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儀器儀表產業發展的四個思考

上世紀末,王大珩院士、金國藩院士等儀器儀表行業專家早就提出振興我國儀器事業的目標和若干建議,王大珩院士指出“儀器是認識世界的工具。這是相對機器是改造世界的工具而言的,而改造世界是以認識世界為基礎的”。“儀器儀表是工業生產的‘倍增器’,是科學研究的‘先行官’,是軍事上的‘戰斗力’,是現代生活的‘物質法官’”,這四句話精辟地概括了儀器儀表對國民經濟、科學研究和國家安全的重要作用。隨著制造業數字化、網絡化和智能化的迅猛發展,作為制造數據獲取的基本感知、測量工具,儀器儀表已成為人工智能、大數據分析、工業互聯網等技術與實體經濟深度融合的核心紐帶,儀器儀表行業在全球制造業格局重塑、制造業轉型升級、科技強國和國家高質量發展中的地位日益突顯。2018年7月13日,中央財經委員會第二次會議提出要“培育一批尖端科學儀器制造企業”。2020年3月,中共中央政治局常務委員會召開會議提出,加快5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城際軌道交通、充電樁、大數據中心、人工智能、工業互聯網等新型基礎設施建設進度,而儀器儀表及其核心部件則是通信測試、裝備運維、智能感知和大數據獲取等的重要保障。

我國高端儀器儀表長期依賴進口,近些年我國儀器儀表產品進出口逆差都在150億美元以上,比機床等大宗機電產品更嚴重。以科學研究用大型科研(科學)儀器為例。截止2015年,中國高等學校、檢測機構、科研院所以及轉制院所等共有大型科研儀器總量為61251臺/套,其中,進口的大型科研儀器總量為46127臺/套,占中國現有大型科研儀器的75%,進口來源主要為美國、德國、日本、英國等發達國家;實際上從“八五”開始,我們國家中央和地方科研院所及高校所需大型科學儀器的進口比例就維持在90%以上,到“十一五”期間該比例達到了95.9%。

行業門類多、產品品種多、產業鏈復雜、技術保障特殊(如量值溯源),是儀器儀表區別于其他大型機電裝備的重要特征。在我國國民經濟行業分類中,儀器儀表行業屬于制造業大類,分6個中類、20個小類,分類情況如表1所示,另外在專用設備制造業中的“醫療診斷、監護及治療設備制造”也有部分儀器儀表行業內容。儀器儀表行業協會統計產品情況時,參考了儀器儀表制造業的小類,主要統計了工業自動控制系統及裝置、電工儀器儀表、繪圖計算及測量儀器、實驗分析儀器、試驗機、供應用計量儀器儀表、光學儀器、衡器、大地測繪專用儀器、電子測量儀器、醫療儀器以及其他儀器儀表等,在名稱上與行業分類描述稍有區別,統計的細分儀器儀表產品見附表1。針對科學儀器設備產品,我們國家還有大型科學儀器設備的分類與代碼標準,標準將大型科學儀器分為18類通用大型科學儀器和13類專用大型科學儀器,每類科學儀器的代表性產品分別如附表2和附表3所示。儀器儀表產業鏈結構十分復雜,下游涉及工業、農業、交通、科技、環保、國防、文教衛生、社會生活等眾多領域,產業鏈上游涉及多種電子元器件、有機與無機材料、機電配件、通信、軟件和其他各類部件等,還有區別于其他行業且必需的第三方保障技術體系(如計量、認證等)。

我國儀器儀表行業有70多年的發展歷史,先后經歷了民營、國營、資本化運作等階段。“十二五”以來,儀器儀表行業發展得到了更加系統的國家支持,國家自然科學基金委設置了“重大科研儀器研制”專項,科技部設立了“重大科學儀器設備開發”專項,工信部在多項發展政策中引導和支持儀器儀表企業實施企業升級和技術改造。目前我國已基本解決了儀器儀表的品種問題,但是我們應清醒地認識到,我們國家的儀器儀表開發長期處于跟蹤的狀態,基礎研究薄弱,產品聚集在中低端,高端儀器儀表和前沿引領性的科學儀器大量依賴進口,而且我們自主開發的儀器儀表普遍反應不好用。面對當前新的經濟和科技形勢,以及萬物互聯的時代需求,儀器儀表行業必須充分認識自身發展的現狀與問題,針對這些問題,結合我國國情,從頂層設計、行業管理、技術創新和產業發展四個方面進行深入思考,并從行業生態、服務平臺、原始創新和質量基礎等方面提出發展建議,以期這些建議能為該行業的政策規劃、產業提升和企業發展等方面提供有價值的參考。

1 現狀與問題

1.1 頂層設計

1.1.1 政策制度體系需要完善

儀器儀表產品從基礎研發到推廣應用的全生命周期,涉及科技創新政策、推廣應用政策、行業管理政策、公共服務體系建設政策、稅收優惠政策、基礎設施建設政策以及宏觀綜合政策等制度體系,因此,儀器儀表行業的高質量發展需要不同政策制度之間的協同發力。尤其是宏觀綜合政策和推廣應用政策的制定和實施,不僅需要科技、工業、質量監督檢驗等行業主管部門,還需要國防科工委、發改委、能源局、應急管理部、衛健委、農業部、自然資源部、海關等儀器儀表應用領域部門的通力配合。然而,當前我國缺少儀器儀表相關政策制度系統串聯的頂層設計與工作機制,不同政策體制之間的協同發力效果不明顯。

絕大多數儀器儀表具備測量功能,因此計量器具、計量檢定規程是儀器儀表產品發展的“基本準繩”。隨著儀器儀表技術的發展和應用領域的拓寬,我國不同領域相關計量標準、技術規范也要不斷完善。當前,我國計量標準、技術規范雖然已積極采用國際計量檢定規程,也積極參與到國際計量檢定規程的制定工作中,但在部分計量器具、量值標準與計量檢定方面,仍與國際計量體系存在差異,這樣勢必會影響我國儀器儀表產品的國際化。如2018年1月起,新的國際法制計量組織證書互認制度(OIML-CS)提出了39種計量器具及計量檢定規程,而我國目前僅具備非自動衡器、稱重傳感器、重力式自動裝料衡器、非連續累計自動衡器、高精度線紋尺等11種計量器具認證資格,且OIML證書與國內現有計量認證轉化、國內外計量檢定規程互認的工作也在積極推進中。

1.1.2 政策引導模式需要優化

隨著我國儀器儀表行業不斷發展,產品技術指標正在不斷追趕國外同類產品,但國產高端儀器儀表的系統性能、穩定性和可靠性與國外相比差距較大,尤其是精密的光學儀器、分析儀器、實驗室儀器和醫療儀器等,用戶大多因此不愿采購國產儀器儀表。該差距的產生不僅有技術原因,還有行業基礎、技術認識和政策引導等問題,關聯于整個儀器儀表行業生態。

儀器儀表對制造工藝要求高,我國行業發展史上曾出現過專用儀器儀表機床企業,專門負責制造儀器儀表用工具、配件與零部件等。近些年,雖然我國的工業基礎能力取得長足進步,但是國產通用件和基礎件的質量一般只能滿足中低端儀器儀表的技術需求,高端的儀器核心零部件大部分依賴進口。這是由于儀器儀表產品性能還帶有明顯的工匠技藝屬性,制造工藝需要長期鉆研和沉淀積累。目前國產儀器儀表技術攻關多以產品開發為主,缺少儀器儀表制造工藝研究、培育的系統攻關和積累。

國內儀器儀表企業雖然已經認識到產品工藝、產品可用性的短板,但是中小企業短期內很難靠自身力量系統研究并提升產品的系統性能。以可靠性為例,可靠性工程貫穿儀器儀表產品全生命周期的各個環節,不僅關聯產品研發,還與工藝設計、材料分析、企業管理、工裝設備改進等各方因素都息息相關,產品可靠性提升需要整個產業鏈條各環節協同發力,從而實現系統性能全面提升。但是我國儀器儀表產品開發多以功能指標為導向,可靠性系統設計缺失,導致可靠性提升大多依賴后期處理,產品迭代次數和成本很高;儀器儀表開發的用戶參與度很低,導致可靠性問題反饋不清晰、不及時,產品技術熟化環節缺失。長此以往,高端儀器儀表產品的可靠性指標與國外產品相比差距自然明顯。此外,用戶體驗不佳、可操作性差等問題也是用戶常詬病國產儀器儀表的方面。

1.1.3 國家資助方式需要改變

儀器儀表種類繁多且更新換代快,導致相關國家專項項目的部署容易碎片化。另一方面,儀器儀表的國民經濟價值一般通過主機裝備或系統才能體現,相較被服務的主機裝備,儀器儀表的顯示度較低,導致布局在儀器儀表本身的資助經費普遍偏低,但實際上儀器儀表開發的技術難度不一定比主機裝備低,有時候甚至更高。

當前,科技部、工信部、國家自然科學基金委等部門均安排了儀器儀表的專項任務。在“十三五”期間,國家重點研發計劃“重大科學儀器設備開發”重點專項接續前期基礎,系統安排了高端通用儀器、專業重大儀器和相關核心零部件的研制任務,但是在其他專項中也有儀器儀表的研制任務;此外,儀器儀表相關的傳感器等核心部件被分散到多個專項中部署。不同專項中的儀器儀表研發缺乏協同布局與規劃,一些重要的儀器項目得不到連續培育而出現中止的現象。

此外,我國儀器儀表國家專項的投資強度偏低。據統計,我國國家級科學儀器項目五年科技經費投入不及國外一個大型儀器公司一年的科技投入,而且國外儀器儀表的政府資助強度也遠大于國內,且更加傾向于儀器生產和應用企業。美國國家科學基金會(NSF)在2011年到2018年共資助儀器類基礎研究設備與設施建設約55億美元,專用型儀器的創新則通過相關聯邦機構進行分類資助,美國國家衛生研究院(NIH)、能源部(DOE)、國防部(DOD)都有固定的科學儀器與儀器設備支持專項。此外,美國政府對儀器儀表的資助分為創新性方法、系統研發和產業化三個階段,后兩階段都只資助企業,而且資助強度是創新性方法的10倍以上。

1.2 行業管理

1.2.1 管理不夠專一,共性技術弱化

我國供給側的高質量發展需要儀器儀表行業有相對明晰的行業管理部門和高層的協調機制。不同于飛機、船舶、汽車等裝備行業,儀器儀表是大數據、人工智能和物聯網等技術的應用基礎,是“新基建”七個方向高質量發展的重要支撐,是制造業“牽一發而動全身”的關鍵技術。在國民經濟和國家安全等其他行業的高質量發展中,儀器儀表在提高效率、降低成本等方面起到了四兩撥千斤的重要作用。正是認識到儀器儀表行業與其他各行業的廣泛關聯性,政府相關部門均對儀器儀表行業的發展給予了支持,主要職責包括研究擬定發展政策法規、研發投資、組織制訂技術標準和計量認證、行業管理服務等。然而,對于促進儀器儀表行業的創新發展,并未設立比較明確的管理機構,使儀器儀表行業信息、需求等及時準確反映給政府部門的渠道模糊,管理服務體系分散,行業技術發展的系統性和完整性難以保證。

尤其是儀器儀表從樣機到產品所需的共性關鍵技術重視不夠,整個行業層面的共性技術服務能力嚴重弱化。例如,國產儀器儀表的可靠性不足、共性工藝缺失等已成為行業公認的問題,但是這些共性技術涉及產品設計、生產制造和質量管理等多方面,中小企業普遍沒有充裕的技術和資金能力解決上述問題;另一方面,專業做可靠性研究的機構難以獲得宏量的儀器儀表企業管理和產品全生命周期的數據,相關研究的針對性、可信性和實用性大打折扣。

1.2.2 行業特征明顯,中小企業為主

我國儀器儀表行業缺少與賽默飛、島津、羅氏、福祿克等類似的國際龍頭企業,行業的經濟運行情況由中小企業主導。近些年,美國《化學與工程新聞》雜志(C&EN)每年都會公布銷售排名前20的全球儀器公司榜單,但是中國目前沒有一家企業上榜。2019年儀器儀表行業規模以上企業有4451個,總計主營業務收入為7242.64億元(作為對比,華為2019年的營業收入為8588.33億元)。其中,年營業收入超過50億元的企業鳳毛麟角。

行業內部存在較嚴重的結構性矛盾。根據海關統計,2019年我國進口儀器儀表總額為519.93億美元,出口總額為338.38億美元,進出口逆差達181.55億美元。按照行業協會分類依據進行梳理,全行業僅供應用計量儀器儀表、衡器、繪圖計算及測量儀器、大地測繪專用儀器四個子行業為順差,行業存在低端(如電度表、水表、煤氣表)產能過剩、高端能力(如大型科學儀器)不足的問題。結合行業營收規模,進一步可粗算出,2019年我國國內市場需求約為8495.06億元(主營業務收入+進出口逆差),國產自給比例約為57.78%。上述數據也說明,國外企業雖然僅占領國內市場42.22%左右的份額,但是國外企業主要占領了高利潤的精密光學儀器、分析儀器、實驗室儀器和醫療儀器等中高端市場。

1.2.3 行業熱度偏低,企業人才缺乏

儀器儀表行業的主要對口人才供給專業為精密儀器及機械、測試計量技術及儀器(本科生專業為測控技術與儀器)。某就業平臺統計了測控技術與儀器專業的333份就業樣本,數據顯示僅有26%的就業去向是儀器儀表或工業自動化行業。再以清華大學精儀系為例,該系2018年簽訂三方協議就業人數共計55人,絕大部分去往科學研究和技術服務業,軟件和信息技術服務業,大中型制造企業以及軍工單位等,只有不到10%的畢業生去往儀器儀表企業。這與儀器儀表行業的薪酬水平以及現階段畢業生面臨的巨大生活壓力有密切關系。

不僅對口專業畢業生到本行業就業情況不樂觀,企業缺少創新人才已是普遍問題。我們密切跟蹤了國家重點研發計劃“重大科學儀器設備開發”專項的若干項目,我們了解到牽頭企業參與項目的高級職稱人數占項目總人數的比例基本都不到10%,考慮到這些企業已代表了國內儀器研制的較高技術水平,行業企業整體從業人員的高級人才比例會遠低于10%。中國科學儀器行業技術創新人力資源的結構特點是研發人員和軟件開發人員在企業從業人員中的占比高于美、德等國家,但是高學歷從業人員和技術支持人員的占比則相對不足,而且軟件開發者較多,很可能意味著儀器硬件產品開發能力存在較大不足的問題。

1.3 技術創新

1.3.1 自主創新活動需要多方共同發力

高端儀器儀表的開發屬于典型的智力密集型科技活動,儀器儀表企業是我國儀器儀表產品創新研發的核心主體。但是正如上述分析,儀器儀表企業缺乏高端人才,導致企業作為科技創新主體的地位難以保障。針對這個問題,國家采取了產學研結合等措施,這些措施能夠實現技術的聯合攻關,但企業缺少創新人才的問題并未從根本上得到解決。需求量很少、研發代價大的儀器儀表并不適合企業開發,例如大型科學裝置用儀器、基礎理論研究用儀器、精密計量儀器、空天裝備專用儀器等不僅需求少,研發周期長、門檻也高,企業不愿做、做的困難也大;可靠性、穩定性、安全性和人機關系等技術是儀器儀表的共性技術,是解決儀器能用但不好用問題的關鍵,國家應該更加關注和支持,但是企業攻關這些技術往往只針對自家產品,且不愿共享給整個行業,加之該類共性技術和相關裝備平臺的開發投資強度大、建設周期長。因此,基于我國儀器儀表行業中小企業居多的現狀,企業是否適合作為上述技術或儀器開發的創新主體值得商榷。

1.3.2 技術創新模式需要適應發展需求

國際先進的儀器儀表企業一般都遵循“探索一代、儲備一代、研發一代、生產一代”的戰略布局,國內跟蹤對標的產品往往是國外“生產一代”的產品,這樣的創新生態已固化在我國儀器儀表基礎科學研究、關鍵技術攻關和產品開發的各個環節。這種生態的形成有歷史和社會原因,因為跟蹤的優勢是目標可預期、集成開發周期短,再輔以價格優勢,因而能夠在短期內取得一定的經濟和社會效益。

但隨著國際科技競爭形勢的發展,跟蹤創新的問題逐漸顯現:一是跟蹤儀器儀表的實體和軟件相對容易,但是工藝細節卻大量缺失,例如裝配精度、標校技術、工藝應力、管理與工作紀律等,這是導致國產儀器儀表可靠性和穩定性差的重要技術原因;二是集成創新的基礎是能進口核心零部件,但是該類核心零部件一旦進口延遲或受限,儀器的研發周期就會推遲,這會嚴重影響企業發展以及某些重點行業的應用;三是跟蹤創新往往只能發生在已探索過的領域,或是在已被發現或證明的原理方法的基礎上開展,產生的成果也多為改進式創新成果。未來的高端通用儀器將更加智能,專用儀器向尖端專業方向不斷發展,關鍵部件也將呈現多樣化、集成化、小型化和標準化的發展趨勢,但是跟蹤創新的思維慣性制約了自主探索發現的可能性,自然也就難以實現技術超越。

1.3.3 國際合作交流需要優化引智方式

針對上述跟蹤創新的問題,國家和行業越來越重視儀器儀表的基礎研究和國際先進技術的借鑒,以期在時間和空間上減小與國外先進技術的差距。但查閱文獻和技術資料、參加學術會議等形式都屬于遠觀式技術借鑒活動,僅能夠了解到國外先進儀器儀表技術是什么、做到了何種程度,但是無法了解先進技術產生和推進的過程。進一步地,不少學者和技術人員能夠有長短不一的出國學習和實地調研的機會,旁觀到國外先進的儀器儀表技術,但是深入了解到先進技術產生的源動力、理念和方法等更高層次的技術內涵有限。國家已認識到這樣旁觀和遠觀式借鑒國際先進技術存在局限性,因此近些年出臺了一些海外人才引進措施,但是有些措施帶來了政治風險,這給國際學術和科技交流造成較多障礙。

1.4 產業發展

1.4.1 “技術訣竅”特點顯著,宏觀標準慎重制定

儀器儀表設計方法、材料配方、工藝流程與工裝、標校技術等都是影響最終產品質量的“技術訣竅(know-how)”,研發機構和制造企業需要花費大量資源進行技術攻關和實踐檢驗,才能夠逐步積累和掌握。這些“技術訣竅”是儀器儀表產品的核心能力,除去能夠專利化的信息外,往往更多的是企業專有技術,是企業嚴格保密的內部資料與信息,甚至僅通過掌握技術訣竅的個人進行指導或傳授。因此,儀器儀表高新技術企業十分關注非專利性質知識產權的保護與管理,宏觀性技術標準的工作自然也應十分慎重,要區別于大宗類機電產品。

調研分析國內外儀器儀表相關標準現狀可知,在國際標準層面,國際電工技術委員會(IEC)與國際標準化組織(ISO)的儀器儀表標準大多為方法標準,針對儀器本身性能的標準很少,例如分析儀器的國際標準,僅有20余項涉及了產品性能;美國、歐洲各國和日本的國家標準也大量采用國際方法標準,本土研制標準較少。各國儀器儀表行業主要使用團體標準、企業標準,如美國材料試驗協會(ASTM)、美國電氣和電子工程師協會(IEEE)、德國機械工程師協會(VDI)等各類協會/學會標準,以及安捷倫、德圖、德州、哈希等龍頭儀器企業的企業標準。目前,我國儀器儀表相關的國家標準多為通用方法標準,核電儀器、教育儀器、光電子等不同標委從用戶角度對儀器儀表提出了應用技術規范。因此,高端儀器儀表研發、制造、檢測等涉及產品性能的專有技術是否適宜制定行業、國家等宏觀性標準,需要慎重考慮。

1.4.2 產業鏈各環節銜接不夠,核心部件依賴進口

儀器儀表的研發、制造與應用需求應形成緊密聯系的產業鏈閉環,儀器整機制造企業應聚集一批核心零部件制造企業,而且有必要、有責任優先培育一批本土核心零部件制造企業,華為在5G和手機芯片領域的產業布局值得國內儀器儀表大企業借鑒。

可從研發、生產和應用三個角度具體解釋產業鏈的問題。高校以自由探索為導向的研發居多,普遍缺乏從設計到產品應用的全鏈條研究和持續資助機制,科研人員對核心工藝、標校技術研究和理解的深度不足,儀器儀表科技成果轉化率較低;國內儀器儀表中小企業沒有能力長期開展自主創新研發,也沒有資金主動建立良性的產學研合作,企業缺乏基礎共性技術積累和復合型技術人才,產品多以跟隨研發為主;國產儀器儀表集中在中低端產品應用和同質化市場競爭,產業競爭和技術發展不協調。此外,儀器儀表的計量與檢測正在面對量子計量的新一代計量體系變革,產業鏈其他環節并未及時跟進發展。

核心零部件過分依賴進口是國產儀器儀表產業鏈的重大瓶頸問題。儀器儀表行業需要遵循全球產業鏈協同發展的模式,但是在我國制造業高質量發展的現階段和國際貿易競爭的新形勢下,儀器儀表核心零部件過分依賴進口的現狀已嚴重制約我國儀器儀表企業的發展,進而嚴重影響了我國儀器儀表行業對國民經濟和國防安全的保障能力。目前我國高端儀器儀表產品需要的源部件、傳感器與探測器等關鍵核心零部件市場基本被國外企業占領,儀器儀表整機廠家利潤空間被嚴重壓縮,產業鏈短板長期存在且愈發嚴重。

1.4.3 行業品牌建設周期很長,投資規模普遍偏低

儀器儀表是典型的高技術和高智力密集的行業和產品,儀器儀表的研發周期很長,需要十幾年、甚至幾十年的技術沉淀和智力投入,才能達到預期的技術效果和長期的收入效益。高端儀器,尤其高端科學儀器研制難度更大,需要長期資金投入,推廣應用和品牌建設需要長期不懈努力。賽默飛、島津、羅氏、福祿克等國外一線儀器儀表企業,都經過了數十年長期投入與積累,才能造就國際品牌,而且這些儀器企業研發投入仍保持高速增長,還吸收了大量政府和行業的項目資助。

雖然我國儀器儀表行業并不缺乏上市公司,但是投資規模普遍偏低、產品開發各環節投資不均衡。截止2019年,我國現有儀器儀表行業規模以上企業達到4400余家,還有不少儀器儀表高新技術產業園區與大學孵化器,但我國儀器儀表行業在主板上市的公司僅有4家,而中小企業板塊有9家、創業板有12家、新三板有150余家、科創板有6家,可見我國儀器儀表上市企業以中小企業為主,投資規模普遍偏低。此外,社會投資基本都集中于產業化成熟度較高的產品與企業,而且投資方式也很少對儀器儀表前期研發、基礎工藝材料與系統性能設計等方面進行支持,但是這些恰恰是儀器儀表最需要資金投入與項目支持的環節。

2 思考和建議

2.1 頂層設計

2.1.1 補齊體系短板,聯合推動生態建設

儀器儀表行業生態體系健全與制度完善應是首要任務。主管部門、行業組織、研發機構和企業等各層級、“政產學研用金智媒”各主體要全面協同參與,近些年國家在頂層設計和產業政策方面做了很多工作,出臺了科技成果轉化、產業鏈協同、采購和稅收等行業利好政策,建議下一步重點要放在創新、監督、服務等體系短板方面,使儀器儀表的生態體系更加完善。

在創新體系建設方面,要根據國家科技創新和經濟建設需求,處理好長遠發展和近期成效的關系。統一布局科研專項、基地和人才培養、技術創新引導基金等,合理協調、彼此互補,建立企業和專業研發機構并行的“雙主體”創新體系,發揮各類重點實驗室、創新中心和工程中心等在技術創新方面的作用,解決可靠性、穩定性、高精度、工藝、批量化校準等不適合中小企業主導的基礎共性技術問題。對于高端儀器儀表技術,國家要發揮有形之手的作用,更大力氣地支持企業與研究單位聯合,突破中高端產品所需的基礎工藝、工具工裝、零部件、質控軟硬件、標校技術等,以高端產品開發引領技術創新,縮短國際差距,贏得用戶信任。

在監督服務體系建設方面,鼓勵國家級企業技術中心與高等院校、科研機構合作,共建國產高端儀器儀表檢驗檢測試驗基地和共性工藝(鍍膜、焊接、熱處理等)開發平臺,積極開展企業標準體系建設服務、測試等行業支撐技術研究與檢驗檢測、標準認證與符合性評估等監督工作。注重儀器儀表行業監督體系的運行與考核建設,從法律法規、標準行規等方面推動儀器儀表行業監督與服務的規范化。

在服務體系建設方面,通過建立第三方公共服務平臺,開展行業基礎共性技術研究和行業服務,為政府規劃管理提供精準支撐。服務平臺需要研發積累可靠性等行業基礎共性技術,具備標準化、知識產權、計量、檢測和技術推廣等公共服務能力,為國產儀器儀表制造商提供可靠性及穩定性等的優化改進建議和方案,為政府部門系統梳理全產業鏈的問題,推動行業技術理論、工藝、標準、檢測和計量等共性基礎技術服務體系不斷完善,以及人才培養體系的不斷完善。

2.1.2 政府聯合引導,制造商和用戶牽手

為解決當前國產儀器用戶“不想用”、“不愿用”的現狀,國家已出臺了一些讓用戶“敢用”的支持政策。例如,2019年工業和信息化部發布的《首臺(套)重大技術裝備推廣應用指導目錄(2019年版)》(工信部裝函〔2019〕428號)中,首次將高端儀器納入重大技術裝備首臺(套)保險補償政策支持,加大對重點創新產品的支持力度,這些政策切實促進了國產儀器儀表產業的發展,但是對用戶主觀能動性的調動尚顯不足。

政府部門聯合引導的“制造商+用戶”發展模式是值得推廣與探索的有效模式。這種模式的基本思路是行業主管部門與用戶主管部門先要達成共識,再通過政策聯合引導,以問題為導向,精準協同投入部門資源,鼓勵和支持重點工程用戶與儀器儀表企業深度綁定,聯合攻關與共同開發,促進儀器儀表制造商的基礎技術研發與用戶需求互動發展,是一種產業鏈各環節互融共生、分工合作、利益共享的一體化組織模式。“十三五”期間,我國通過“工業強基工程”積極開展儀器儀表行業重點產品和工藝的研發,例如,2019年工業和信息化部公布的《2019年度工業強基工程重點產品、工藝“一條龍”應用計劃示范企業和示范項目名單》(工信廳規函﹝2020﹞2號)中,在軌道交通、機械、汽車、船舶等領域積極展開儀器儀表產品與服務應用推廣。聯合開發過程中會產生科技攻關難題,這些難題又會通過多種渠道反饋,獲得精準支持和解決。該模式已取得積極成效,是政策體系協同的良好探索,給國產儀器儀表產品的性能改進提供了機會,值得推廣應用。

2.1.3 強化政府協同,精準配置國家資源

由于儀器儀表行業與各行各業均息息相關,應在不同行業主管部門之間建立聯席機制,強化政策制度體系之間的協調部署。用好政策制度,鼓勵用戶參與產品開發,長線規劃攻關科學儀器關鍵核心零部件,優先支持研發依賴進口的、空白的儀器儀表產品,引導重視制造工藝和共性技術積累。在政府層面有效精準配置國家資源,開展全鏈條設計,從原理創新、基礎研發、工程化、產業化等方面,建議科技部、工信部、國家自然科學基金委、國家發改委、教育部等全鏈條統籌部署技術研發和產業化投入,優先考慮滿足我國國民經濟安全和國防建設的重大戰略需求,推動量大面廣、共性急需的儀器儀表技術研發與產業化轉化。建議央地資源多維度協同,地方政府應優化資源配套模式,避免重復支持研發和建設,一方面可以將地方資源納入國家專項統籌部署地方定向任務,另一方面也可對中標國家項目的地方企業給予保障性配套。

2.2 行業管理

2.2.1 建立公益機構,強化共性服務能力

我國儀器儀表行業應加強專門的行業管理公益機構的建設,統一聯系和支撐該行業的各政府管理部門。該機構應負責收集、匯總行業數據、監督行業發展態勢,及時了解行業各層面的技術經濟現狀和問題,進而給國家相關政策規劃的制定和調整提出針對性建議;該機構還要負責行業發展預測,要讓該行業前瞻性配合整個國民經濟的發展,而不是國家、社會突然有重大需要時才能獲得脈沖式的支持和發展。例如高流量呼吸濕化治療儀、高頻呼吸機、體外膜肺氧合機(ECMO)等高端醫療儀器設備不僅大量缺乏而且過分依賴進口,在新冠疫情爆發期間才獲得社會高度關注和國家相關支持,但是遠水解不了近渴;另一方面,額溫槍、紅外測溫儀等中低端醫療儀器市場也被疫情引爆,瘋狂囤貨,哄抬物價,亂象衍生。這次疫情暴露的上述問題充分說明,我國儀器儀表行業需要有專門的管理機構全面掌握行業數據,完善技術和產業體系建設,強力服務行業發展,才能使儀器儀表行業正常應對類似突發狀況。

同時,該機構要不斷強化為行業企業,尤其是中小企業,提供共性技術服務的能力。儀器儀表企業是該服務平臺的技術輸入方,儀器儀表的原理和設計屬于企業的“know-how”,但是在制造、測試、標準和計量等共性技術和平臺方面,應由該機構承擔建設或統籌行業資源發展,提高行業資源利用效率,同時不斷積累行業共性技術。儀器儀表用戶為該服務平臺的技術需求方,平臺要具備量化需求的能力,探索通過采取會員制度等措施,吸引和留住儀器儀表用戶。平臺肩挑供需兩側,逐漸形成良好的“用戶+共性服務平臺+中小企業群”的發展模式,加快儀器儀表由技術創新到產品化的推進速度,解決國產儀器儀表能用但不好用的共性問題。

2.2.2 持續培育龍頭,發展專精單項冠軍

儀器儀表行業需要世界級的儀器儀表制造龍頭企業。龍頭企業掌握產品定價話語權,主導制定行業國際國內標準,引領行業發展方向,肩負開拓市場、科技創新和帶動上游產業鏈的重任,有明顯的行業人才和資金吸引力,以及帶動區域經濟發展的輻射帶動作用。我國應該選取工業基礎好、市場需求大、進口依賴強的儀器儀表制造門類,從政策、金融、財稅、人才和技術等行業生態核心要素出發,持續培育和發展儀器儀表制造型龍頭企業。圖1為2019年我國儀器儀表行業產品進出口統計,分類參考行業協會統計分類依據,我國近五年的儀器儀表產品進出口趨勢與此類似。結合統計數據,應該重點在電子測量儀器、醫療儀器、工業自動控制系統及裝置、實驗室分析儀器、光學儀器等儀器儀表細分行業里持續培育制造型龍頭企業。

另外,更重要的是,儀器儀表行業必需大力發展單項冠軍企業。“單項冠軍”是指在某些特定細分產品市場,生產技術或工藝國際領先,某類產品市場占有率位居全球/全國前列的企業。儀器儀表產業具有多品種、小批量、定制化、高科技、高水平的特點,非常符合“單項冠軍”的理念。美國一半以上的儀器技術創新由中小儀器企業完成,德國有一批幾十年甚至上百年的“專、精、特”儀器企業。我們應該充分發揮龍頭企業的吸附效應,以及共性服務平臺的支撐作用,持續培育一批源部件、探測器與傳感器、分析分離控制部件等儀器儀表核心零部件的單項冠軍企業,一方面解決我國儀器儀表“空心化”的問題,另一方面與儀器儀表整機制造龍頭企業相互依托,形成優勢互補的產業集群格局。

2.2.3 政產學研協同,推動人才服務企業

在行業人才吸引力不足的情況下,政府應出面引導。強化政產學研協同機制,高校、科研院所和產業界應共同參與國家科技和產業規劃的制定,兼顧基礎前沿技術、共性關鍵技術和產業化技術,統籌中央、地方和企業資源,設立一定比例的地方和企業定向委托任務,在績效評價中增加企業和用戶評價的權重,引導和持續支持高校、科研院所的高層次人才團隊,長期固定為企業開展服務。科技部最近印發了《關于科技創新支撐復工復產和經濟平穩運行的若干措施》(國科發區〔2020〕67號),《關于開展科技人員服務企業專項行動的通知》(國科辦函智〔2020〕59號)等鼓勵科技人員服務企業的規范性文件,儀器儀表企業可以參考調整人才策略。儀器儀表企業要創新發展問題的解決模式,積極參與國家和地方政府、高校和科研院所的研究規劃和人才培養,用企業問題引導研究方向和人才教育,為能夠解決企業問題的科研人員提供必要的研發經費,面向在讀博士和在站博士后設立短期就業崗位和薪酬福利待遇,將高校和科研院所的研究團隊固化為企業長期外聘的“技術部門”。高校和科研院所要鼓勵企業參與測控與儀器專業的人才培養,建立共同研究和聯合培養制度,要將科技人員服務儀器儀表企業情況作為職稱評審、崗位競聘、學位評定、人才遴選等的重要依據。

2.3 技術創新

2.3.1 關注共性問題,補齊技術創新短板

我國儀器儀表行業正處在從多品種發展往高品質發展的轉型期。經過國家多個五年科技計劃的持續支持,我國儀器儀表自主創新能力得到了加強,儀器儀表品種的問題已基本解決。但是國產儀器儀表的推廣應用仍受限于可靠性、穩定性等品質問題,因此“十三五”期間的國家重點研發計劃“重大科學儀器設備開發”重點專項特別強調“全鏈條部署,一體化實施”,要開發“皮實耐用”的儀器,對每個項目的可靠性均提出了量化考核要求。但是針對現階段我國儀器儀表行業的實際情況,儀器儀表可靠性、計量校準等共性技術研究并不適合企業牽頭,不少企業對可靠性認識不足、研究可靠性的經費、硬件、人才準備也不夠,出現了疲于應付考核指標驗證的問題。建議在后續的儀器儀表科技專項部署中,將儀器的可靠性、計量校準、標準化等共性技術研發任務單獨招標,由專業測試、計量、校準和標準化公益機構為企業儀器開發項目精準服務,這樣安排的優勢在于企業節省人力和物力,公益機構能夠不斷積累行業共性技術,同時國家和行業資源利用效率得到提高,能有效避免重復建設。

2.3.2 重視基礎研究,帶動行業跨越發展

除了繼續跟蹤式開發高品質的儀器儀表,還要從源頭創新實現跨越發展。在科學技術發展史上,我國錯過了19世紀的科學技術大爆發時機,西方發達國家幾乎壟斷了熱力學、光學、電磁學、化學、地質學、生物學、人類學等學科的重大突破,我們國家儀器儀表行業的測試技術自然也長期處在跟蹤式發展階段。但是歷史也告訴我們,去羅馬的路不止一條,對于同一物質量的測量可以基于不同的原理,可以采用不同的方法,例如表2所示的壓力測量方法的統計,一些新的壓力測量原理不斷被開發和應用。技術可以跟蹤,但是創新不能跟蹤,我們在解決當前儀器儀表需求的同時,還要著眼未來測試技術。在未來5-10年,專用儀器儀表的基礎前沿屬性更加明顯,因此要注重測試計量技術的基礎性創新研究,儀器儀表核心基礎部件的開發,以及TRIZ理論(發明問題解決理論)等創新方法在儀器儀表領域的應用教育。當然,我們也要慎重對待原始創新的不確定性和風險。

2.3.3 深化國際合作,鼓勵引智到岸創新

為了跳出跟蹤國外成熟產品的創新模式,建議加強原始創新的國際合作以及國際力量引入國內的合作,以囯際重大合作項目為抓手,或者聯合國際力量參與國內專項研發工作,側重聯合開發國際空白的創新型儀器儀表,使我國與發達國家從新型儀器儀表的基礎原理和方法研究階段就深度綁定,共同推動新型儀器儀表在國內外的技術發展和產業化,最后同步共享技術成果,當然同時也必須配套完善相關知識產權的法律、法規和規章制度。另一方面,應探索智力和知識產權引進新模式,積極推動和參與儀器儀表的囯際標準化活動,加強儀器儀表的輸入型囯際學術交流和展覽活動,優化科技人才到岸政策,將國際上有發展潛力的儀器儀表科技力量引入國內,在本土行業環境下開展儀器儀表技術協同攻關和產業化推廣,盡量減少消化吸收的磨合階段,縮短新型儀器儀表的研發周期。

2.4 產業發展

2.4.1 完善標準體系,避免企業技術流失

儀器儀表產業的標準體系建設要處理好標準類型和技術類別的關系。應在國家、行業標準規范中引導重視儀器儀表的基礎共性技術,如測試應用要求、可靠性方法、環境、包裝和運輸儲運、質量控制抽樣方法、性能表示、通信傳輸要求、安全要求等。鼓勵利用企業標準規范儀器儀表的“技術訣竅”,避免關鍵技術因人而存,避免制造水平因人而異,同時把關鍵核心技術留在企業,做好自我技術保護。積極鼓勵協會、學會、標委會走進企業服務,幫助不同產品領域的“尖子”企業建立完善的高水平企業標準化體系,而不是被動地靠某些特定企業向協會學會輸出團體標準。在國際標準化方面,建議以囯內儀器儀表行業需求為輸出,積極推動和參與囯際標準制訂,推動國際力量貢獻囯際智慧。

2.4.2 打造產業集群,培養核心部件企業

集群發展有整合產業鏈各環節的時空優勢,是適合儀器儀表行業的發展模式。產業集群內部的單個企業絕大部分屬于中小企業,但是整個集群卻具有顯著的規模優勢和很高的市場占有率。政府應從政策和財政上鼓勵儀器儀表競爭性企業以及與這些企業互動關聯的合作企業、專業化供應商、服務供應商、相關產業廠商和相關機構(如大學、科研機構、制定標準的機構、產業協會等)聚集在特定地域,例如北京、重慶、杭州、西安、丹東、無錫、鄭州、承德、蘇州等,支持傳感器及儀器儀表優勢地域開展技術和產業集群發展;或者配合國家推動的大科學裝置或高技術產業布局,在北京懷柔、上海張江、粵港澳大灣區等建立科學儀器產業集聚高地,培養一批有國際影響力的龍頭儀器企業和有特色的“單項冠軍”企業。

另一方面,必須下大力氣培育國產零部件供應商等產業核心企業,尤其是涉及產業安全的、單一來源的儀器儀表核心零部件。儀器儀表行業要有統一的底線思維,即產業鏈上不能存在“一卡就死”的環節,而核心零部件是儀器儀表產業鏈上最可能發生該問題的方面。因此,應聚焦重大專項、重大工程需要的儀器儀表,自主攻關其核心零部件。而且核心零部件研發周期很長,一旦確定支持就要持續支持,不能追求短平快。此外,建議從政策、稅收等方面,加大對核心零部件與功能部件企業的支持力度,用好“揭榜掛帥”(《關于印發制造業設計能力提升專項行動計劃(2019-2022年)的通知》(工信部聯產業〔2019〕218號))、“一攬子”和“一條龍”(《工業強基工程實施指南(2016-2020年)》)等支持模式,培育一批能“傳承百年”的核心零部件企業。

2.4.3 優化支持模式,宏觀引導金融投資

鑒于目前儀器儀表行業在國民經濟中的地位和現狀,決定了行業現階段得到財政支持的力度相對較小。因此要把有限的財政資金用好、用準,支持共性技術,搭建公共平臺,營造健康生態,精準扶持中小企業。

財政資金要向研究共性技術和具備技術熟化能力的產業公共平臺傾斜。儀器儀表的原理和種類繁多,有限的國家財政資金不僅要重點支持國家重大需求的產品研制開發,更要注重培育技術熟化的產業公共服務平臺,例如共性的工藝和測試平臺,這樣的平臺能夠服務于眾多的行業中小企業,平臺選定的熟化技術也具有相對高的產業化可行性,社會資本持有者可以通過該平臺遴選有潛力的高新技術企業,而且平臺本身也比一般儀器儀表企業具有更高的成長空間和投資潛力。

通過扶持儀器儀表中小企業發展的專項基金、貸款等金融方式,緩解儀器儀表行業的廣大中小企業融資困境。雖然社會資本對單個儀器儀表中小企業的興趣有待提高,但是在信息化社會發展的今天,儀器儀表行業整體具有良好的政治環境和上升趨勢,因此國家可以設立更加專業的行業專項引導基金,以宏觀的總體正收益前景,吸引社會資本融入該行業專項引導基金。基金會跟蹤國家儀器儀表相關科技和產業專項,支持績效評估為優秀的中小企業項目,針對不同類型的項目采取無償資助、貸款貼息、過程補助和后補助等不同方式,接續支持其產業化發展,促進國產儀器儀表的產業化推廣應用,保證專項金融資金取得投資效益,社會資本自然也會受益。這樣的操作模式可撬動地方政府、金融、創投、保險、民營資本等多方資源投入,精準支持儀器儀表行業的公共服務平臺和有發展潛力的中小企業,達到多方共贏的目的。

機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所一直立足儀器儀表共性基礎技術和產業政策研究,服務各級政府和企業用戶,承擔傳感器及儀器儀表、測量控制與自動化等領域綜合性科研任務,致力為儀器儀表產業發展貢獻智慧和力量,取得了一批被政府和企業認可的研究成果。我國經濟社會發展“質量”的可量化、可考核、可計量必須有強大的儀器儀表產業作為支撐,通過我所長期的產業服務經歷和大量企業用戶調研表明,目前我國該產業的發展遠不能滿足國家基礎研究、經濟發展和國防建設等的迫切需求。近期,國際形勢的劇烈變化與儀器儀表產業密切相關,戰“疫”所需高端傳感器和儀器大量依賴進口,新基建又為儀器儀表產業提供了巨大需求市場。在這樣的歷史與現實雙重背景下,我們撰寫此文呼吁各方協同發力,精準施策,共同推動我國儀器儀表行業的高質量發展。

(作者為機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所 歐陽勁松 杜曉輝 方毅芳)

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