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，人們仍能驚奇地發現：92歲高齡的他，依然能夠深刻洞悉科學發展的前沿，為中國科學事業的發展提出精辟見解。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的發展，并數次會同許多科學家“上書”有關部門，中國應增強對科研儀器的研發力度，期待中國能夠振興儀器儀表工業。
他說，“儀器儀表對于科研和工業生產往往被看做‘配角’，而實際上早已成為中國科技發展和提升工業產品質量舉足輕重的核心組成部分。許多事實證明，中國科技實力與經濟發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上，經常閱讀中外關于科技的論著、現代科學儀器等多種學術期刊和報紙。當國內會副委員長、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，發展儀器首先必須澄清一個概念，“儀器”不是“機器”。但人們經常認為儀器只是一種機械，是為機器配套的，儀器工業是機械工業的一個組成部分。這種概念，也許是因為國家把儀器工業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生了誤區，對儀器所起的關鍵作用在本質上認識不夠，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，而是做為優化生產的手段，從獲得信息作為行動指導。儀器是認識世界的信息原始數據的源頭。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，把儀器工業與機械工業同等看待。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物。
科學研究的推進器
據王老助理介紹，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，成為工業上的有效工具。他把測量玻璃等光的性質**度從4位數提高到5位數，并由此獲得英國儀器協會**屆“青年儀器發展獎”。
王老說，“當代科學研究沒有先進的儀器是難以取得**成果的，科學儀器經過幾十年的發展已從配套設備轉變為核心部件”。
王老認為，從國內看，“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，保證全部實驗穩妥可靠，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光動態觀測儀器——高速攝影機。在我國研制返回式衛星時，在其裝備需要有對地觀測相機，且這種相機既要經得起發射的震顫，又要保證長期正常工作。王老親自組織協調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，*后陪伴著返回式衛星飛上天空，并在衛星返回后帶回了“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、質譜儀、CT斷層掃描儀、X射線物質結構分析儀，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，科學儀器的發展和**應是國家科學發展的支柱。能不能創造高水平的新式科學儀器和設備，體現了一個國家的**能力。人類基因結構的發現，就是應用現代先進的科學儀器獲得的重要成果”。
他提醒人們注意，現代生物學的發展可謂伴隨著儀器的進步而發展。如顯微鏡的發明，直接導致細胞的發現，因而引發了生物學的飛躍。質譜儀的發明與使用，為元素及其同位素的定性定量分析提供了**數據，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基礎。這也說明儀器是發展科學事業的物質基礎和原動力。因此，評價科研成果應當有現代科學儀器發展的功勞”。王老十分感慨。
王老同時強調，發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，產生許多規律性的發現。但*重要的是首先發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。
僅占工業總值4%影響度達66%
“儀器對于保證產品質量和規范化生產，都有重要意義。生產過程中某一環節出現問題不被察覺，會導致全廠的毀滅。如前蘇聯切爾諾貝利核電站事故?，F代核能生產如果沒有儀器儀表控制整個生產過程，**就無法保證?？傊?，儀器對于產品質量和**生產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中的意義。
他以鋼鐵生產技術變化為例闡述自己觀點。
“我國過去的鋼鐵生產是依靠經驗豐富的老工人。因為，只有老工人能夠憑借經驗，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。而現代化鋼鐵生產車間，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。由此鋼鐵工業發展中，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，現代工業中煉油、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揮其檢測、顯示、控制功能，就無法正常連續**生產。即使原來認為可以土法生產的制酒工業，今天也需通過儀器儀表嚴格控制溫度流程才能創出品牌。
美國國家工業技術研究院(NIST)統計，美國為了質量認證和控制、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的一個主流環節。美國商業部國家標準局(NBS)，90年代初評估儀器儀表工業對美國國民經濟總產值( GNP)的影響作用，提出調查報告：儀器儀表工業總產值只占工業總產值的4%，但它對國民經濟的影響達到66%。
多學科融合需要協同作戰
“在1956年的《十二年國家科學和技術發展規劃》中，其第54項政府提出了包括光學儀器在內的儀器儀表發展規劃，我是這個規劃項目的執筆人。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小組，我擔任這個專家小組的組長。從那時到現在，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，已經有70年了”。交談中，王老回憶起自己的經歷。
據悉，“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總局，管理國家的制造業。但是，儀器比較小，比較精密，在生產產值上無法與機械工業比高低。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的發展。改革開放后，一機部也解散了，儀器儀表工業總局隨之消失。從整體看，近些年儀器儀表實際上國家沒有人管理，原有的企業協作體系也消散了。市場化后，企業都希望做整機。這是發展中出現的混亂局面”。
王老繼續分析說，“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，而且發揮出控制作用。儀器儀表通過與電子技術和自動化技術聯為一體，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，儀器儀表的內涵較之以往發生了很大變化。其自身結構已從單純機械結構，發展成為集傳感技術、計算機技術、電子技術、現代光學、精密機械等多種高新技術于一身的系統，其用途也從單純數據采集發展為集數據采集、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，隨著計算機網絡技術、軟件技術、微納米技術的發展，測控技術呈現出虛擬化、網絡化和微型化的發展趨勢，從而使儀器儀表學科的多學科交叉及多系統集成而形成的邊緣學科的屬性越來越明顯。
利用現代微制造技術、納米技術、計算機理論、仿生學原理、新材料等高新技術發展新型科學儀器己成為主流。如微型全化學分析系統、微型實驗室、生物芯片、芯片實驗室等。如正在發展的芯片型自動分析元件，它不僅僅有測試功能，這里執行的是分離、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，航天遙感系統等都是由諸多分系統集成。這些分系統都是由高新技術武裝起來的。然而，目前國內儀器儀表研制組織上比較混亂。相同產品，品種不少，比較缺乏先進的技術內涵。例如，儀器儀表正與生物科學研究發生密切關系，生命科學的研究需要**科學儀器。這是對儀器儀表行業提出的新挑戰。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。從生物技術發展看，中國落后了不少。當前國家科技事業的發展，中國正處于一個新的機遇期，從發展形勢看，振興儀器儀表事業需要充分發揮各方面積極因素?，F在，中國*關鍵的是如何把不同行業的專家組織在一起，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同作戰。
