测控技术与仪器专业发展战略研究报告.docx

1、测控技术与仪器专业发展战略研究报告1. 引言随着现代科学技术日新月异的发展，以信息技术产业为支柱的知识经济也随之迅速发展，人类已经逐渐进入信息社会，各种高新科技也愈来愈多地融合渗入到测量领域和仪器仪表行业。作为测量领域唯一的本科专业，测控技术与仪器已经发展成为当今信息科学技术学科领域的重要分支，是研究信息的获取和预处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术；是集光、机、电、自动控制技术、计算机技术与信息技术多学科相互融合和渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。科学技术的发展不仅使愈来愈多领域的研究和应用对测控技术与仪器专业人才的需求，而且随着只是更新的速度日益加快，知识经济时代迫切需要具有高综

2、合素质、实践能力与创新能力的人才，这就要测控技术与仪器专业人才的培养提出新的要求。建设创新型国家的核心在于拥有大批创新型的人才，而高等学校作为人才培养的主体应积极思考如何各方位地培养创新型的人才。测控技术与仪器专业是宽口径专业，不仅涉及的理论知识广泛，而且工程性强，对学生的实践能力要求高。因此，为了适应测控技术与仪器的发展，特别是在教育改革不断深化的形势下，对专业发展战略进行研究，以探索适应二十一世纪科技发展的测控人才培养模式势在必行。2. 测控技术与仪器专业发展历史沿革及现状分析2.1 历史背景测控技术与仪器、仪表广泛用于制造业、能源、环保、航空、航天、国防工业以及科学研究等部门，是观察、测

3、量、计算、记录和控制自然现象与生产过程的工具。解放前，我国没有独立完整的仪器仪表工业。新中国成立后，1951年我国即着手第一个五年计划的编制工作。“一五”期间国家陆续建立了一批大型骨干工业企业和国防工业，而这些企业中必须配备大量的仪器仪表，国家急需仪器制造业方面的专门人才。为此，中央决定在高等学校设立仪器类专业，培养新中国的仪器仪表专门人才。1952年全国高校院系调整后，中央教育部委托天津大学筹建“精密机械仪器专业”，委托浙江大学筹建“光学仪器专业”。这是新中国成立后在我国高等学校中最先设置的仪器仪表类专业。而后，随着国民经济的大发展和国防事业的需要，各行各业对相关仪器仪表的需求不论是数量上还

4、是品种上都愈来愈大，愈来愈广。为适应这种社会需求，国内不少高校如：清华大学、哈尔滨工业大学、合肥工业大学、上海交通大学、长春理工大学（原长春光机学院）、北京理工大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学等也相继成立了仪器仪表专业，并且随着服务行业的不同，电测仪表、热工仪表、航空仪表、导航仪表、自动化仪表、石油地球物理仪器等仪器仪表专业相继诞生。截至 1966年文化大革命前，全国共有 30余所院校设有十几个仪器仪表类专业。1963 年全国仪器仪表类教材编审委员会在天津大学成立,下设精密仪器、光学仪器和自动化仪表3 个专业。文革期间教学研究活动基本处于停顿状态。1983 年成立了仪器仪表类专业教材编

5、委会。为了顺应学科发展需求，教育部于 1997年对测控领域相关的该 11个专业归而成的一个宽口径专业测控技术与仪器，它是国家教育部一级学科仪器科学与技术学科所属的唯一的本科专业。2000 年后全国高校专业统归教育部管理,20002005年仪器仪表教学指导委员会由 14所高校的 14名委员组成，主任单位是天津大学。近年来，我国设有测控技术与仪器专业的高校数量也有显著增加，1997年有 80多所， 2004年已达 160多所，目前已超过 180所。2.2 仪器科学与技术学科人才培养规格与培养模式的演变规律2.2.1 由专才教育向通识教育转变 文化大革命前，我国的仪器仪表专业是在苏联专家的直接帮助下

6、成立的，人才培养也按照苏联模式，专业下又设若干专门化。截至到 1966年，仪器仪表类学科设有计量仪器、计时仪器、光学仪器、热工仪表、航行仪表、自动化仪表、石油地球物理仪器等等十几个专业（不包括军工口），实行“专才”教育。真正使我国高等教育从“专才教育”向“通识教育”转变的是 1998年教育部颁布普通高等学校本科专业目录后。在此次专业调整中，把精密仪器、光学技术与光电仪器、无线电计量测试等十个仪器仪表类专业合并为一个专业测控技术与仪器专业,仪器仪表人才的宽口径通识教育从此开始。2.2.2 人才培养规格向多样化发展 仪器科学与技术学科初建之时（50年代），主要填补国内仪器仪表行业的空白，培养了大量

7、的本科生。60年代，在仪器仪表行业已有初步基础之时，开始了研究生教育和创新人才培养。改革开放以后，随着经济转型，研究生教育大发展。近年来，随着高等教育从精英教育向大众教育的变化，又产生了仪器科学与技术学科的专科教育，形成了多层次教育格局。 2.2.3 测控技术与仪器专业人才的复合型特征日渐凸显 仪器科学与技术学科由多学科交叉形成，仪器技术是高新技术的综合应用，测控专业人才是复合型人才的特点，这种特点随着科学技术的飞速发展愈发突出。学科内容的扩充使得仪器仪表人才的知识结构不断调整更新，覆盖的知识面越来越宽，复合程度越来越大，社会适应性也越来越强。2.2.4 社会需求是专业发展的原动力建国初期，计

8、划经济指导下高等教育必然以适应计划经济的模式办学，“短、平、快”的专才教育也确实解决了国内百废待兴，急需仪器仪表人才的燃眉之急。然而，随着市场经济的开展，教育也必须发生相应的变化。自主择业，双向选择的就业方式，必然呼唤通识教育。 2.3 我国高校测控技术与仪器专业发展状况 2.3.1 高校测控专业的特色、主要方向及优势 自1998年教育部在专业调整中，把十个仪器仪表类专业合并测控技术与仪器一个专业后，目前开设该专业的院校有180多所，大都还是基于光、机、电、算来发展新的测控技术与仪器专业，主要集中在检测技术、自动控制技术与仪器仪表的结合领域上。但是，由于新的测控技术与仪器专业的发展源流情况，原

9、来的相关专业情况不同、服务对象不同，所以现有办学条件、专业规模、教学水平各异。因此，目前各个院校的测控技术与仪器专业的发展途径和专长各不相同，培养方案也各有侧重。限于篇幅，下面主要对几个具有典型代表意义的国内高校的测控技术与仪器专业的发展情况进行分析。天津大学精密仪器与光电子工程学院(简称精仪学院)于1995年10月在原精密仪器工程系基础上成立，设有测控技术与仪器等 5个本科专业，拥有测试计量技术及仪器等工程硕士学位和博士学位授予权，光学仪器、测试计量技术与仪器是国家首批重点学科，设有博士后流动站。测控电路和工程光学等一批课程是国家精品课程。在仪器科学与技术学科评比中，名列全国第 1位。主要的

10、专业方向为：激光及光电测试技术、精密测控技术及仪器智能化、微纳加工与测试技术、现代传感与测试信息技术等。清华大学精密仪器与机械学系建立于 1984年，建有精密测试技术与仪器国家重点实验室及微米纳米技术研究中心等。拥有精密仪器及机械、光学工程等 4个全国重点学科，具有测控技术与仪器、微机电系统工程等 3个专业。主要的特色研究方向：微米纳米技术、小卫星技术、光学测量技术、光信息存储技术、传感器及其测量技术、精密测试与故障诊断技术等。在仪器科学与技术学科评比中，名列全国前 5位。重庆大学光电工程学院现有测控技术与仪器等 3个本科专业，有仪器科学与技术和光学工程两个一级学科，精密仪器及机械为国家重点学

11、科，仪器科学与技术、光学工程两个博士后流动站。主要研究方向为：光学测量、精密机械、光电信息技术、微纳技术等。形成了科研、学科、教学相互促进，培养多学科交叉的高素质、复合型人才的培养方式。在仪器科学与技术学科评比中，名列全国前 5位。电子科技大学自动化学院测控技术与仪器专业的前身为电子仪器与测量技术专业，是国内开设最早的专业，其电子测量、自动测试技术和接口技术的教学、科研工作，在全国处于领先水平。主要方向：测量仪器，信息采集与处理、遥控遥测等。中国计量学院测控技术与仪器专业在计量、质量、检测、标准、检验检疫等方面具有鲜明的办学特色，主要方向涉及国防计量、工业计量、商贸计量和能源计量等。该专业建有

12、浙江省试验教学示范基地，是国家级“第一类特色专业建设点”，在教育部 2006年高校学科评估结果中，全国排名第 18位。南昌航空大学测控技术与仪器专业“以无损检测为基础、测控技术为主线”的专业特色，是国内唯一一所拥有系统规范的无损检测本科及研究生教育的高等院校，建设与发展成为了教育部国家一类特色专业。形成了具有三个具有特色的研究方向：电磁超声检测、光电信息检测、检测信息智能化处理。南京邮电大学测控技术与仪器专业方向为虚拟仪器技术、协议一致性测试、智能仪器与测控系统、网络化测控等，着重于广域网中的虚拟仪器技术，及信号的分布式测量和网络远程控制。重庆工学院测控技术与仪器专业方向为计算机辅助测试技术与

13、仪器、远程测试与控制技术、现代电力电子技术及应用，偏向于精密机械测量及数字控制。 2.3.2 目前国内高校测控技术与仪器专业存在的问题社会需求方面:我国仪器仪表行业与国际水平有较大差距,不能满足国民经济建设的需要,社会急需高端产品研发方面的人才,然而高端人才培养能力不足以满足当前需要,导致供需关系出现了问题。教学理念方面:有相当数量的教师还是英才教育的思想观念,教学内容和方式也基本沿用他们所熟悉的做法,对现在的学生的总体的看法是批评多,表扬鼓励少。学校和教师方面:除重点院校及办学历史较长的学校外，大多数测控专业特色及优势不明显、没有鲜明的符合社会经济发展需求的专业方向，学校的师资队伍状态与人才

14、培养要求一直存在较大的差距。另外,对于那些办学层次低的院校,就很难补充到适合本专业教学需要的教师,无法深入开展教学科研活动。 教学内容与课程体系方面:仪器仪表俗称集“光、机、电、算”为一体,各院校在安排教育课程时普遍存在课程难度大、门数多的问题,学起来比机械类和电子类专业的难度要大。尽管经历了数次改革,人才培养模式上没有大的改观。因此,开展教学内容与课程体系的改革任务比其它学科要艰巨一些。素质教育与实践环节方面:各校首先面临的是校外实践基地的数量不足、内容不对口、实习时间少的问题。有相当数量的学生对生产实习持不重视的态度。建议这方面的问题作为教育改革的课题专门进行重点立项研究。在素质教育上,若

15、想培养具有创新能力的人才,教师必须能创新。参考文献 1.国家计委产业发展司，国家经贸委投资与规划司，科学技术部条件财务司.关于振兴我国仪器产业对策与建议对全国仪器行业开展调查研究的总结报告 2.仪器仪表学科战略发展研究课题研究组，仪器仪表学科发展战略研究报告.2005 3. 测控技术与仪器专业发展历史沿革及现状分析3.1 历史背景测控技术与仪器、仪表广泛用于制造业、能源、环保、航空、航天、国防工业以及科学研究等部门，是观察、测量、计算、记录和控制自然现象与生产过程的工具。解放前，我国没有独立完整的仪器仪表工业。新中国成立后，1951年我国即着手第一个五年计划的编制工作。“一五”期间国家陆续建立

16、了一批大型骨干工业企业和国防工业，而这些企业中必须配备大量的仪器仪表，国家急需仪器制造业方面的专门人才。为此，中央决定在高等学校设立仪器类专业，培养新中国的仪器仪表专门人才。1952年全国高校院系调整后，中央教育部委托天津大学筹建“精密机械仪器专业”，委托浙江大学筹建“光学仪器专业”。这是新中国成立后在我国高等学校中最先设置的仪器仪表类专业。而后，随着国民经济的大发展和国防事业的需要，各行各业对相关仪器仪表的需求不论是数量上还是品种上都愈来愈大，愈来愈广。为适应这种社会需求，国内不少高校如：清华大学、哈尔滨工业大学、合肥工业大学、上海交通大学、长春理工大学（原长春光机学院）、北京理工大学、北京

17、航空航天大学、南京航空航天大学等也相继成立了仪器仪表专业，并且随着服务行业的不同，电测仪表、热工仪表、航空仪表、导航仪表、自动化仪表、石油地球物理仪器等仪器仪表专业相继诞生。截至 1966年文化大革命前，全国共有 30余所院校设有十几个仪器仪表类专业。1963 年全国仪器仪表类教材编审委员会在天津大学成立,下设精密仪器、光学仪器和自动化仪表3 个专业。文革期间教学研究活动基本处于停顿状态。1983 年成立了仪器仪表类专业教材编委会。为了顺应学科发展需求，教育部于 1997年对测控领域相关的该 11个专业归而成的一个宽口径专业测控技术与仪器，它是国家教育部一级学科仪器科学与技术学科所属的唯一的本

18、科专业。2000 年后全国高校专业统归教育部管理,20002005年仪器仪表教学指导委员会由 14所高校的 14名委员组成，主任单位是天津大学。近年来，我国设有测控技术与仪器专业的高校数量也有显著增加，1997年有 80多所， 2004年已达 160多所，目前已超过 180所。国外仪器仪表的发展趋势综观科学上的重大发现，往往是由于新的观测手段的发明而开展起来的。以物理学诺贝尔奖金获得者为例，百分之五十的工作是得益于新的仪器或测试手段的发明创造。仪器仪表也是实现信息的获取、转换、存贮、处理和揭示物质运动的必备工具，仪器仪表装备水平在很大程度上反映出一个国家的生产力发展和现代化水平。一、 仪器仪表

19、发展概况50年代初期，仪器仪表取得了重大突破，数字技术的出现使各种数字仪器得以问世，把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础。60年代中期，测量技术又一次取得了进展，计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别电量的测量转变成测量整个系统的特征参数，从单纯的接收、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。 70年代，计算机技术在仪器仪表中的进一步渗透，使电子仪器在传统的时域与频域之外，又出现了数据域（Data domain）测试。80年代，由于微处理器被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向发展，过去

20、直观的用于调节时基或幅度的旋转度盘，选择电压电流等量程或功能的滑动开关，通、断开关键已经消失。测量系统的主要模式，是采用机柜形式，全部通过IEEE-488总线送到一个控制器上。测试时，可用丰富的BASIC语言程序来高速测试。不同于传统独立仪器模式的个人仪器（Personal instrument）已经得到了发展。90年代，仪器仪表与测量科学进一步取得重大的突破性进展。这个进展的主要标志是仪器仪表智能化程度的提高。突出表现在以下几个方面。1 微电子技术的进步将更深刻地影响仪器仪表的设计；2 DSP芯片的大量问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；3 微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能

21、力；4 图像处理功能的增加十分普遍；5 VXI总线得到广泛的应用。三、 国外仪器仪表发展趋势1 自动化仪表的发展趋势工业自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备，控制仪表从基地式调节器（变送、指示、调节一体化的仪表）开始，经历了气动、电动单元组合仪表到计算机控制系统（DDC），直至今日的分散控制系统DCS。DCS已经走过了20多年的里程，DCS以其高度的可靠性、强大而易于扩充的功能、漂亮的图形界面、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点，得到迅速的发展，成为计算机工业控制系统的主流。PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点，迅速获得广泛应用，已成为与

22、DCS并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。目前以PLC为基础的DCS发展很快，PLC与DCS相互渗透、相互融合、相互竞争，已成为当前工业控制系统的发展趋势。（1） 开放化开放化及小型化（Down Sizing）、顾客服务系统等新的、关键技术已进入自动化行业，与以往DCS相对应的PC机控制系统也已经出现。近几年PC机及其相关技术的迅速发展，将对今后产生重大影响。开放化潮流的背景，有下述两方面：a 大量生产的PC机，已在企业和家庭中广泛作为信息设备。b 控制系统的范围逐渐扩大，用户希望自选设备，并能简单方便地把它们相互连接起来，进行统一管理。（2） 提供新的服务a 系统集成SI（System Int

23、egrator）开放化通过多卖方技术设备的综合，建立系统，这就需要高效运行的控制系统集成业务，根据用户对象，熟悉系统中各种自动化仪表，选择最佳设备。今后的趋势是由专门的SI部门来代替用户组成系统。b. 系统维修用通用信息处理设备组成的控制系统，当故障出现时，判别哪台设备出故障是非常困难的，仪表制造厂不仅要对自己的产品，还必须对在系统中的通用信息处理设备提供一定程度的综合维修服务。DCS经历了初创（1975-1980）、成熟（1980-1985）、扩展（1985以后）几个发展时期，在控制功能完善、信息处理能力、速度及组态软件等方面取得了令人瞩目的成就，已经成为计算机控制系统的主流。当今几乎每个发

24、达国家都生产自己的DCS，生产厂家一百多家，已销售几万台套。主要生产厂家集中在美国、日本、德国等多家公司，如美国的霍尼韦尔（Honeywell），TDC300、TDC3000X、S9000；Foxboro,I/AS;Westing House,WDPF;ABB,MOD300; 日本横河（Yokoyawa）,CENUM,xl; 日立HIACS3000、5000；德国的西门子（Siemens）,TelenermM、SIPAOS200；加拿大贝莱（BAILEY），N90。目前世界上约有200家PLC生产厂家，目前占控制市场份额30%。主要生产厂家有美国的AB公司，莫迪康公司、GE公司、德国的西门子公

25、司、法国的Teleme Cangue公司、日本的欧姆龙公司、三菱电机公司。PLC将与IPC、DCS集成，PLC逐渐成为占自动化装置及过程控制系统最大市场份额的产品。据美国专家预测，到2000年PLC占控制市场份额将超过50%。现场总线技术是九十年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，是一种用于各种现场仪表（包括变送器、执行器、记录仪、单回路调节器、可编程序控制器、流程分析器等）与基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。有人预测：基于现场总线的FCS（Fieidbus Control System）将取代DCS成为控制系统的主角，Internet和Intran

26、et技术也将进入控制领域，计算机自动化系统渗透到企业从生产到管理、直到经营的方方面面。（3） 自动化产品市场需求将快速增长全球的自动化产品市场销售额预测如下：全球的过程自动化产品市场销售额，在1996年达461亿美元，到2001年将半长到559亿美元，预计在2006年将达到700亿美元。从1996年到2001年间的年平均增长率为3.9%，而从2001年到2006年年平均增长率将达到4.6%，以不变价格计算，则2006年的销售额为761亿美元。主要应用于玻璃、陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、纸浆和造纸业、环保、矿山、石油和天燃气工业等。在1996年的自动

27、化产品，系统和维修的461亿美元中，有406亿美元是属于自动化工程项目方面，有54亿美元是用于操作方面。测量和自动化技术作为新的投资，在工厂现代化投资中将增长2-3倍。到2006年全球过程自动化产品的市场需求情况为：矿山工业为70亿美元、原材料工业为90亿美元、过程工业为360亿美元、电站为110亿美元、环保工业为70亿美元。就全球地区而言，北美占27.2%、西欧占26%、亚非（不包括日本）占21.1%、日本占12.3%、东欧占4.7%、南美占4.9%，其它地区占3.7%，从中看出亚非地区的市场发展前景最好。2 科学仪器科学仪器含光学仪器和分析析器A 光学仪器光学仪器是工农业生产、资源勘探、空

28、间探索、科学实验、国防建设以及社会生活各个领域不可缺少的观察、测试、分析、控制、记录和传递和工具。特别是现代光学仪器的功能已成为人脑神经功能的延伸和拓展。集成电路生产所用制造设备品种的40%、数量的60%都是光学设备，而检验仪器所占比重就更大。计量工作约有90%属几何尺寸测量 ，其中主要用光学计量仪器来完成。过去在计量室测量一个凸轮需要数小时；现在在车间生产现场，用计算机控制的三坐标测量机进行测量只需10分钟。轧钢生产现场条件极其恶劣，被测件温度超过1000。运动速度为数米每秒，并伴有振动、高温、氧化层飞溅、冷却水雾弥漫和强电磁干扰，但是利用CCD光电在线测径系统在轧钢生产中进行在线尺寸检测，

29、控制了生产流程，就能保证产品高质量和生产高效率。光学遥感仪器帮助人类解决面临的能源、粮食、气象预报、环境监测等方面的重大问题。在15号阿波罗飞船上装载的光学遥感仪器就有近十种。美国在70年代先后发射三颗陆地卫星，化费2.5亿美元，但所获经济效益大得多，其中仅用遥感仪器监视洪水、探测农作物病虫害、改进油田勘探以及粮食估产等几项，每年的经济收益估计就达15亿美元以上。由于光电系统具有光学和电子两方面的技术优势，从而能满足生产过程中的自动监控以及图象分析、精密测量、信息处理和伟输、微观观察、记录、显示、传递和储存；利用光电转换能在太空、深水、高温、有毒有害气体、核辐射等各种特殊环境下正常地工作。因此

30、光机电一体化的现代光学仪器或光电仪器设备应用十分广泛。 现代光学仪器的发展趋势随着光学仪器产业结构的全球性调整，主要工业发达国家竞相发展高技术产品，使传统的光学仪器已向现代光学仪器转变。美日德等国为了发展现代化的光学仪器工业，大力开发和应用各种新技术、新器件、新材料、新原理，系统地应用光机电算综合技术，以最快的速度开发新颖的高附加值产品投入市场。使光学仪器向产业高技术化、产品高附加值化和智能化、企业集团化和国际化、制造技术柔性化方向发展。 现代光学仪器的特征（1） 现代光学仪器冲破了传统现论（以几何光学或物理光学为基础）的束缚，光学技术同其它学科和技术不断融化、渗透，派生出新的学科分支，形成许

31、多交叉发展的领域，打破了长期来光学的传统应用范围。如以傅里叶变换原理为基础的各类傅里叶变换光谱仪；基于光声效应的激光光声光谱仪；利用激光开拓新的测量原理、方法，使众多的激光计量检测仪器问世，激光技术与传统的显微镜相结合，开发出激光扫描显微镜系列产品；得用光电转换原理生产了一大批新颖的光电仪器。许多新技术如激光、红外、光纤、光信息处理、微光学等得到开发应用。（2） 在结构上打破了以光学和机械为主体的基本框架，集光学、机械、电子、计算机于一体，电子技术、计算机及其软件成为仪器不可分割的重要组成部分。（3） 摆脱了传统光学仪器离不开人的操作和观测的经典模式，操作、检测、数据处理和信息传递实现自动化，

32、工作效率、文凭性和可靠性是传统光学仪器无可比拟的。（4） 在设计方法上日益采用计算机辅助设计、优化设计和三化设计。整个系列产品品种之间零部件通用性强，标准化程度高，标准件多，因而使仪器成本下降，质量提高。（5） 现代光学仪器的质量评价标准更全面、更严格。过去，评价传统光学仪器的质量，主要着眼于功能指标，即仪器的使用范围、精度等级、灵敏度、重复性、稳定性及结构特性等。如今较全面地客观评价现代光学仪器的质量指标、可靠性、工艺性、经济性、人机学指标、美学指标、标准化及专利权指标等八个方面。 发展趋势从传统光学仪器转变现代光学仪器，关键在于计算机化，而微电子技术是基础。光谱仪器发展最快，发达国家80年代已实现微机化，现已向联用技术、全自动化（如内装机械手等机器人系统，实现无人操作），实验室信息管理系统自动化及智能化方向发展。光学计量仪器从大型精密仪器-三坐标测量机到传统的自准直仪和投影仪都已实现微机化、光电化；激光技术的结合和CCD等光电器件的引入，更