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国产新一代光电分析仪器获得重大突破

2008年08月01日 09:22:00 中国传动网

“产品投产应用三年以来,增加产值3600余万元,增加利税1900余万元,销售收入年递增近40%,预期五年内增加利润6000万~8000万元,增加税收5000万~6000万元。” 对于重型机械制造企业而言,这组数字或许微不足道,而对于以多品种、小批量为特点的中小型仪器产品生产企业———北京光学仪器厂来说,却是一个突破性的跨越。这一切得益于“现代仪器制造柔性研发平台的创建及系列产品开发与应用”技术项目。 由中国机械工业联合会推荐,北京机械工业学院、北京光学仪器厂、北京信息工程学院、北京京航公司等单位共同承担的“现代仪器制造柔性研发平台的创建及系列产品开发与应用”项目荣获2007年度国家科技进步奖二等奖。 与其他获奖项目不同,该项目是基于柔性研发平台研制的基础上,由具有自主知识产权的光电分析仪器、传感器及检测仪器、设备安全监控系统等柔性系统,并由应用系列系统开发出的一系列现代仪器装备及产品组成。 该项目的主要完成人之一、北京光学仪器厂总工程师李福林接受中国工业报记者专访时指出,新产品应用部门涉及机械、环保、国防、航天、材料、石化等有关国计民生的许多行业,对促进我国现代仪器产业及装备制造业的振兴和发展具有重要作用。 同标准产品价格不及国外四分之一 目前,“现代仪器制造柔性研发平台的创建及系列产品开发与应用”这一科研成果已应用于国内多个行业骨干企业,对相关行业技术发展拉动力较大;新产品一经问世便得到用户广泛好评,批量生产后供不应求。 对产品的应用现状与前景的评判,用户企业无疑最有发言权。 据大庆油田有限责任公司第一采油厂相关负责人介绍,他们使用了由北京光学仪器厂生产的“WCT型微机差热分析仪器”,主要利用这种仪器来测定原油分离中使用的多组分催化剂的成分以及对渣油和沥青进行吸氧老化试验,建立试样热性能方面的特性等工作。同时,针对各种无机材料的热分解过程和反应动力学问题等,也进行一些常规的分析测试。总的来说,采用此仪器进行试验,主要有以下特点: 一是仪器的测量精度达到了国家标准,达到了该单位的科研和生产需要;二是仪器精准性、重复性高,利用热重分析方法,对催化剂失活的原因分析准确可靠,根据失重点特性,为催化剂的研制和再生提供了理论依据;三是采用此仪器能同时获得试样的TG、DTG、和DTA曲线,各组分的起始和终止失重温度及相应的失重量,是研究和评价渣油和沥青这类高沸点、难挥发物质热性能的参考方法;四是仪器控制系统软件界面集成化程度高,通讯接口通用可靠,根据用户的要求,能输出不同的测试分析报告。该人士认为,该仪器的性价比高,价格却不及国外同类产品的四分之一,实现的热分析试验功能却几乎达到了国外产品的标准。同时,热分析技术的利用也为这些企业提高了技术水平,创造了很大的经济效益。 业内专家认为,像第一采油厂这样年产千万吨以上的特大型石油生产国有企业,对原油品质的检验与控制非常重要。该系列产品的应用不仅为这一行业带来了很大的经济效益,更为行业产业安全提供了有力保障。 该系列产品的产业安全保障作用在军工企业体现得更为明显。我国某航天企业主要承担测试及分析技术的应用研究工作,包括承担有关运载火箭及航天器的研制、发射和运行等任务。 该单位2005年购买了新型光栅单色仪、分光光度计等产品,主要用于有关物质(材料、气体、液体等物质)的成分检测与分析,新型产品已用于运载火箭及航天器所用材料、航天器内部环境、外层空间环境等的成分检测与分析。 该企业使用报告显示,使用新型光栅单色仪及分光光度计产品分别具有以下优点: 单色仪设计合理,功能齐全,测量精度高,接口灵活方便;技术先进,自动化、智能化和网络化水平高;仪器的初始化时间短,扫描速度快,节约了测试时间;提供的系统软件界面美观,集成度高,可操作性好,能够显示扫描曲线及曲线管理保存,数据可用其他格式导出,因此可以使用Matlab等分析软件对曲线进行进一步的分析处理。 该企业认为,分光光度计能够满足其较高的应用需求,能够达到国外先进产品的技术水平,通过使用该产品为企业的科学研究提供了有关研究条件和实验装备,为我国航天事业的发展做出了贡献。” 软硬件资源的共享与有机融合 仪器制造业在我国机械制造领域属于小行业,却体现着大智慧。 业内人士认为,面对国外产品占据我国高中档仪器大部分市场的被动局面,该项目研制成功的重大意义体现在:从国家和产业需求出发,通过产学研合作,在国家、地方及企业等科研项目的支持下,实现了对仪器系统的快速集成创新和柔性开发,显著提升了仪器产品研发的技术水平,缩短了开发周期,降低了开发成本,提高了仪器制造企业适应市场的快速动态响应能力。 该项目针对仪器制造具有高技术、多品种和小批量的特点,首次提出面向现代仪器制造的柔性研发系统理念IFDS(InstrumentationFlexibleDevelopingSystem),创建了一种可兼容、可扩展、可升级的开放式柔性研发平台体系。 柔性研发平台以光机电一体化技术、现代传感及检测技术、智能化监测分析技术等为核心技术,借助先进的仪器设备资源,构建了适合现代仪器系统研发的柔性集成体系,并通过信息交换机制、系统接口、总线控制和网络互联实现了软硬件资源的共享和有机融合,为传统仪器系列产品的技术改造和提升、新型现代化智能化仪器系统的自主创新设计和快速柔性研发提供了新的模式和技术装备. 为了让读者更直观地了解该项目所涉产品的技术组成及应用特点。记者选取了该项目中比较典型的相关产品简要介绍。 产品之一:基于虚拟仪器的一体化热分析仪器系统和膨胀仪器系统的研发———利用研发平台提供的虚拟仪器系统、新型微处理器开发系统、数据处理系统、智能分析软件包及配套仪器设备等有关研发的环境和资源,完成了该产品的研发工作。 产品之二:智能化测色仪器系统的研发———利用研发平台提供的新型微处理器开发系统、数据处理及智能分析软件包、光电测控系统及配套仪器设备等有关研发的环境和资源,完成了该产品的研发工作。 研制的新型全自动智能测色色差计采用了数字化智能化、光机电一体化和新工艺等先进技术,提高了仪器的数字化、智能化、自动化和集成化水平。 产品之三:基于嵌入式控制系统光栅单色仪系统研发———利用研发平台提供的嵌入式微处理器开发系统、数据处理及智能分析软件包、光机电系统及配套仪器设备等有关研发的环境和资源,完成了该产品的研发工作。设计的光栅单色仪控制系统采用新型的设计方法及制作工艺,显著提升了新系统的数字化、集成化、自动化和智能化水平。 产品之四:嵌入式双光束紫外可见分光光度计的研发———利用研发平台提供的WindowsCE操作平台、嵌入式微处理器开发系统、数据处理及智能分析软件包、光机电系统及配套仪器设备等有关研发的环境和资源,完成了该产品的研发工作。 主要参数优于国外同类技术 中国仪器仪表行业协会副理事长朱明凯指出,“现代仪器制造柔性研发平台的创建及系列产品开发与应用”,无论是参数设计,还是相关产品制造,均达到国际先进水平,项目荣获2007年度国家科技进步奖二等奖是名至实归。 据介绍,该项目以数字化、智能化测控技术为核心,以研制的研发平台作为开发手段,完成了具有自主知识产权的光电分析仪器系列产品的改造、提升和开发,增强了自主创新能力,与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力相比较,都具有较强的优越性。从相关产品性能看: 热分析仪、膨胀仪系列产品———此前,国内外尚无采用虚拟仪器技术的同类产品。该项目首先开发了基于虚拟仪器的该类系列产品:利用虚拟仪器资源明显提高了数字化智能化和网络化水平;新系统分析准确、体积小、重量轻、成本低、操作方便及界面友好。 光电直读测色色差计———以往,同类产品往往人工操作,操作繁琐,附加人为误差;现有自动化产品采用低档单片机,功能单一,精度低且不稳定。该产品构建了以高档嵌入式系统为核心的测控单元,提高了可靠性和测量精度,首先在同类产品上实现计算机配色、智能数据处理、大屏幕汉字显示及主机与便携机联结等。 光栅单色仪和分光光度计———受体积和成本所限,传统产品采用普通单片机,难以利用系统微机分析资源。该产品首先在同类产品上构造实时多任务集成化操作环境并构成嵌入式处理器为核心的测控系统,系统具有单片机体积和成本又能利用系统微机数据处理资源。 与此同时,李福林坦诚,该项目基础工艺研发水平还有很大的提升空间。同时,项目所包含的部分子项目,如光谱分析、热分析等相关领域的研发水平还有待提升。 中国机械工业联合会点评 为适应我国仪器现代制造业的振兴和发展,该项目研究从市场需求出发,以光机电一体化和数字化智能化测控技术作为核心技术,以研制完成的研发平台作为技术装备,为传统光电分析仪器系列产品的改造、提升和开发提供了数字化、智能化、集成化、自动化和网络化先进技术,增强了自主创新能力、核心竞争力和可持续发展能力,促进了国产新一代光电分析仪器产品的技术进步。 该研究成果在数字化、智能化技术分析层次提升了行业主要骨干企业主导产品的技术水平和开发能力,成功地开发了具有自主知识产权的系列光电分析仪器新型系列产品。 研究成果体现了产品化和产业化趋势,取得了显著的经济效益和社会效益。 目前,新产品已广泛应用于环境保护、生物制药、航天科技、微电子、材料、纺织、化工、印刷、建筑、冶金、陶瓷、食品、家电及材料教学等行业。

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