科研装备在科技创新中的实用性
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人类在认识自然、探索未知的科学发现活动中，始终都离不开从自然界中获取信息。这种获取信息的手段和方法有一个从简单到复杂的历史演进过程。在古代，希腊人获取信息的方法是靠感官直接感知的，并通过猜测性的思辩而提出了许多关于自然界是怎样形成的“科学假说”—本体论设想，“显然，在今天看来，古希腊人对万物运动原因的各种解释都是臆想，不过勇敢和大胆的探索精神却使人们惊叹。因为他们居然在几千年前企图用一个人的思想来回答人类全部科学所追求的东西”。圈‘P49’在近代，自伽利略研制出第一台望远镜开始，人类科学发现活动的手段主要依靠科学仪器和设备而实现，从而延长了人类的感官，扩大了人们感知自然的范围和种类，提高了人类对于自然界的感应能力和精确度。19世纪末至20世纪初以来，随着现代科学技术的发展和信息化的科学仪器设备的出现，人类科学发现活动的视野已从宏观进入到微观，从地面延伸到宇观。这种当代自然科学的发展向着两极延伸的根本性原因，就是由于现代化的科学仪器和设备为微观和宇观领域的科学发现提供了有力的工具和手段。正如国家自然科学基金委员会主任陈宜瑜院士所说“科学发展的历史表明，一种新的科研仪器或工具，往往成为开辟新研究领域的金钥匙。”[6J‘P，‘)美国新实验主义者罗伯特•阿克曼(R.J.AcKermann)早在20世纪80年代就指出“科学的进步的确是仪器与技术的进步。更好的仪器与技术告诉我们同一个世界里更多的东西，因此，它们经常迫使理论观念的改变。”t7J‘只溯而沃森和克里克1953年所发现的DNA双螺旋结构模型，就是借助了X线衍射法及其X线晶体仪才得以实现的，这一发现彻底导致了传统生物学所认为的生物遗传物质是蛋白质理论观念的革命性变革。同样，在微观领域里如果没有由数万台计算机联网构成的世界规模最大的粒子对撞机，欧洲核子研究中心是不可能发现所谓的“上帝粒子”—希格斯玻色子的。而在宇观领域里，正是由于有数字化、信息化、计算机化程度非常高的“好奇”号火星车，美国人才发现了火星的一些表面含有古老的河床及碎石的痕迹，以证明火星表面确曾有过水流淌过的历史;我国嫦娥二号飞往距地球150万公里的拉格朗日L2点绕太阳运行，对太阳及其行星进行深空探索，并最终飞往700万公里遥远的太空进行高深空探索，这正是由数字化、信息化、计算机化的现代空间飞行装备所完成的。总之，在当代自然科学的科学发现活动中，数字化、信息化、计算机化的科学仪器和设备始终起着核心作用。从光电显微镜到射电望远镜，从高能加速器到太空站，从粒子碰撞机到遥控遥感技术如此等等，能够感知夸克和宇宙天体等不同层次自然物及其特性和规律，无不与现代化的科学仪器息息相关。同时，我们应该知道，任何一种科学仪器和设备的研制成功都是依据一定的科技原理而产生的，科技原理的先进程度直接决定着仪器设备的先进性、可靠性和精密度，而仪器设备的先进性和精确度又在很大程度决取于其信息化、数字化和计算机化的程度。所以，运用已有的科技成果，构思先进的科技原理，设计各种不同的技术原理模型和科学仪器运行规则，开发具有不同特性和功能的软件控制系统，研制能够识别各种自然现象的数字化、信息化和自动化的科学仪器和设备，是我们从事科学研究的重要途径和手段。而且信息化程度愈高，其感知的精确度愈高，认识的范围更广泛，对自然界的物质、特性、规律把握得就更全面。例如:美籍华裔物理学家丁肇中1970年就发现了J粒子存在的现象，由于当时没有验证这一可疑现象的科学仪器和设备，他花费了好几年的时间才研制出了能够验证这一发现的科学仪器—双臂能谱仪，终于在1974年发现了J粒子，也就是所谓的“集夸克”，被记作为C，并因此于1976年获得了诺贝尔物理学奖。这一科学史案例说明了“在仪器精确度不高的早期实验，理论解释的分歧往往比较大，但是，‘仪器的进步可消除这些模糊，在那些理论预期导致观点分歧的地方，得到共同认可的数据将取而代之。”
2.科研装备在技术发明活动中的作用
技术原理的发明需要借助于现代信息技术和计算机技术。所谓技术原理是指所设想的技术系统的技术要素构成及其技术要素之间的有目的性的运作原理。它是运用已有的科技成果经过理论推导、技术论证、奇思异构等手段而形成的。其核心是为技术原理寻科学依据。因此，要提高技术原理的先进性、科学性和可靠性，作为发明创造者必须借助于计算机技术和现代信息技术，从网络信息和数据库中，了解和掌握最新的科技发展动态，搜集与发明创造对象相关的科技信息情报资料，寻找和发现各种科学原理、技术知识之间的关联规则，以求得技术原理上的突破。其基本过程是:从最新的科学理论研究成果中发现其初露出来的技术端倪，并经过理论推导和技术提炼产生出一般性的技术原理，为技术创新打造技术平台。正是由于美国生物学家内森斯和伯格从沃森和克里克1953年所发现的DNA双螺旋结构模型以及往后科学家们所发现的限制性内切酶等科学理论中所初露出来的技术端倪，发现了理论上升到技术的可能性，才使20世纪70年代初对基因片段的切割与重组技术变成现实，而且内森斯、伯格所实现的基因切割与重组技术又为现代生物工程技术奠定了基本的技术原理。同时，搜索和掌握已有的科学原理和技术知识，不论是旧有的还是新提出的，只要对发明创造对象的特性和功能有用的技术，都可以移植、借鉴和集成，并经过创造性的构思，形成具有特定技术要素构成的技术系统和技术原理，以实现其设定的技术特性和功能，1969年美国阿波罗登月计划中的飞船技术原理没有一项是新发明的技术，都是现有技术的集成与综合。需要指出的是:在技术原理的构思过程中，把所构思出来的技术原理数模化，利用超级计算机进行仿真实验，并通过对数模化的技术原理的不断修改，以达到技术原理的最优化。技术方法是一种知识形态的发明成果，一般表现为新的行为法则、操作方法或程序模式等。这种发明创造成果具有程式化、规范化的特征。作为行为法则、操作方法，它规定了操作主体应该做什么和怎样做的技术行为，如基因工程技术中关于基因的切割与重组的规范性要求，纳米材料在分子水平的研制方法就属于此类。这种技术方法的产生不仅需要现代化的科学仪器和检测设备来验证，其生产制作过程更需要信息化、自动化的生产工艺来完成。作为程序模式等发明创造成果，它是通过程序化信息的传递、加工、处理、变换和控制而实现技术系统的目的性运作，且其信息的传递是靠信息符号的识别、认知而进行的，例如一台数字化机床、一条现代化的生产工艺、一个管理系统、一个对飞行器之所以能够对其进行有效的控制都是通过数字化、信息化的软件系统或信息传递而实现的。然而，这种程序化的软件系统则是软件工程技术人员，经过构思、设计、创造出来的，更是利用现代化的科学仪器和检测设备通过技术试验而获得的。所以，发明一种技术方法需要科学仪器和设备，检验、测试一种技术方法更需要现代化的科学仪器和设备。技术物品也是发明创造的重要对象，它是一种物化形态的技术成果，一般表现为新设备、新工艺、新产品的模型或样品。因而，它还不是准备批量生产性的样机，它仅是一种发明创造物。在技术物品的发明创造过程中，所发明的技术物品是否为首创，需要运用现代信息技术、数据挖掘技术和专业化的图书资料，搜集相关的知识性和技术性的海量信息加以实证。(9J(P4，并把被挖掘出来的数字或信息，通过严密的技术论证、技术筛选、技术组合和技术推导，经过原理构思和方案设计，才能创造出一个数字化的技术产品模型或样品。另一方面，所发明的技术模型或样品其技术原理的先进性、技术结构的合理性、技术功能的可靠性以及构成技术系统的每一个零部件所用材料的各种物理化学特性，更需要现代化的科学仪器和设备进行技术试验和检测。这种试验或检测不是一次能完成的，它可能需要数百次乃至上千次，才可能取得满意的效果。在这样一个复杂性的技术试验和技术检测中，所使用的试验或检测的仪器和设备越先进，性能越好，其结论就越可靠。需要指出的是，在技术原理的构思设计中如果我们能够运用发明创造的方法(联想法、类比法、仿生法、综合法、转移法、经验法等)，并借助于以D技术(计算机辅助设计技术)和计算机仿真实验的方法，必然会提高发明创造物构思设计的质量和速度。
3.科研装备在技术创新活动中的作用
技术创新是一个由原理构思、方案设计、技术试验、产品试制、技术鉴定、产品制造、市场销售等环节构成的复杂性过程。技术创新的成功，不仅取决于技术原理构思的先进性和技术方案设计的科学性，而且取决于在技术试验和产品研制中所使用的仪器、设备等研发设施的先进性和精密度。一般说来，在技术试验、产品试制和技术鉴定过程中所使用的仪器和设备，数字化、信息化、计算机化程序越高，其精密度、准确性也就越高。因为，只有这样才能对新产品、新工艺、新材料的硬度、强度、韧度、光滑度、耐磨性、抗腐蚀性、抗氧化性、抗疲劳性、耐高温高压性、超低温性以及灵敏度、感应性等物理化学特性、功能和技术参数给予准确的测试。〔“〕‘P•助同时，技术试验等过程中所产生的大量数据需要借助于现代化的超级计算机进行数理统计和分析处理，甚至需要运用超级计算机进行仿真试验。这种复杂性的技术试验、试制和鉴定对于一些大中型企业在开发技术密集性产品过程中显得尤为重要。因此，研制先进的科学仪器和设备，构思和设计数字化的测试系统，加强对技术试验本身所使用的仪器、设备的研究与开发，不断提高其数字化、计算机化和自动化的程度，不仅是我们在技术创新活动中的一个基础性装备问题，也是当今科学仪器的研发向着“多功能、自动化、智能化、网络化方向发展”。在产品制造过程中，计算机辅助制造(CAM)技术是当代社会制造业领域的核心技术。它不仅能够提高劳动生产率，而且对降低劳动生产成本，提高产品质量都是至关重要的。正因为如此，目前在全球范围内正在广泛开展着对数字化机床、计算机控制下的生产工艺流程等自动化生产设备的软件开发和工艺研制。从本质上讲，生产自动化就是在计算机控制下的信息接收、传递、加工和处理(转换)的程序化过程，只要我们善于构思，开发出适用于特定产品生产的计算机软件，并经过精心的工艺设计，我们就不难研制出具有特定功能的生产工艺和数字化机床。〔同时，我们应该看到，一种以软件开发、产品工艺设计和计算机管理活动为主的虚拟制造技术将成为今后制造业的重要生产方式。因此，运用现代计算机技术和信息技术，组建数字化的自动控制系统，加强对技术创新生产过程中所使用的劳动生产工具的信息化、数字化、计算机化和自动化水平的研究，是我们提高“中国制造”产品质量的重要环节，也是我们变“中国制造”为“中国创造”的必经之路。
作者：陈九龙 单位：西安交通大学