作者简介

卞正岗（1936-），男，教授级高级工程师，1961年毕业于清华大学电机系，早年从事电机及微型电机研究，后多年从事工业自动化仪表、集散系统与现场总线的研制和自动化系统集成的工程实践，享受政府特殊津贴，中国自动化学会科普工作委员会委员，曾获得有色总公司科技进步一等奖和国家机械总局科技进步三等奖。

1　前言

李克强总理在2015年3月25日正式部署加快推进实施《中国制造2025》，实现制造业升级，并指出重点发展新一代信息技术、高档数控机床和机器人，航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械、农业机械装备10大领域。此前还提出十年、三十年、五十年等长期愿景，对“十三五”规划更是已细化到桌面上。

仪器仪表是信息技术的一部分，它是信息的源头和传送、控制、执行、人机联系不可或缺的一部分，它在众多行业和重点发展行业中起到“四两拨千斤”的作用，它是先行者，是基础产业。而仪器仪表行业还是古老而年轻的产业，技术含量高，生产难度大，不能全靠国外技术转让来解决自有关键技术。我国要在制造业上来一个大飞跃，势必要在仪器仪表行业先来一个飞跃，明年开始的五年，又是最关键的五年。

仪器仪表行业作为“工业强基”的一部分，即关键基础材料、核心基础部件（元器件）、先进基础工艺、产业技术基础（四基）等工业技术能力，一定要先行，这是多年总结出来的经验教训，做到这些，一定会一通百通、事半功倍。改革开放以来，已聚积了足够的人力、财力、物力、创新能力，可以在新常态下，稳中求进，实现我国仪器仪表行业质的跃进，圆一个仪器仪表人共同的中国梦。

2　现状

仪器仪表行业现下分20个小行业，即工业自动控制系统装置制造；电工仪器仪表制造；绘图、计算及测量仪器制造；实验分析仪器制造；试验机制造；供应用仪表及其他通用仪器制造；环境监测专用仪器仪表制造；汽车及其他用计数仪表制造；导航、气象及海洋专用仪器制造；农林牧渔专用仪器仪表制造；地质勘探和地震专用仪器制造；教学专用仪器制造；核子及核辐射测量仪器制造；电子测量仪器制造；其他专用仪器制造；钟表及计时仪器制造；光学仪器制造其他仪器仪表的制造及修理；衡器制造；医疗诊断、监护及治疗设备制造。2014年主营业务收入879,642,303千元，小行业工业自动控制系统装置制造为330,442,480千元，约占37.5%，但是其他小行业对于自动化领域来说，也是不可或缺的。

反映仪器仪表行业现状，2014年相关统计数据还有：主营业务收入同比增长11.07%；利润总额77,297,607千元，同比增长10.5%；出口交货值135,693,828千元，同比增长6.18%（增加值增速为9.4%，比上年低2.2个百分点，为近年新低）；进口437.7亿美元，同比增长8.84%，出口260.5亿美元，同比增长10.3%，进出口逆差177亿美元，为近年新高，但传统优势出口商品整体表现尚佳。

全国2014年仪器仪表行业企业数为4116家，其中自动化仪表单表和系统的制造企业为1104家，约占1/4；按企业规模分列为大型企业94家，中型企业720家，小型企业3302家，主营业务收入各占比例2:3:3.8；按企业经济类型分列为国有及国有控股企业221家，民营企业2916家，三资企业790家，其他189家，主营业务收入各占比例0.7:5.6:2.2:0.26。

总的来说，我国仪器仪表行业年主营业务收入近万亿元，年增长率超过10%；国有、民营、三资企业三足鼎立，民营企业发展势头看好。

由于历史的原因，近年来自动化技术领域兴起的多种传感器、机器人、机器视觉、可穿戴设备（如智能手表）等，仪器仪表行业并未在相应的工业行业代码分列或机械行业代码分列中得到统计的许可。现在众多的产业联盟（行业组织）方兴未艾，也可能是对仪器仪表行业的鞭策，我们还须“自奋蹄”跟上新生事物的发展。

我国仪器仪表行业规模之大已见一斑，其中电能表、水表、煤气表、数字万用表、望远镜、显微镜等产量均居世界第一，自动化用的差压变送器等变送器、执行器产量也居世界前几位，测绘仪器、金属材料试验机等也名列世界前茅。年增长速度最高时可达到20%，百分数为两位数是常态，总产值2014年为2005年的14倍。产业规模迅速壮大，是现状的一大特点。

在技术水平提高方面的特点是已完成了产品从模拟技术向数字技术的转变，在网络化方面特提高很大，已有了DCS、PLC、远程测控系统及用于轨道交通、智能建筑等的专用系统，正在逐步实现互连、互通、互操作。0.075%高精度的压力/差压变送器的自主研制的产品已投入了批量生产。

此外还出现了不断提高企业竞争力、加强自主创新能力及在国际标准制定方面有了较大话语权等特点。

我国仪器仪表行业存在的差距有：产品以中低档为主；高档仪器仪表主要依赖进口；国产产品的稳定性、可靠性较差；面大量广的仪器仪表中，还有不少国产产品的产业化发展速度较慢，如PLC等；应用技术开发滞后，系统集成和两化（工业化和信息化）融合较差；面对技术的最新进展，国内企业缺乏技术储备，基础仍很薄弱。举个例子来说，2014年出口交货值中，国有及国有控股企业为1,641,290千元，民营企业为36,534,986千元，三资企业为94,095,846千元，即比例为1.64:36.53:94.1，或为1:22.3:57.3。

3　应用

不用讳言，仪器仪表行业中工业自动控制系统装置制造这个小行业，加上其为之服务的工业企业所用的其他仪器仪表，都是为工业、特别是为流程工业服务的，而流程工业以外的离散工业，不少也是属于流程工业的最后几道工序，所以谈到应用，仪器仪表在流程工业中的应用应该着重研讨。其它汽车制造行业等离散工业中仪器仪表的应用，是《中国制造2025》重点关注对象，所以也要探讨一下，以改变原来以重化工为主的大量出口基础原材料为主的产业结构形式，使仪器仪表行业更多地关注机械制造业的需求。

3.1　仪器仪表用于大型炼油厂

近十年来我国已上马了多座年产量达千万吨的新型或改扩建的大型炼油厂，以扬子石化炼油厂改造项目为例，它由800万吨/年改扩建为1400万吨/年，2012年正式启动，经过2年建设，于2014年全面建成投用。自动控制系统和信息管理系统分为三层，即PCS生产运行控制层、MES生产运行管理层、ERP生产经营管理层。PCS下包括：DCS、SIS、MAS（储运）、CCS（压缩机组）、FGS（火灾及可燃有毒气体监控）、AMS（自控设备管理）、APC（先进控制）等部分。MES下包括：生产调度、生产成本控制、操作管理、收率管理、物料管理、能耗管理、计量管理、油品移动调和与发运、质量管理等模块，其中还包括了实验室信息管理系统LIMS（注：LIMS是仪器仪表中分析仪表相关的又在众多工业自动化仪表和系统之外的，国际上已经较流行的，标准化的信息系统，应引起人们关注）。ERP下包括财务管理、销售管理、物资管理、工厂维护管理、人力资源管理、绩效考核和经营计划等模块，同时建立了门户网站、文档管理、办公自动化和电子商务（EC）等系统。最终做到公司高层领导无论何时何地都能对企业的生产状态、经营情况、资金流动、仓储情况、市场信息、人员安排等，做到决策有据。

该项目各装置的DCS系统均采用浙江中控公司生产的ECS700系统。300LB、600LB以内的低压控制阀全部采用国产调节阀和切断阀，做到控制阀比例为总数的70%，另外滑阀和手动耐磨球阀、PSA程控阀选用了国产阀门，国内的合资企业产品也有一些在主流装置上应用。其他温度仪表、压力仪表流量仪表、液位仪表、在线分析仪表、油品调合系统、电信系统（中控室CCTV集中监控系统），均立足于市场上应用，成熟的进口品牌仪表和国内技术成熟的软硬件产品，工程全部由国内的成套工程公司集成建设。此外，两个罐区选用了美国霍尼韦尔和艾默生的无线产品，形成了贮运厂罐区和炼油厂罐区两个品牌的无线仪表网络。

总之，炼油工程项目仪表国产化率是很高的。常减压工段基本上全部实现了国产化；催化、焦化等工艺部分采用了进口品牌的产品。

3.2　仪器仪表用于大型乙烯行业

近十多年来，我国已有多个年产量达百万吨的大型乙烯石化联合企业，通过这些企业的建设，我国仪器仪表行业、设计、施工、开车投运、日常运营维护等相关人员，都受到锻炼，走在了世界前头。2003年3月~2005年3月的上海赛科（SECCO）、2003年1月~2006年2月的惠州中海油壳牌（CSPC）项目，均使用FF现场总线，已运行至目前，而且中间均经过了系统升级、大修、扩建等考验，十多年的经验已证实了现场层数据通信、现场控制的技术是切实可行的。在这之后，福建炼化一体化（FREP）及其他项目现场层有FF、Pro Fib us-PA、HART等多种形式，都很成功。

到目前为止，控制系统、调节阀、现场仪表、在线分析仪表、机组状态监控仪表、先进控制等，还是以采用进口品牌产品为主。无线仪表有近二百台霍尼韦尔无线仪表已在武汉石化乙烯装置相关的乙烯罐压使用成功。又华东理工大学开发的APC先进控制系统，已在扬子石化乙烯新区五台裂解炉的APC和RTO全部上线，而且已推广至上海石化、镇海炼化、齐鲁石化、天津石化、广州石化、中石油吉林石化等企业。聚光科技的国产Mars在线质谱仪已经在扬子乙二醇装置进行工业化完成应用考核。目前已有一批国内企业对开发大型石化项目机械、仪表设备、先进控制装置正在努力，形成了有较高竞争力的自动化系统和仪表的制造企业，这些必将获得石化企业的认可。

3.3　离散工业汽车制造业的自动化

一般人都认为离散工业与仪器仪表行业的关系主要是指光电开关、接近开关等传感器和PLC可编程控制器等产品，实际上分析自动化系统或现在流行的管控一体化的前世今生，是从数控机床（CNC）的数控设备和CIMS计算机集成制造系统开始，而逐步向流程工业延伸的。

本人有幸在1979年见到日本丰田汽车制造生产线，又在2000年前见到长春一汽引进的汽车生产线，这见证了离散工业自动化技术的进步；近来见到“国之重器”纪录片中提到济南二机床向美国提供的汽车制造冲压生产线，这是多么大的进步啊！这使我见到了我国由制造大国走向制造强国之路是洒满阳光的。下面就以易往信息技术有限公司有关汽车制造方面的应用实例进行阐述。

该公司成立于2003年，先后为数十家汽车制造厂、食品生产厂提供各类解决方案，在ERP企业资源计划/MES制造执行系统/controls控制三层结构中，该公司对MES系统产品化有较多成绩，核心软件产品有EW-MES、EW-WMS（仓库管理系统）、EW-APS（高级计划与排程系统）、EW-SCM（供应链管理系统）等。

（1）江铃汽车涂装车间输送线自动化车身由输送系统控制下全自动执行无人操作，车身预处理和电泳由12个步骤和7道工序。电气控制系统由该公司承接，分基础层、数据层和网络层三个层面。基础层有远程I/O、共线辨识（主要节点为RFID由外部读取车型信息）几部分，数据层和网络层有光纤通讯，Rockwell Automation通讯设备、Ethernet/IP通信技术、安全型PLC等部分。

（2）江铃汽车WMS仓库管理系统

该项目为江铃汽车小蓝基地30万辆整车项目，2010年开工，2012年6月投产。WMS功能为：基于江铃收货业务的入库流整合功能、基于江铃发货业务的出库流程整合功能、库存管理功能、码头调度功能、无线手持终端功能、业务规划配置功能、报表及分析功能、与SAP以及MES的实时数据交互功能。这些功能的实现，达到了客户的预期效果。

（3）东风汽车通过MES打开了生产管理的黑匣子相关资料内容丰富，将应用效果摘录如下：交货期可视化、物流标准化和指标化、成本透明化、生产模式发生变化、质量检查与零部件入库及制造过程衔接提升产品质量、管理提升等。

3.4　其他应用

以上看出，仪器仪表、自动化技术都是呈系统或完整解决方案形式，向客户提供的。其他还有节能环保方面的节能监控系统、CEMS连续排放监测系统（用于气体排放固定污染源）和在线水质分析仪排放监控系统、智能建筑系统、输油、输气管线SCADA系统等，还发展到城市公共资源的交通、水务、公共物资的大型综合指挥中心等远程测控系统。应用虽不广泛，但是发展空间很大，还有LIMS实验室信息管理系统等，它与实验室大型分析仪表和其他科学仪器及标准气样、标准计量仪器、标准物品及各批送试样品管理、文档管理等都关系很大，而且除大型工业企业以外，科研、司法等部门都迫切需要它，在十三五规划中应关注LIMS的应用。

4　仪器仪表的智能化和智能制造

当今国内仪器仪表已在数字化、网络化、集成化进程中，逐步走向智能化。两化融合又进一步促进了智能化。有一种说法：信息化是指培养、发展以计算机为主的智能化工具为代表的新生产力；并把智能化工具相应的生产力称为信息化生产力；信息资源是信息化的基础，开发利用信息资源是信息化的核心。现在出现的云计算、大数据等都与智能化有缘（例：上海通用汽车公司王玲指出，汽车车身工艺的数字化，采用大数据技术，价值回报高）。我国仪器仪表正从灵巧化（smart）的初级阶段，走向高级智能化的阶段，目前的热门话题是：设备管理、预测性维护、全生命周期管理、远程诊断、远程监控、远程仿真培训等。关于检测仪表的智能化，一方面是在精度、适用更严酷的环境、低功耗、无线通信、人机界面好、便于使用维护等之外，多点测量和多参数测量的单个检测仪表及检测执行一体化的现场仪表，机器健康状况检测仪、在线实时分析仪大量出现，更适于普适感知，建立传感器网络，为安全、节能、环保、稳定运行提供分析、推理、决策的信息。各种单个仪表的智能化要汇成系统智能化，这是必由之路。

智能制造，本身就是智能化的仪器仪表制造的需求，当然更重要的是为十二五规划提出七大战略性新兴产业服务，为《中国智造2025》提出的十大领域服务。机械制造行业金属切削加工由数控机床实现了一个工序自动化，发展成加工中心实现了机械零部件等至整个机器机械加工过程的逐步自动化。工业机器人的出现，弥补了加工中心的工件进料、出料、搬运、分拣、摆放、码垛、装配以及焊接、喷涂、抛光、打磨等的不足，使生产线上好多人工劳动得到解放，更重要的是这一切都可以在PLC或计算机系统协调下完成柔性制造（FM）。当然近年兴起的3D打印（快速成型）的增材系统还有待成熟。与之同步开展的是机械产品设计自动化、工艺设计自动化，即CAD、CAE、CAPP、CAM等，这统称为CAX计算机辅助软件，这些与数控机床、加工中心、机器人、传送带、自动引导小车、交换工作站、自动化仓库及冷却系统、排屑系统、刀具监控等附属系统配合，形成了一个生产系统，同时又是一个新产品试制系统。

现今的CIMS系统更强调的是以财务为中心的管控一体化系统，它以小批量、客制化多品种生产为前提，所以又称为柔性制造系统FMS，它的管理层统称为ERP企业资源规划，实际还包含了SSM销售服务管理和SCM供应链管理等，智能制造贯彻于CIMS各层中，目前MES制造执行系统是正在解决之中，控制层PLC及派生出的PAC的应用技术国内已经相当成熟，在工业机器人、多关节机器人和并联型机器人方面国内已有企业能够成批生产，而智能机器人在生产中应用较少，但与机器视觉有关的一些智能算法已经成熟，可以逐步推广。

智能制造是硬件和软件同样重要，单表和系统应同时并举，应该制定出路线图来，真抓实干，应有早期收获清单。

5　十三五规划在仪器仪表方面的目标和展望

（1）加强“四基”特别是MEMS微机电系统的工艺，要实现产业化。

（2）加强离散制造的管控一体化系统，特别是MES和PDM（产品数据管理）软件的研发能力，并在面大量广的仪器仪表制造中，建立FMS系统或Pseudo-FMS系统（准柔性制造系统），作为仪器仪表制造业的试点。并且以传统优势出口仪器仪表等面大量广基础性仪器仪表生产线改造项目为例，实现早期收获。

（3）加强国产PLC（或PAC）产业化工作，使之能占有50%的中国市场，加强离散控制有关的运动控制、机器人、机器视觉技术及离散型传感器的研发和产业化工作，使离散制造的基础产业得到发展。

（4）加强DCS、远程测控系统的产业化和向世界水平继续前进，加强先进控制、人工智能、智能控制的理论和产业化的工作，满足我国众多行业发展的要求，探讨“工业4.0”或CPS（Cyber-Physical System）信息物理融合系统的发展方案。

（5）加强在线分析仪表的产业化水平，使PAT过程分析技术能在工业实践中节能增效，实现绿色发展。

（6）加强系统安全业务，为信息安全、功能安全和传统安全服务。

（7）继续实行改革开放政策，在引进基础上，加强消化、吸收，加强国际交流，加强与国际组织合作，开展标准化工作，特别是配合智能化要求，适时和提前制订智能化方面的标准，对无人汽车、无人机（飞机）、可穿戴设备等事关伦理、事关社会秩序的自组织、自学习技术要引导或适当规范。

（8）加强服务业相关的工作，这是为各行各业服务的仪器仪表行业义不容辞的义务，积极参加环境监测等公共事业，要对提高大型仪器设备的利用率，特别是为科研和市场服务，率先做好行业工作。

（9）加强仪器仪表、自动化的教育工作，要在向下培养高素质的技术工人和向上培养动手能力强、基础知识广而专的科研队伍方面都下功夫，为今后的十年和三十年打好人才队伍的基础。要使教学专用仪器制造小行业（包括生命科学相关的仪器仪表）升级换代，使我国的仪器仪表和自动化的学校实验室中，国产品牌设备更多一些。

（10）三种类型经济的企业都要加强开发新产品的投入，都要保持一定数量的大型企业，使企业有生命力，以适应“一带一路”走出去的战略，同时要实行企业间及三大区域协同发展的战略。

五年之后，我国仪器仪表行业将调整好产业结构，提前成为全球仪器仪表制造行业的第二方阵的一员，迈着健康的步伐，向世人提供出耳聪目明、头脑智慧、弛张有度、形象美丽的仪器仪表和系统。

参考文献：

[1] 中国仪器仪表年鉴 (自动化仪表分册) [M]. 北京: 中国商业出版社,2014.

[2] 卞正岗. 机械制造自动化与仪器仪表制造自动化的发展[J]. 中国仪器仪表, 2013, (8) .

[3] 卞正岗. 机器人与自动化技术[J]. 自动化博览, 2015, (3) .

摘自《自动化博览》2015年11月增刊