國外儀器儀表的發(fā)展趨勢
一、國外儀器儀表發(fā)展概況
50年代初期，儀器儀表取得了重大突破，數(shù)字技術的出現(xiàn)使各種數(shù)字儀器得以問世，把模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級，為實現(xiàn)測試自動化打下了良好的基點。60年代中期，測量技術又一次取得了進展，計算機的引入，使儀器的功能發(fā)生了質的變化，從個別電量的測量轉變成測量整個系統(tǒng)的待征參數(shù)，從單純的接收、顯示轉變?yōu)榭刂�、分析、處理、計算與顯示輸出，從用單個儀器進行測量轉變成用測量系統(tǒng)進行測量。70年代，計算機技術在儀器儀表中的進一步滲透，使電子儀器在傳統(tǒng)的時域與頻域之外，又出現(xiàn)了數(shù)據(jù)或（Data domain）測試。80年代，由于微處理器被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向發(fā)展，過去直觀的用于調(diào)節(jié)時基或幅度的旋轉度盤，選擇電壓電流等量程或功能的滑動開關，通、斷開關鍵已經(jīng)消失。測量系統(tǒng)的主要模式，是采用機柜形式，全部通過IEEE-488總線送到一個控制品上。測試時，可用豐富的BASIC語言程序來高速測試。不同于傳統(tǒng)獨立儀器模式的個人儀器已經(jīng)得到了發(fā)展。90年代，儀器儀表與測量科學進步取得重大的突破性進展。這個進展的主要標志是儀器儀表智能化程度的提高。突出表現(xiàn)在以下幾個方面：微電子技術的進步將更深刻地影響儀器儀表的設計：DSP芯片的大量問世，使儀器儀表數(shù)字信號處理功能大大加強；微型機的發(fā)展，使儀器儀表具有更強的數(shù)據(jù)處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；VXI總線得到廣泛的應用。
國外儀器儀表發(fā)展特點：
1、新技術的應用。目前普遍采用EDA（電子設計自動化）、CAM（計算機輔助制造）、CAT（計算機輔助測試）、DSP（數(shù)字信號處理）、ASIC（專用集成電路）及SMT（表面貼裝技術）等。
2、產(chǎn)品結構變化。注重性能價格化。在重視高檔儀器開發(fā)的同時，注重高新技術和量大面廣產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)。注重系統(tǒng)集成，不僅著眼于單機，更注重系統(tǒng)、產(chǎn)品軟化，隨著各類儀器裝上了CPU，實現(xiàn)了數(shù)字化后，軟件上投入了巨大的人力、財力、今后的儀器歸納成一個簡單的公式：儀器=AD/DA+CPU+軟件，AD芯片將模擬信號變成數(shù)字信號，再經(jīng)過軟件處理變換后用DA輸出。
3、產(chǎn)品開發(fā)準則發(fā)生了變化。從技術驅動轉為市場驅動，從一味追求高精尖轉為“恰到好處”。開發(fā)一項成功產(chǎn)品的準則是，用戶有明確的需求；能用最短的開發(fā)時間投放市場；功能與性能要恰到好處；產(chǎn)品開發(fā)準則的另一變化是收縮方向，集中優(yōu)勢。
4、生產(chǎn)技術注重專業(yè)生產(chǎn)，不大而全。生產(chǎn)過程采用自動測試系統(tǒng)。目前多以GP-IB儀器組建自動測試系統(tǒng)。生產(chǎn)線上盡是一個個大的測試柜，快速地進行自動測試、統(tǒng)計、分析、打印出結果。
二、國外儀器儀表發(fā)展趨勢
1、自動化儀器的發(fā)展趨勢
工業(yè)自動化控制儀表主要包括變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥等設備，控制儀表從基地式調(diào)節(jié)器（變送、指示、調(diào)節(jié)一體化的儀表）開始，經(jīng)歷了氣功、電動單元組合儀表到計算機控制系統(tǒng)（DDC），直到今日的分散控制系統(tǒng)DCS。DCS已經(jīng)走過了20多年的里程，DCS以其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開放的聯(lián)網(wǎng)能力等優(yōu)點，得到迅速的發(fā)展，成為計算機工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。PLC以其結構緊湊、功能簡單、速度快、可靠性高、價格低等優(yōu)點，迅速獲得廣泛應用，已成為與DCS并駕齊驅的另一種主流工業(yè)控制系統(tǒng)。目前以PLC為基礎的DCS發(fā)展很快，PLC與DCS相互滲透、相互融合、相互競爭，已成為當前工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 DCS經(jīng)歷了初創(chuàng)（1975-1980）、成熟（1980-1985）、擴展（1985年以后）幾個發(fā)展時期，在控制功能完善、信息處理能力、速度及組態(tài)軟件等方面取得令人矚目的成就，已經(jīng)成為計算機控制系統(tǒng)的主流。當今幾乎每個發(fā)達國家都生產(chǎn)自己的DCS，生產(chǎn)廠家一百多家，已銷售幾萬臺套。主要生產(chǎn)廠家集中在美國、日本、德國等多家公司，如美國霍尼韋爾（Honewell）的TDC300、TDC3000X、S9000；Foxboro的I/AS；Westing house的WDPF；ABB的MOD300；日本橫河（YOKOY2 W2）的CENUM、Mxl；日立的HIACS3000、5000；德國西門子（Siemens）的TelenermM、SIPAOS200；貝萊（BAILEY）的N90。
目前世界上約有200家PLC生產(chǎn)廠家，目前占控制市場份額30%。主要生產(chǎn)廠家有美國的AB公司、莫迪康公司、GE公司、德國的西門子公司、法國的TelemeCangue公司、日本的歐姆龍公司、三菱電機公司。PLC將與IPC、DCS集成，PLC逐漸成為占自動化裝置及過程控制系統(tǒng)最大市場份額的產(chǎn)品。據(jù)美國專家預測，到2000年PLC占控制市場份額將超過50%。
現(xiàn)場總線技術是九十年代迅速發(fā)展起來的一種用于各種現(xiàn)場自動化設備與其控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信技術，是一種用于各種現(xiàn)場儀表（包括變送器、執(zhí)行器、記錄儀、單回路調(diào)節(jié)器、可編程序控制器、流程分析器等）與基于計算機的控制系統(tǒng)之間進行的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。有人預測：基于現(xiàn)場總線FCS（Fieidbus ControlSystem）將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角，Internet和Intranet技術也將進入控制領域，計算機自動化系統(tǒng)滲透到企業(yè)從生產(chǎn)到管理、直到經(jīng)營的方方面面。
全球的自動化儀表產(chǎn)品市場需求將快速增長。過程自動化儀表產(chǎn)品市場銷售額，在1996年達到461億美元，到2001年將增長到599億美元，預計到2006年將達到700億美元。從1996年到2001年間的年平均增長率為3.9%，而從2001年到2006年年平均增長率將達到4.6%，以不變價格計算，則2006年的銷售額為761億美元。主要應用于玻璃、陶瓷、鋼鐵和有限金屬工業(yè)、軋鋼和鋁板材工業(yè)、化學、食品和制藥業(yè)、石化工業(yè)、紙漿和造紙業(yè)、環(huán)保、礦山、石油和天燃氣工業(yè)等。
在1996年的自動化產(chǎn)品，系統(tǒng)和維修的461億美元中，有406億美元是屬于自動化工程項目方面，有54億美元是用于操作方面。測量和自動化技術作為新的投資，在工廠現(xiàn)代化技資中將增長2~3倍。到2006年全球過程自動化產(chǎn)品的市場需求情況為：礦山工業(yè)為70億美元、原材料工業(yè)為90億美元、過程工業(yè)為360億美元、電站為110億美元、環(huán)保工業(yè)為70億美元。就全球地區(qū)而言，北美占27.2%、西歐占26%、亞非（不包括日本）占21.1%、日本占12.3%、東歐占4.7%、南美占4.9%，其它地區(qū)占3.7%，從中看出亞非地區(qū)的市場發(fā)展前景最好。
2、科學儀器的發(fā)展趨勢
�。�1）現(xiàn)代光學儀器的發(fā)展趨勢
從傳統(tǒng)光學儀器轉變現(xiàn)代光學儀器，關鍵在于計算機化，而微電子技術是基礎。光譜儀器發(fā)展最快，發(fā)達國家80年代巳實現(xiàn)微機化，現(xiàn)已向聯(lián)用技術、全自動化（如內(nèi)裝機械手等機器人系統(tǒng)，實現(xiàn)元人操作），實驗室信息管理系統(tǒng)自動化及智能化方向發(fā)展。光學計量儀器從大型精密儀器——三座標測量機到傳統(tǒng)的自準直儀和投影儀都已實現(xiàn)微機化、光電化；激光技術的結合和CCD等光電器件的引人，更為快速、準確、可靠的在線檢測和監(jiān)控創(chuàng)造了條件。
未來10年，由于高新技術的發(fā)展和應用，將進一步推動光學儀器實現(xiàn)光機電算一體化和智能化�，F(xiàn)今的智能化儀器更確切地應稱為“微機化”儀器。而更高程度的智能化是信息技術的最高層次，應包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能，是數(shù)值、邏輯與知識的結合分析結果，智能化的標志是知識的表達與應用。電子技術、計算機技術和光電器件的不斷發(fā)展和功能的完善，為儀器向更高檔次的智能發(fā)展創(chuàng)造了條件。
未來10年，光和電的滲透會進一步強化，更多的新技術、新器件推廣應用，因而在光機電算一體化的基礎上融入不同原理，派生出新用途的產(chǎn)品，以滿足各領域日益增長的需求。具有優(yōu)異性能的光電器件和功能材料的開發(fā)和應用，將加速現(xiàn)代光學儀器的發(fā)展。如CCD器件、半導體激光器、光纖傳感器等制造技術趨于成熟，實現(xiàn)應用已獲突破，顯示了廣泛的應用前景。它必將使光學儀器領域發(fā)生重要變革，推動產(chǎn)品向小型化、高分辨、光電化和自動化發(fā)展。
�。�2）光學計量儀器的發(fā)展趨勢
·未來的光學計量儀器儀表是簡化設計，大量壓縮零部件，提高智能化和便于操作，發(fā)展在線計量測試儀器儀表。
·利用物理學的新效應和高新技術及其成就開發(fā)新型計量測試儀器儀表和新型高靈敏度、高穩(wěn)定性、強抗干擾能力的新型傳感器技術。
如：利用高溫超導量子干涉器（SGUID）開發(fā)計量測試儀器、物理學測試儀器、地學和地質學儀器、化學分析儀器、醫(yī)學儀器、無損材料檢驗儀器等。利用橢偏技術來檢測光纖、光學玻璃等，這是大家所共知的，它與近場光學相結合，不僅可以測量表面精細結構，同時根據(jù)近場光學反射偏振信息可以分辨出被測物體的材料，這是目前實驗研究的新探索。將可調(diào)諧穩(wěn)頻激光光譜儀的技術用于高精密的幾何量與機械量和多種無形態(tài)的量的測量。開發(fā)以新一代微型光纖傳導激光干涉儀，它的測量范圍可以從納米到幾米或更大的范圍，分辨率可達10nm，并且克服了HP激光干涉儀的缺點，它具有HP激光干涉儀的一切功能；另外，它還可用于稱重，研制新型電子天平、高精度的電子皮帶稱、高分辨率的壓力計等。發(fā)展納米測量技術，建立納米計量測試標準，這是當今在計量與測量技術研究中十分活躍的課題。
·發(fā)展微量機器人。類似的測量儀器已出現(xiàn)，即Zeiss的Scan Max三坐標測量機。
它是利用了智能機器人技術，但要保證測量量值的計量正確性是一個十分復雜理論和技術問題。目前已得到了初步解決。
·環(huán)境保護科學儀器儀表的發(fā)展與進步，將是當今和21世紀的重點研究領域。有關環(huán)�？茖W儀器儀表的檢測和有關這方面的配套的計量儀器儀表還缺乏。
·用于生產(chǎn)安全與防護的科學儀器儀表也還需大力開發(fā)與發(fā)展。它將成為儀器儀表行業(yè)的新分支。
�。�3）分析儀器的發(fā)展趨勢
分析儀器正向智能化方向發(fā)展，發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)是：基于微電子技術和計算機技術的應用實現(xiàn)分析儀器的自動化，通過計算機控制器和數(shù)字模型進行數(shù)據(jù)采集、運算、統(tǒng)計、分析、處理，提高分析儀器數(shù)據(jù)處理能力，數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實現(xiàn)了分析儀器數(shù)字圖像處理功能的發(fā)展；分析儀器的聯(lián)用技術向測試速度超高速化、分析試樣超微量化、分析儀器超小型化的方向發(fā)展。
·世界分析儀器事業(yè)持續(xù)快速發(fā)展從技術發(fā)展角度來看，世紀之交的世界分析儀器技術可以說正在經(jīng)歷一場革命性的變化，傳統(tǒng)的光學、熱學、電化學、色譜、波譜類分析技術都已從經(jīng)典的化學精密機械電子學結構、實驗室內(nèi)人工操作應用模式，轉化為光、機、電、算（計算機）一體化、自動化的結構，并正向更名副其實的智能系統(tǒng)發(fā)展（帶動有自診斷自控、自調(diào)、自行判斷決策等高智能功能），多臺儀器、多個實驗室結合的綜合分析管理系統(tǒng)（LIMS，Laboratory InformationManagementSystem）已經(jīng)推廣應用；儀器計算機內(nèi)裝上調(diào)制解調(diào)器可以上網(wǎng)、制造廠商可與全球用戶或用戶之間實現(xiàn)信息交流（例如廠商對用戶正在使用的儀器進行遠距診斷、指導正確使用或提出維修指導，各同類儀器用戶或相同分析工作用戶直接進行數(shù)據(jù)交換、情報共享等），已經(jīng)不是研究開發(fā)的方向，普遍應用已指日可待。
從世界分析儀器銷售增勢來看，世紀之交在農(nóng)業(yè)、能源、信息、環(huán)境、材料、生物、醫(yī)學等領域快速發(fā)展的全球需求剌激下，加上分析儀器技術發(fā)展推動的分析儀器更新?lián)Q代周期不斷縮短，使多年來世界分析儀器市場銷售額保持10%左右甚至更高的年增長率，這說明分析儀器行業(yè)不是“夕陽產(chǎn)業(yè)”，而是能不斷更新保持旺盛的生命力。
·世界分析儀器技術更新快、高科技含量增長迅猛。
為適應現(xiàn)代高科技研究和產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，作為信息時代信息獲取——處理——傳輸鏈的源頭技術，分析儀器技術的發(fā)展是必然的。沒有新的分析方法、分析技術和相應的全新分析儀器，不能更高、更全面、更靈敏、更可靠、更方便地獲取研究、生產(chǎn)、社會、環(huán)境等領域中全方位的分析檢測信息，21世紀的信息時代就無從談起。這是我們在世紀之交期間面臨新形勢的一個特征，也是分析儀器新技術、新元器件、新產(chǎn)品會不斷涌現(xiàn)、高科技含量越來越大的緣由。從另一個角度來說，也是被世界科技和產(chǎn)業(yè)、人類社會發(fā)展大形勢的要求逼出來的，是分析儀器技術適應大形勢發(fā)展的結果。
·分析技術和分析儀器的應用日益拓展
在20世紀前些年經(jīng)典的分析技術和分析儀器主要是為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)大生產(chǎn)服務，主要為了適應分析、監(jiān)控工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質量、保障大生產(chǎn)流程安全高效的要求而發(fā)展、提高的；當今世紀之交分析技術和分析儀器的“用武之地”已經(jīng)大大拓展，最引人注目的是在生物、環(huán)保、醫(yī)學等有關人的生存、發(fā)展領域的應用日新月異，現(xiàn)代高科技在軍事方面的發(fā)展也促進了分析技術和分析儀器的應用拓展（例如生物武器、化學武器戰(zhàn)爭中調(diào)整、靈敏、準確的現(xiàn)場毒物檢測、生命保障任務也大大擴大了分析儀器的應用領域）。
可以肯定：在新世紀到來后，分析技術和分析儀器的應用由“物”到“人”的拓展趨勢將更加顯著。我們必須看準這個發(fā)展潮流，在分析儀器事業(yè)的發(fā)展思路中擺正位置、選好方向。
21世紀初，世界分析儀器市場的年銷售額遞增率為8-10%。2000年世界市場將達300億美元，世界分析儀器最大的市場是美國，約占總銷售額的4096，其次是歐洲約占27%島，第三是日本，約占20%，中國進口分析儀器僅占世界銷售額的1.4%。
�。�4）科學儀器世界市場
科學儀器隨著世界經(jīng)濟增長，市場需求今后可望每年以3-6%的速度增長。需求潛力最大的產(chǎn)業(yè)部門有：通信、電力、信息、生物、生物技術、醫(yī)藥、環(huán)保等。市場前景最好的國家和地區(qū)為東亞和墨西哥。
全球科學儀器的主要市場為美、德、日、法、英、意等工業(yè)發(fā)達國家。主要生產(chǎn)國和出口國是美、德、英、瑞士、日本、意大利。近年來部分發(fā)展中國家對科學儀器的需求增長很快，這些國家（地區(qū)）有智利、捷克、洪都拉斯、印度、臺灣省、厄瓜多爾、*等，他們對科學儀器的進口正在以年均15-30%的速度增長。
拉美市場由于不斷開放，國內(nèi)工業(yè)正在面對大量進口產(chǎn)品的競爭。市場的開放導致科學儀器進口關稅率下調(diào)和外匯控制放寬，例如哥斯達黎加減讓關稅，為進口商及時提供外匯，進口商可從任何一家當?shù)劂y行獲得外匯，而無須中央銀行批準，進口產(chǎn)品與當?shù)禺a(chǎn)品的競爭迫使當?shù)仄髽I(yè)加強質量管理，提高產(chǎn)品質量，并增加質量管理所用的各種檢測儀器的進口。拉美地區(qū)大部分國家沒有科學儀器的生產(chǎn)能力，少數(shù)國家如巴西雖然有一定制造能力，但無法供應精密的高水平的儀器。一些進行經(jīng)濟改革，特別是企業(yè)私有化進程加快的國家，如墨西哥的企業(yè)為了提高競爭力，對研究開發(fā)項目越來越重視，這有利于科研用的各種物理、化學分析儀器需求的增長。另外，環(huán)保也更加受到政府的重視，氣體分析儀器等的需求量正在上升。美國、德國、瑞士和日本是拉美國家科學設備的主要供應國，巴西因地理優(yōu)勢占有一份市場。該市場要求產(chǎn)品價格合理，質量優(yōu)良，送貨及時并耐用性強。
東歐國家中引人注目的市場是捷克、波蘭、羅馬尼亞。由于公費醫(yī)療被取消和大型環(huán)保工程計劃出臺，捷克對儀器儀表有強大需求。波蘭是東歐最大的儀表市場，國內(nèi)生產(chǎn)有限，進口壁壘很小，用于科研的設備免征關稅。匈牙利的醫(yī)療制度也正在變革，但受購買預算約束。烏克蘭等其他東歐國家的主要需求部門也是科研和教育機構，這些部門購買力有限。東歐、俄羅斯、烏克蘭精于生產(chǎn)各種分析測量儀，但在生產(chǎn)自動控制儀器，邊緣設備和軟件等方面遜于西方國家。
在非洲，*、摩洛哥是重要的儀器儀表市場。根據(jù)*1992年-1997年的五年計劃，政府撥款4億美元改造科研機構的裝備，由于本國產(chǎn)量很小，幾乎均依靠進口，其中進口較多的產(chǎn)品有：化學分析儀器、光學儀器、檢測儀器。此外，尼日利亞也很引人注目，該國對科學儀器需求很少，但儀器、制藥業(yè)、化妝品的國家標準非常嚴格，迫使企業(yè)大量購買檢測儀表。
在東亞，亞洲“四小龍”、印度、印尼、馬來西亞、菲律賓、巴基斯坦、泰國對儀器儀表有旺盛的需求。亞洲“四小龍”面臨產(chǎn)業(yè)結構升級，對科研開發(fā)十分重視。新加坡政府對工業(yè)企業(yè)研究開發(fā)有專門的財政資助，香港為產(chǎn)業(yè)轉軌也加大了科研開展投入，臺灣省當局不僅增加了基礎研究開發(fā)的財政支出，而且對私人企業(yè)的研究開發(fā)給予減免稅優(yōu)惠。這些國家和地區(qū)對高附加值的化學分析儀器、物理分析儀器、電子測量儀器、有很大需求。印度的儀器儀表市場呈現(xiàn)持續(xù)上升的勢頭，由于政府強調(diào)提高效率和競爭力，再加上對能源、電力、鋼鐵、化肥、紡織、造紙、石油、石化、制藥、生物技術、食品加工等各個部門的技資規(guī)劃，以及隨著印度制造商和出口商越來越多的實行ISO9000系列質量標準認證體系，對購置儀器儀表的支出正在增加。印度還有相當大量的科研機構和大學從事高科技研究和質量控制工作，這些部門也在推動高技術科學實驗設備需求上升。
泰國在東南亞國家中是衛(wèi)生防疫支出最多的國家，對分光儀、分光光度計、攝譜儀的需求正在迅速擴大，日本的產(chǎn)品在這個市場占據(jù)首位。印尼正在提高其產(chǎn)品在全球的競爭力，在質量控制上有嚴格的標準，需要進行質量控制的高級實驗。馬來西亞日益強調(diào)各產(chǎn)業(yè)加強研究開發(fā)，科學實驗設備的銷量正在增加。菲律賓以化工業(yè)為最大需求者，其次是冶金工業(yè)，對化學分析儀器的需求也在增長。
3、電表、電度表的發(fā)展趨勢
西方市場和亞洲新興市場對電力事業(yè)的開發(fā)，將使歷史長達一個世紀的電度表市場煥發(fā)青春，隨著芯片技術的發(fā)展，老式機電式電度表正逐步被新型數(shù)字轉換芯片式電度表所取代，也給半導體芯片進人全球每個家庭的用電計量創(chuàng)造了機會。
數(shù)字芯片式電度表廠商，CirrusLogic公司和Analog Devices公司都認為，美國和歐洲電力市場的開放，將推動機電電度表向電子電度表的轉變。
據(jù)Cirrus Logic公司預測，電力市場的開放和用戶服務業(yè)務的擴大，已推動了電子電度表市場需求的不斷增長。
在今后開放的市場上，電子電度表也將比其單一的上代產(chǎn)品能記錄更廣泛的用電信息。這種新型電度表除能記錄用電累積數(shù)字外，還能確定用戶的高低峰值用電時間，預防用戶對電表的損壞，提供用電質量自制，以限制電網(wǎng)中的電能損耗等信息，對統(tǒng)計變化不定的電費支出能起到重要作用。同時還帶有遠程監(jiān)測功能，通過元線網(wǎng)絡或調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)遠程監(jiān)控和抄表，免除了抄表工繁瑣的工作。
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