儀器科學與技術

儀器科學與技術

最初作為測量器具的儀器在促進科技和生產發展的同時,在現代科學技術和生產力的推動下,已成為完整的儀器科學與技術學科。作為測量和測試技術集中體現的儀器科學與技術學科,在當今我國國民經濟和科學技術發展中的作用日益明顯,儀器儀表是工業生產的"倍增器"、科學研究的"先行官"、軍事上的"戰鬥力"、國民活動中的"物化法官"已廣為人們所理解。

基本情況

一級學科:

0804儀器科學與技術

二級學科:

080401精密儀器及機械

080402測試計量技術及儀器

國家重點學科(儀器科學與技術):北京航空航天大學、天津大學、哈爾濱工業大學

國家重點(培育)學科(精密儀器及機械):清華大學北京協和醫學院-清華大學醫學部、重慶大學

學科概況

儀器科學與技術學科領域科技和產業發展的主要特點和發展趨勢是:學科面對的產品種類和品種多樣化;產品的穩定性、可靠性和適應性要求很高;產品的技術指標和功能不斷提高;最先套用新的科學研究成果,高新技術大量採用;儀器及測控單元微小型化、智慧型化、可獨立使用,也可嵌入式使用和聯網使用;儀器測控範圍向立體化、全球化擴展、測控功能向系統化、網路化發展;攜帶型、手持式以至個性化儀器大量發展。

現今,我國儀器科學與技術學科從理論研究、計量基準、產品製造技術、新器件、新材料、新工藝的研究和套用等方面已日趨完善,並形成門類品種比較齊全、布局較為合理、具有相當技術基礎和生產規模的儀器儀表產業體系。從產品的科技水準分析,現今絕大部分國產儀器的科技水準處于國際上20世紀90年代初、中期的水準,中低檔產品品種基本齊全,能夠批量生產,且質量穩定;少數中高等產品,已接近國際水準。在工程套用技術方面,已經能夠承擔一部分國家重大工程儀器儀表系統成套工程。但在高技術含量的自動化儀表系統及系統、科學測試儀器、感測器、元器件等產品的競爭上,國內儀器儀表行業還基本上處于相當被動的境地。可喜的是,隨著我國經濟持續穩定地快速成長和"企業要成為科技創新主體"國策的實施,我國儀器儀表產業規模的年成長速度連續四年超過20%,現今我國儀器科學與技術學科領域科技和產業發展在實現微型化、智慧型化、數位化、集成化和網路化等方面緊跟國際發展的步伐,具有自主智慧產權部分的開發研製及產業化,取得了顯著的進展。特別是自動化儀表及大型控製系統出現重大進展,解決了現場匯流排在儀器儀表和控製系統中套用的一些關鍵技術,在基于HART、FF現場匯流排的變送器、執行機構、控製系統等方面取得了重大成果,達到國際先進水準,並已開始實施產品化,打破了由國外大公司壟斷的局面;研究解決了工業即時乙太網系列關鍵技術,原創性地提出了EPA(Ethernet for Plant Automation)工業控製網路通信技術,製定了我國第一個擁有自主智慧產權的現場匯流排國家標準和國際標準;先進控製與最佳化軟體產業化取得重大突破,已基本可以平等地與國際著名的Aspen、Honeywell競爭;解決了大型控製系統在工程套用中的可靠性問題,在石油化工、大型電力、核電、冶金等領域得到廣泛套用。

內涵組成

內涵

馬克思曾說過,製造和使用工具,是區分人和動物的根本標志。人類也正是在製造和使用工具的不斷發展中加快認識世界、改造世界(包括人類本身)的進程。"工欲善其事,必先利其器。"在人類進化和社會發展的歷史長河中,在創造、製作、使用工具改變生活環境和自身的過程中,儀器作為計量器具、疾病診療輔助器械和觀天測地器件,是人類智慧的結晶,是直接擴展人類感知、操作能力的工具,為人類建立和發展科學研究、擴展生產規模創造了有利條件。

著名科學家門捷列夫說過:科學是從測量開始的。儀器儀表是當今社會人類對物質世界(包括人類創造的各種工具和人類本身)進行測量,並使人類能方便監控物質世界使之達到最佳目標的基本手段和技術,是人類認識世界和改造世界的重要工具。我國著名科學家錢學森明確指出:"發展高新技術,信息技術是關鍵,信息技術包括測量技術、電腦技術和通信技術,測量技術是關鍵和基礎。"王大珩院士也多次指出:"在當今以信息技術帶動工業化發展的時代,儀器儀表與測試技術是信息科學技術最根本的組成部分。"作為測量和測試技術集中體現的儀器科學和技術學科,其在當今我國國民經濟和科學技術發展中的作用日益明顯。

實際上,隨著人類製造和使用工具的規模不斷向高、大、精、尖發展,人類活動的規模和深度不斷擴大和深入,人類已不可能通過自己的感覺、思維和體能器官直接觀測和操作工具使之達到既定的目標。儀器科學和技術學科的內涵就是專門研究、開發、製造、套用各類儀器以使人的感覺、思維、和體能器官得以延伸的科學技術學科,從而使人類具有更強的感知和操作工具的能力來面對客觀物質世界能以最佳或接近最佳的方式發展生產力、進行科學研究、預防和診療疾病及從事社會活動。

組成

儀器科學與技術學科作為工程性學科,有關儀器運行、套用的理論研究,新技術、新器件、新材料、新工藝的研究和套用集中體現在新型儀器儀表的感測器、元器件和材料等領域的研究和產業化中,科技研究和產業發展緊密結合。現今,根據國際發展的潮流和我國現狀,儀器科學與技術學科主要促成包括:工業自動化測控技術及工業自動化儀表與系統;科學測試、分析技術及科學儀器;人體診療技術及醫療儀器;信息計測技術及電測儀器(主要是電子測量儀器和電工測量儀器,包括儀表校驗裝置和計量基準);專用檢測技術及各類專用測量儀器;相關感測器、元器件、材料及技術。

產品種類

據不完全的統計,我國儀器科技產品原屬國家機械局歸口的工業自動化儀表及控製系統、科學儀器、電工測量儀器及其他各類測量儀器儀表已發展到13大類,145小類,800多個系列,16000多個產品品種;屬信息產業部歸口的信息技術電測儀器有20大類,2000多個產品品種;屬衛生系統歸口的醫療儀器也有23大類,2000多個產品品種;相關感測器、元器件及材料的產品品種更是不勝枚舉。

工業自動化儀表及控製系統主要是各類生產現場的儀表及控製室儀表,其中包括各種溫度、壓力、流量、物位等過程檢測儀表,各種變送、調節儀表、各種執行伺服裝置及執行器,各種PLC(可程式邏輯控製器),SLC/MLC(單/多回路調節器),各種專用控製器、DCS(分散控製系統)、FCS(現場控製系統)等。

科學儀器主要包括各種電化學、光學、熱學分析儀器,質譜、波譜、色譜分析儀器、能譜及射線分析儀器、物性分析儀器、生化分析儀器、線上分析儀器及光學儀器、試驗機、實驗室儀器等。

信息技術電測儀器主要是各種電子測量儀器、電工測量儀器、儀表校驗裝置和計量基準,其中電子測量儀器包括信號(頻率、時延、相位等)測量分析儀器、信號源、元器件參數測量儀器、通信信道測量分析儀器、電聲測量儀器、廣播音響測量儀器、通信測試儀器、光纖測量儀器等;電工測量儀器包括電能計量儀表(含計費儀表)、安裝式電表、精密電表(實驗室和攜帶型電表)、數位儀表、電測量儀器(交流儀器、直流儀器)、磁測量儀器、擴大量限裝置、自動抄表系統、電力監控儀器儀表及系統、電能計量管理及電力負荷控製系統、自動測試系統、校驗裝置、電源裝置等。

醫療儀器主要是各種人類疾病的預防、診斷、治療儀器及保健、康復、臨床檢驗、妊娠控製儀器,其中包括醫用X射線與磁共振影像設備、醫用超聲儀器、醫用電子儀器、臨床檢驗分析儀器(體外診斷儀器)、醫用雷射儀器、醫用分析儀儀器、醫用檢測儀器、醫用光學儀器、醫用實驗設備、物理治療設備、微創介入與植入式真摯系統、細胞和分子層次上的診治儀器(含生物晶片與儀器)、中西醫結合儀器、新型醫療儀器等。

其他各類測量儀器儀表主要是國民經濟某一部門用得較多而其他部門使用較少的各類專用儀器儀表和系統,涉及導航製導儀器、大地測量儀器、地震地質儀器、農林牧漁儀器儀表、氣象海洋水文天文儀器、核儀器、船用儀器、汽車用儀表,輕工儀器儀表等。

產品要求

信息技術的要素包括信息的獲取、存儲、處理、傳輸和利用,而各行各業的信息獲取正是靠儀器科技裝備來實現的。如果獲取的信息不準確、不穩定、不可靠,都會使隨後的存儲、處理、傳輸毫無意義,甚至產生錯誤,造成巨大損失。加上很多部門對儀器科技裝備獲取信息是要求24小時連續,長年不懈,這就對產品的穩定性、可靠性提出特別高的要求。此外,儀器科技裝備幾乎運行于地球及其外層空間的任何地點,很多時候是需在有毒、強腐蝕、有爆炸危險或失重、高速的狀態下進行監測、監控任務,因此對產品的環境適應性要求很高。

我國生產的各類儀器科技裝備主要產品,包括工業自動化儀表與控製系統、科學儀器、醫療儀器等,雖然各項技術指標同國外同類產品比較差距不算很大,但穩定性、可靠性和環境適用性卻又明顯差距,從而影響了國產儀器儀表技術裝備的市場佔有率。

技術要求

就如奧林匹克運動的口號是"更高、更快、更強"一樣,儀器科學與技術學科在提高科技研究水準及其相關儀器的技術指標和功能上的追求是無止境的,測控技術及其相關儀器的技術指標水準是一個國家儀器科學與技術學科水準的量化標準。以擴大檢測範圍指標來說,如電壓從納伏~百萬伏;電阻從超導至1014Ω經;諧波測量到51次;加速度為10-14~104g;頻率測量至1012Hz;壓力測量至108Pa等,溫度測量從接近絕對零度至1080C等,以測量精度指標來說,工業參數測量提高至0.02%以上,航空航天參數測量達到0.05%以上,計量精度和科學儀器達到的精度更是與時俱進。以提高測量的敏感度來說更是向單個粒子、分子、原子級發展。提高測量速度(回響速度),靜態0.1~0.02ms,動態為1us。提高可靠性,一般要求為(2~5)×104h,高可靠性要求2.5×105h。穩定性(年變化)?±0.05%(高精度儀器)或?±0.1%(一般儀器)。提高產品環境適應性,根據不同使用者的要求,有高溫、高濕、高塵、腐蝕、振動、沖擊、電磁場、輻射、深水、雨淋、高壓電、低氣壓等條件下的適應性。

學科排名

2012年學科評估

本一級學科中,全國具有"博士一級"授權的高校共27所,本次有19所參評;還有部分具有"博士二級"授權和碩士授權的高校參加了評估;參評高校總計33所。 註:以下相同積分按學校代碼順序排列。

學校代碼及名稱

學科整體水準積分

10006 北京航空航天大學

91

10003 清華大學

89

10056 天津大學

87

10213 哈爾濱工業大學

85

10286 東南大學

80

10611 重慶大學

10614 電子科技大學

78

10110 中北大學

75

90002 國防科學技術大學

10007 北京理工大學

74

10183 吉林大學

10248 上海交通大學

10359 合肥工業大學

90035 軍械工程學院

71

10214 哈爾濱理工大學

70

10216 燕山大學

10288 南京理工大學

10186 長春理工大學

69

10699 西北工業大學

10142 沈陽工業大學

68

10705 西安石油大學

11232 北京信息科技大學

10356 中國計量學院

67

10595 桂林電子科技大學

10610 四川大學

10057 天津科技大學

65

10299 江蘇大學

10500 湖北工業大學

11660 重慶理工大學

10336 杭州電子科技大學

64

10491 中國地質大學

10615 西南石油大學

10616 成都理工大學

63

2007-2009年

本一級學科在全國高校中具有"博士一級"授權的單位共21個,本次參評17個;具有"博士點"授權的單位共11個,本次參評4個。

還有2個具有"碩士一級"授權和3個具有"碩士點"授權的單位也參加了本次評估。參評高校共26所。

排名 學校代碼及名稱 整體水準積分

1 10056 天津大學 94

2 10003 清華大學 91

3 10006 北京航空航天大學 85

3 10213 哈爾濱工業大學 85

5 10611 重慶大學 82

6 10335 浙江大學 78

7 10248 電子科技大學 77

7 10286 東南大學 77

9 10110 中北大學 75

10 10007 北京理工大學 74

11 10358 中國科學技術大學 72

12 10359 合肥工業大學 70

12 10699 西北工業大學 70

12 90002 國防科學技術大學 70

15 10216 燕山大學 69

16 10183 吉林大學 67

16 10384 廈門大學 67

18 10217 哈爾濱工程大學 66

18 10288 南京理工大學 66

18 10356 中國計量學院 66

18 10486 武漢大學 66

22 10005 北京工業大學 65

22 10142 沈陽工業大學 65

22 10701 西安電子科技大學 65

25 10459 鄭州大學 64

26 10140 遼寧大學 60

工程中心

慣性技術國防科技重點實驗室,北京航空航天大學,航天三院33所共建

精密測試技術及儀器國家重點實驗室 清華大學,天津大學共建

電子測試技術國防科技重點實驗室,中北大學,中電41所共建

現代光學儀器國家重點實驗室, 浙江大學

感測器國家工程研究中心, 儀表科學研究院

地球物理探測儀器國家工程技術研究中心, 吉林大學

感測技術國家重點實驗室, 中國科學院電子所,上海微系統所

環境光學監測儀器國家工程技術研究中心, 中國科學院合肥物質科學研究院

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