促进国产科研仪器发展的策略研究

孙占久， 王 超， 吕晶淼

（南京航空航天大学国有资产管理处，南京 210016）

0 引 言

党中央提出坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。2021年全国“两会”，重大科研仪器行业再获重点关注，提案建议，要对重大科研仪器行业进行重点支持，提高对“国家重大科研仪器研制项目”的经费投入，加大资助力度；鼓励科研仪器行业、企业参与创新，探索产学研融合发展［1］。今年3月12日，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》正式发布，其中明确指出，要加强高端科研仪器设备研发制造。顶层聚焦，既体现了国家对科研仪器创新的重视，又从宏观层面为科学仪器行业发展提供了新理念、新思路、新方向。关键核心技术是国之重器，为此完善国家创新体系，加快建设科技强国，必须实现科研仪器设备领域关键核心技术突破，实现高端科研仪器设备自主可控，从而实现我国高水平科技自立自强。

1 发展科研仪器的重要意义

科研仪器发展与科学研究同根同源，国外科学仪器的发展可以追溯到文艺复兴时期，当时科学家既擅长科学仪器的使用，同时也是先进科学仪器的发明人，科学仪器和科学研究形成了明显的伴生关系。例如牛顿、开普勒等人的很多科学设想都通过特制的科学仪器得到验证。仪器设备是科学研究和技术创新的重要基础和条件，科学发现不仅仅需要理论创新，还需要依靠科学仪器进行实验观察和测量［2］。没有自己创新出来的仪器设备，很难获得世界一流的突破性、变革性的成果［3］。高端科研仪器的创新、制造和应用水平，也是一个国家科技实力和工业实力的重要标志，对于支撑创新活动乃至经济社会发展都有较大的作用［4］。

科研仪器设备是开展科学研究的必要条件，是推进技术创新的强劲动力，是工业进步的助推器，是推动经济社会发展的物质保障，也是人才培养的重要平台，在服务国家战略需求和国民经济主战场中居于重要地位。①科学研究领域。科学需要借助科研仪器来发现，科研仪器研发水平在很大程度上决定了基础科学研究的广度和深度［5］。纵观百年科学发展史，科学进步离不开科研仪器的技术进步和发展。能在科研仪器上取得突破，同样能在科学研究上占据优势。历届诺贝尔科学奖中，72%的物理学奖、81%的化学奖、95%的生理学奖都是借助尖端科学仪器完成［6］，科研仪器对于科学发现和科学研究至关重要。②在技术进步领域。技术突破离不开科研仪器技术的发展，尤其当代科技的重大突破越来越依赖于先进科研仪器。科学仪器研发水平是技术能力的重要表征，在诺贝尔科学奖获奖项目中得到充分体现。有资料显示，在诺贝尔科学奖获奖项目中，因发明科学仪器而获奖的项目占11%；2017诺贝尔化学奖被授予来自英国、美国、瑞士的3位科学家，正是由于他们“在发展冷冻电镜成像技术用于解析溶液中生物大分子高分辨率结构所做的开创性工作”［7］。③在产业发展领域，仪器设备是产业发展的重要支撑。科研仪器设备是各类关键核心技术中不可或缺的一环，无论是长远的芯片等高科技产业，还是最急迫的医疗行业，都离不开科学仪器的支持。有报告指出：仪器仪表工业总产值只占工业总产值的4%，但它对国民经济的影响达到66%［8］。④在人才培养领域。科研仪器是人才培养的重要平台，尤其是高科技仪器设备，是培养科技工作者创新意识、创新能力、提高综合素质的重要基础。现代科研仪器结构精密复杂、科技含量高，其研制更是技术密集、管理复杂的科技活动，需要多学科交叉融合，有助于培养兼具技术创新、工程实践和管理能力的复合型人才。

2 我国科研仪器行业现状

近年来，伴随我国各领域科学研究和技术创新飞速发展，科学仪器的需求也有了质与量的提升。然而，国产仪器尚不能满足开展高水平研究的需要，高端科学仪器更是基本被美国、日本、欧盟等国外厂商垄断。以某“双一流”建设高校为例，全校仪器类固定资产中，单价20万元以上的国产产品数量占比约42%，单价50万元以上的国产产品数量占比约35%，而单价200万元以上的国产产品数量则占比不到20%。近年，国家科技基础条件资源调查工作显示，在单价超过50万元的大型仪器中，国产品占有率仅为13.4%左右。随着中国尖端科技研发的“井喷式”发展，基础科学仪器进口需求反而越来越高，据海关统计，在2019年，我国仪器仪表进出口总额分别为519.93亿美元和338.38亿美元，逆差额高达181.55亿美元。［9］。美国化学会旗下期刊《化学与工程新闻（C＆EN）》评选的国际排名前20名科学仪器公司中，美国上榜8家顶尖科研仪器厂商，日本上榜5家，德国和瑞士各上榜3家，英国上榜1家，中国没有一家上榜［10］。中美贸易战后，我国的基础研究和先进制造行业成为重点限制目标，高端科研仪器被禁运和封锁，对当前的科研领域工作也产生了不可忽视的影响。受制于国产高端仪器设备发展的滞后，我国科研体系存在依赖高端设备进口而被卡脖子的风险。

3 我国发展科研仪器面临的困境

3.1 研发科研仪器的创新基础薄弱

19世纪中叶西方科学技术才大规模传入我国，中国开始追赶世界科技发展的潮流。新中国成立以来我国科技实业取得长足进步，但总体上与世界先进水平仍有较大差距，尤其是科技积累明显不够。科研仪器领域的创新发展同样面临上述问题，由于起步晚、基础弱，技术积累明显不足。科研仪器、特别是高端科研仪器研发是一个研发周期长、技术壁垒极高的的创新活动。一个国家的科研仪器研发水平，不仅是科研实力的体现，更在很大程度上决定基础研究的广度和深度。发达国家科研仪器发展到今天，也是在过去已有基础的基础上不断前进，一步一步迭代发展起来的。没有科技积累，就难有原始创新。这是由于，科研仪器设备产品性能对材料和工匠技艺水平要求较高，制造工艺需要长期钻研和沉淀积累，而我国科研仪器设备研制以产品开发为主，长期处于跟踪的状态，缺少仪器设备制造工艺研究，尤其是高端科研仪器设备的设计和生产技术储备不足，缺乏能有效带动和引领科研仪器产业发展的核心技术，仪器制造的“木桶效应”特别明显。比如某个电子元件、透镜、或者真空泵等参数达不到要求，那么该仪器整体也就难以交付或者达到先进性指标。国产通用件和基础件的质量一般，只能满足中低端仪器设备的技术需求，这就导致我们自主开发的科研仪器设备无论是性能指标还是可靠性等方面都与国外先进产品有较大差距。

3.2 传统上对科研仪器缺乏足够的重视和支持

我国科研文化存在重研究轻支撑的倾向，科研仪器的研制是科研活动的重要组成部分，但科学仪器在我国早期仅被简单地看作是科技发展的“支撑条件”。同时，面对市场经济的冲击和国外仪器的涌入，我国科学仪器产业在改革开放初期经历了低潮期，并未按国际惯例将科学仪器产业归入“高技术产业”，甚至国家“863”计划和“973”计划，仅将科学仪器研究作为该类研究计划的辅助工作，分散于各个项目中。此外，高水平科学仪器创新人才培养体系处在初级建设阶段，高级技术人才培养乏力。在开发研制方面，科研仪器设备产业上下游脱节，科研仪器体系“碎片化”，企业缺乏相应的发展环境［11］。虽然高校、科研院所在自制科研仪器研制方面曾做过努力，例如清华大学、中科院力学所等多个科研单位和院校联合研制成功中国第一台激光多普勒测速仪，性能先进，并有小批量生产，但由于缺乏持续发展的经济土壤，最后还是以失败告终［12］。

3.3 现行科研评价体系不利于科研仪器自制研发

近年来，我国科研经费投入多年激增，由于科研离不开仪器，我国亦成为全球科研仪器行业增长最快的市场。前些年，在唯论文评价体系下，科研人员为了申请到经费或职称，必须在行业顶级刊物上发表论文，这些顶级刊物中的实验数据往往来源于国际知名品牌科研仪器，通过国产仪器得到的数据在投稿SCI、EI等期刊杂志时候往往备受质疑。国产仪器在性能指标和稳定性、可靠性上确实还存在着差距，市场认可度不高，科研人员倾向于直接采购高端进口科研仪器也就不难理解。由于高端科研仪器市场被跨国企业垄断，国产仪器品牌只能流入低端市场，且份额较少。没有市场，就没有反馈和数据，也无从改进升级产品，最后愈加落后，甚至陷入低端产品的恶性竞争中。此外，研发一台仪器需要投入大量的时间与精力，与仪器相关的文章影响因子普遍也不高，在以论文和SCI影响因子为主的评价机制阶段，很少有人愿意长期潜心开展科研仪器研发［13］。这种内卷化的科研评价氛围在助推国外厂商技术进步的同时，阻遏了国产科学仪器行业的健康发展。

4 发展国产科研仪器设备的策略

当前，国外垄断控制高端科研仪器的问题，严重阻碍了原始科研创新，但也可借此在危机中育新机，将压力有效转化成为我国创造新仪器的动力。近年来，国家对于科研仪器设备研发工作的重视程度不断提高，科技部和基金委设立若干重大仪器专项，旨在引导和鼓励广大科技人员自主创新。我校积极参与国家重大科研仪器项目。仅列举2个项目，并结合项目研发过程中积累的经验提出发展国产科研仪器的建议。项目1是已故核科学家陈达院士申请、由贾文宝教授团队牵头完成的“基于PGNAA的工业物料成分实时在线检测系统”，旨在面向我国资源密集消耗型工业（例如煤炭、冶金、水泥等领域）企业节能降耗的重大需求背景，基于瞬发γ射线中子活化分析（PGNAA）技术，研发具有自主知识产权、达到国际先进水平的物料成分实时在线检测仪器。这对提高我国工业物料成分检测设备产业化自主创新能力和核心竞争力，突破制约我国工业物料成分高端检测设备的技术瓶颈，加速工业物料成分高端检测设备国产化进程及我国科学仪器设备产业具有巨大的推动作用。该项目的实施，使国外同类产品在国内的售价由立项前的400多万元／套，降低到结题后的200多万元／套，有效推动了该产品在国内水泥市场的广泛使用。项目2是潘时龙教授团队研制，被国家级学会组织的技术鉴定专家组认为国际首创的超高分辨率光矢量分析仪。基于该技术研制的仪器关键技术指标达到了国际领先水平，被评价为“完全取代进口产品，实现国产化”。依托该系统，首次提出了微波光子双边带矢量分析方法，突破了现有光矢量分析技术方案对测量分辨率和相位精确度的限制，入选2020年度中国光学十大进展。项目团队认为，自研仪器设备是真正实现自立自强的必由之路。自主创造一台套先进科研设备，需要具备高水平科学研究的需求牵引、一流的群体智力支撑、长期充实的经费投入等三方面要素，因此提高国产科研仪器设备水平是一项系统工程，需要国家、地方、企业、高校和科研院所以及科研人员的共同努力［14］。在我国，也已不乏自研科研仪器设备的成功案例，为使自研仪器形成星火燎原之势，提出如下策略建议：

4.1 提升创新意识，营造全社会的创新氛围

习近平总书记指出，创新是第一动力，人才是第一资源，把对创新和人才的重视放在了前所未有的高度。要在全社会营造真正鼓励创新的文化，进一步增强创新观念，建立健全激励创新的管理体制和运行机制。要尊重自由的探索和首创精神，转变思维定势，倡导批判性思维，鼓励怀疑精神和批判精神，鼓励探索，宽容失败［15］。切实做到坚持用创新文化激发创新精神、推动创新实践、激励创新事业，“让创新在全社会蔚然成风”。要在继承和发扬中华优秀传统文化的基础上，吸纳新的先进文化元素，兼容并包、融汇中西，进而在思想文化层面推动科研仪器研制和发展进程。

4.2 转变评价方式，创建鼓励潜心钻研的科研激励机制

进一步破除四唯，要“破四唯”和“立新标”并举，改革考核评价制度。从评价机制上鼓励有条件的科学家和学术团队开展包含自研仪器在内的全链条科学研究。要改变长期以来我国的科研文化存在的“重研究、轻支撑”的倾向，要让大众充分认识到科研仪器研制的重要支撑作用，提升科研机构和人员对科研仪器研制的重视程度。为此，①建立以创新价值、能力、贡献为导向的科技人才评价体系，鼓励科研工作者潜心钻研，沉淀仪器设备研制技术，鼓励培养科研仪器研发的学者和工程技术人才。②国家和地方要充分利用好评估的杠杆作用，在国家重点实验室及各类省部级重点实验室的评选指标中，把自研仪器设备情况和使用国产仪器设备情况纳入考核范围或指标体系。③科研仪器研发是系统工程，需要结合物理、化学、材料、电子、机械等多个学科的知识，需要以“科学与工程控制论”的整体观，推进学科交叉［16］。

4.3 加大投入力度，全力扶持科研仪器的研发

（1）是要继续加大投入力度，保障对科研仪器设备研制的连续性支持。国家提高对“国家重大科研仪器研制项目”和“重大科学仪器设备开发专项”经费投入，并在原有支持项目的基础上加大支持范围。除支持高校科研院所的仪器设备开发项目之外，进一步支持企业与高校和科研院所的合作开发。除国家支持外，各地方政府也应根据地方的产业特点立足自身优势，合理布局支持有地方特色的仪器设备开发项目，并支持有条件的地方建设科研仪器设备创新中心。同时，政府要给科学仪器研发者给予更多的自由度，让核心研发者把主要精力投入研发工作，而不是陷入财务、协调和应付检查的繁杂事务中。

（2）要多措扶持，培育优质科研仪器设备企业。企业是创新的主体，要实现仪器研发的创新，还需要更好地发挥这个主体的作用。实验室做出技术指标达标的仪器，只是实现了0到1的突破，要让实验室的创新力变成国家的竞争力，扶持企业实现从一到万的的产业化更加重要和关键。①提供财税支持，完善激励企业加大研发投入的普惠性政策。②提供人才支持，鼓励科研仪器设备企业建立院士、博士后工作站、研究生实习基地、挂职兼职等载体和方式来汇聚人才。③提供金融帮扶，发挥各类资本市场作用，培育科研仪器设备类中小企业［17］。带动社会资本聚集到科研仪器设备行业上来，鼓励深耕在科研仪器行业的企业积极创新，同时鼓励我国企业并购国外同行［18］。④提供服务支持，进一步推动大型科研仪器设备共享，推进“以仪制仪”，加强共性技术研发平台建设和信息共享平台建设，促进科技成果转让与交易。

4.4 推进产研融合，打造科研仪器设备创新联合体

习近平总书记强调，要加快构建龙头企业牵头、高校院所支撑、各创新主体相互协同的创新联合体，发展高效强大的共性技术供给体系，提高科技成果转移转化成效。在科研仪器设备研制领域更需要这种创新联合体，要打通企业和高校、科研院所的合作链条。①企业研发仪器要以科学需求引领，尤其高端科研仪器设备的研发要由逆向工程的思维到发展正向设计能力、加快技术追赶速度，从技术追赶到自主创新。在创新时要善于发现现象，再把现象研发成仪器设备，自主研制出具有国际领先水平的高端科研仪器装备。②高校院所科研团队要与仪器设备企业深度合作，企业研发的仪器要先进入科研实验室，先试先行，一方面以科学研究的需求牵引企业的仪器设备研制，另一方面用科学理论指导仪器设备研制，同时通过应用验证推进技术迭代，形成各方良性循环与互动［19］。如前提及的基于PGNAA的工业物料成分实时在线检测项目就是由南京航空航天大学牵头实施，联合兰州大学、苏州大学、中国科学技术大学、东北师范大学、武汉科技大学及多家企业共同攻关，经过实验室与企业的密切配合，反复迭代逐步完善而成。

5 结 语

党的十九届五中全会提出了坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。发展高端科研仪器设备对于我国建设创新型国家，科技实现自立自强，提高核心竞争力至关重要。经过多年的探索和实践，国产科研仪器产业已取得了一定成效，但我国科学仪器相关技术基础和产业还存在不少基础薄弱环节，只有进一步加大投入、聚焦重点，实施科技、产业、人才等政策系统规划、整体联动，才能扭转进口仪器设备占据市场主流的不利局面。