制出多種型號相機，*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80年代，我國向南太平洋發(fā)射遠程運載火箭，“遠望號”航天測量船出色地完成了火箭再入段的跟蹤測量任務。而“遠望號”測控使用的先進“裝備”之一，即是王老率領的中國科學院長春光機所研制的光學設備。這套設備所解決的問題是世界遠洋航天測量的穩(wěn)定跟蹤、定位、標校和抗干擾等技術前沿課題。
他說，“從國際上看，約有1/4諾貝爾物理學獎獲得者的研究工作與儀器的研制有關。如，美國斯坦福大學物理系教授肖洛，在實用激光器誕生之后，帶領其研究小組致力于激光光譜學研究，并與合作伙伴對復雜的化合物進行深入研究，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。**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)結構分析儀，光學相襯顯微鏡，掃描隧道顯微鏡等科學儀器，不僅僅用來探索自然規(guī)律，積累科學知識，而且在科學技術的重大成就和科學研究新領域的開辟方面發(fā)揮出重要作用。儀器的進展代表著科技的前沿，科學儀器的發(fā)展和**應是國家科學發(fā)展的支柱。能不能創(chuàng)造高水平的新式科學儀器和設備，體現(xiàn)了一個國家的**能力。人類基因結構的發(fā)現(xiàn)，就是應用現(xiàn)代先進的科學儀器獲得的重要成果”。
他提醒人們注意，現(xiàn)代生物學的發(fā)展可謂伴隨著儀器的進步而發(fā)展。如顯微鏡的發(fā)明，直接導致細胞的發(fā)現(xiàn)，因而引發(fā)了生物學的飛躍。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**數(shù)據(jù)，導致了核能的有效利用。
“科研儀器是認識世界的工具，凝聚著人類智慧，并成為科學研究的物質(zhì)基礎。這也說明儀器是發(fā)展科學事業(yè)的物質(zhì)基礎和原動力。因此，評價科研成果應當有現(xiàn)代科學儀器發(fā)展的功勞”。王老十分感慨。
王老同時強調(diào)，發(fā)展中國的科學儀器固然需要重視自主**和自力更生，但不是說儀器一切都要自己制造，或者完全排外。購買國外先進儀器設備開展科研工作是無可厚非的，也是需要的，但必須避免由此衍生對進口儀器依賴的傾向性，或盲目崇拜?！肮び票叵壤淦鳌?，許多原始**成果都緣于**性儀器設備完成。在生物領域基因研究是**，基因工程解密生物機密，產(chǎn)生許多規(guī)律性的發(fā)現(xiàn)。但*重要的是首先發(fā)展了研究基因工程的科學儀器和設備，沒有這一**條件，基因工程不可能取得進展。
僅占工業(yè)總值4%影響度達66%
“儀器對于保證產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)范化生產(chǎn)，都有重要意義。生產(chǎn)過程中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題不被察覺，會導致全廠的毀滅。如前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故。現(xiàn)代核能生產(chǎn)如果沒有儀器儀表控制整個生產(chǎn)過程，**就無法保證?？傊?，儀器對于產(chǎn)品質(zhì)量和**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)技術變化為例闡述自己觀點。
“我國過去的鋼鐵生產(chǎn)是依靠經(jīng)驗豐富的老工人。因為，只有老工人能夠憑借經(jīng)驗，看出爐膛中熔化鋼鐵的顏色變化之后，才能確認鋼鐵出爐的時間。而現(xiàn)代化鋼鐵生產(chǎn)車間，主要是青年人在操作，因為有先進的儀器儀表**測量控制鋼鐵冶煉過程的溫度和成分。由此鋼鐵工業(yè)發(fā)展中，儀器儀表的設備投資比例很高。如，寶鋼全部設備投資的1/3，用于測試控制設備”。
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，如果沒有先進的儀器儀表發(fā)揮其檢測、顯示、控制功能，就無法正常連續(xù)**生產(chǎn)。即使原來認為可以土法生產(chǎn)的制酒工業(yè)，今天也需通過儀器儀表嚴格控制溫度流程才能創(chuàng)出品牌。
美國國家工業(yè)技術研究院(NIST)統(tǒng)計，美國為了質(zhì)量認證和控制、自動化及流程分析，每天要完成2億5千萬個檢測。要完成這些檢測，需要大量的種類繁多的分析和檢測儀器。儀器與測試技術已是當代促進生產(chǎn)的一個主流環(huán)節(jié)。美國商業(yè)部國家標準局(NBS)，90年代初評估儀器儀表工業(yè)對美國國民經(jīng)濟總產(chǎn)值( GNP)的影響作用，提出調(diào)查報告：儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值只占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但它對國民經(jīng)濟的影響達到66%。
多學科融合需要協(xié)同作戰(zhàn)
“在1956年的《十二年國家科學和技術發(fā)展規(guī)劃》中，其第54項政府提出了包括光學儀器在內(nèi)的儀器儀表發(fā)展規(guī)劃，我是這個規(guī)劃項目的執(zhí)筆人。后來，在聶榮臻副總理領導下的國家科學技術委員會成立了儀器儀表專業(yè)小組，我擔任這個專家小組的組長。從那時到現(xiàn)在，我與儀器打交道已有60年歷史。如果從我注意實驗物理的時間算起，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年國家成立了中國儀器儀表學會，**任理事長是中國科學院聲學所的汪德昭院士，**任即是王老。
他說，“國家在當時的一機部成立了儀器儀表工業(yè)總局，管理國家的制造業(yè)。但是，儀器比較小，比較精密，在生產(chǎn)產(chǎn)值上無法與機械工業(yè)比高低。由于管理部門缺乏對儀器儀表重要性的認識，影響了國家儀器儀表事業(yè)的發(fā)展。改革開放后，一機部也解散了，儀器儀表工業(yè)總局隨之消失。從整體看，近些年儀器儀表實際上國家沒有人管理，原有的企業(yè)協(xié)作體系也消散了。市場化后，企業(yè)都希望做整機。這是發(fā)展中出現(xiàn)的混亂局面”。
王老繼續(xù)分析說，“目前，國際儀器儀表自動化技術在不斷提高，它不只是解決測量的問題，而且發(fā)揮出控制作用。儀器儀表通過與電子技術和自動化技術聯(lián)為一體，不僅成為獲取信息的工具，而且從測量走向了控制”。
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。其自身結構已從單純機械結構，發(fā)展成為集傳感技術、計算機技術、電子技術、現(xiàn)代光學、精密機械等多種高新技術于一身的系統(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、信號傳輸、信號處理以及控制為一體的測控過程。特別是進入21世紀以來，隨著計算機網(wǎng)絡技術、軟件技術、微納米技術的發(fā)展，測控技術呈現(xiàn)出虛擬化、網(wǎng)絡化和微型化的發(fā)展趨勢，從而使儀器儀表學科的多學科交叉及多系統(tǒng)集成而形成的邊緣學科的屬性越來越明顯。
利用現(xiàn)代微制造技術、納米技術、計算機理論、仿生學原理、新材料等高新技術發(fā)展新型科學儀器己成為主流。如微型全化學分析系統(tǒng)、微型實驗室、生物芯片、芯片實驗室等。如正在發(fā)展的芯片型自動分析元件，它不僅僅有測試功能，這里執(zhí)行的是分離、反應等操作。綜合這些芯片的功能將組成微型的分析儀器，進而形成芯片實驗室。
他認為，在一些重大科學前沿研究中，科學儀器成為重大復雜的科研工程測試及研究手段。大型天文望遠鏡，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)都是由高新技術武裝起來的。然而，目前國內(nèi)儀器儀表研制組織上比較混亂。相同產(chǎn)品，品種不少，比較缺乏先進的技術內(nèi)涵。例如，儀器儀表正與生物科學研究發(fā)生密切關系，生命科學的研究需要**科學儀器。這是對儀器儀表行業(yè)提出的新挑戰(zhàn)。當年他們提出的建議，并沒有得到認同，這是中國落后的表現(xiàn)。從生物技術發(fā)展看，中國落后了不少。當前國家科技事業(yè)的發(fā)展，中國正處于一個新的機遇期，從發(fā)展形勢看，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*關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科，具有多樣性，需要各個方面力量的協(xié)同作戰(zhàn)。
