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    美國出口管制科學儀器技術分類研究

    發布時間:2022-7-8     來源:世界科技研究與發展

    摘 要:在中美貿易沖突的背景下,美國為首的發達國家以立法形式限制關鍵核心技術向我國出口,美國出臺的《商業管制清單》等文件包含了大量對技術、設備和產品的出口限制,涉及重要的科學儀器及其相關的零部件。本文以美國“兩用”物品的商業管制清單(The Commercen Control List,CCL )為分析對象,以中國科學儀器分類為標準,將 CCL中的內容與國內科學儀器的分類進行對 比。通過對 CCL的計量分析,揭示發現中國科學儀器領域相關技術受美國管制的形勢非常嚴峻, 有 42.08%的清單條款涉及對科學儀器的管制。在十二個科學儀器的分類中,分析儀器、工藝實驗設備、電子測量儀器等是受管制范圍較廣的領域,激光器、核儀器是傳統受到管制的領域,醫學診斷儀器、大氣探測儀器等受管制范圍較小。在分析的基礎上為我國科學儀器的發展提出了分類應對、 堅定走自主研發道路等建議。 

    關鍵詞:出口管制;商業管制清單;科學儀器;文本挖掘;自然語言處理

    科學儀器是指科學技術上用于檢查、測量、控 制、分析、計算和顯示被測對象的物理量、化學量、 工程量和生物量等性質的器具或裝置[1]??茖W儀器是認識世界的工具,是提高人類自身和改造世界能力的基礎與前提。據不完全統計,諾貝爾 自然科學獎項中,68.4%的物理學獎、74.6%的化 學獎和 90%的生物醫學獎的研究成果,是借助各 種先進的科學儀器完成的,或直接與新儀器方法或功能發展相關的[2]??茖W儀器產業屬于高端制造業,其發展離不開光學、機械、真空、電子、精 加工、材料科學、化學以及軟件等眾多行業的支撐??茖W儀器的應用領域涉及國民經濟各個環節,幾乎無所不在??茖W儀器作為采集信息的源 頭,對其他產業的發展具有巨大的“指導”和“帶 動”作用。因此,科學儀器的創新及制造和應用水平反映了一個國家的科學技術和工業發展的實力。

    盡管我國儀器儀表行業發展迅速,但是在高性能、高精度、高靈敏、高穩定、高可靠的科學儀器研發與生產領域,與國際先進水平還存在較大差 距,尤其是受到來自美國等國家的限制[3,4]。中美貿易爭端以來,更加劇了這一過程。有報道指出截至2018年,中國約有 1800臺核磁共振波譜儀,其中1400多臺是一家國外供應商的產品,國內的僅有50臺[5]。 

    美國將科學儀器產業定位為高端制造業、高保密行業和戰略性產業,對華科學儀器整機、原料、元器件等出口執行嚴格的審批制度甚至禁止出口,對我國科學儀器的購置與發展產生了不少負面影響。近年來,美國一方面在“軍民兩用”的 技術清單———美國商業管制清單(The Commercen Control List,CCL )中更新、添加相關的儀器 設 備[6],另一方面通過添加中國實體機構到實體清 單[7],加大了針對中國“終端用戶”禁售的力度。 

    美國CCL是針對“軍民兩用”的貨物和技術清單,也是針對“高新技術”進行限制的主要工具。目前國內已有一些針對清單的研究,但多數從政策的角度開展,較少深入到具體的領域。在研究方法方面也較少采用計量和聚類等方法。其中,葛曉峰8對美國兩用物項出口管制法律制度的結構和內容進行了定性介紹。陳峰[9]解析了國外實施技術出口管制的競爭情報含義,從宏觀角度分析了應對國外對華技術出口限制的競爭情 報需求和現實意義。南京大學陸天馳等[10]采用 計量方法研究了人工智能技術領域的美國 CCL, 解析了 CCL條目共 2966條,并為我國人工智能領域的發展提出了一些建議。李廣建等[11]通過實體識別的技術研究了CCL清單、管制實體清單 (Entities List,EL)等對象,以光刻機為實證研究進行了方法評估,但沒有對全部 CCL清單進行解析和物項識別。目前國內的研究中,一方面,針對 CCL量化的研究方法不成體系,在清單的結構化、語義化、本體化的分析方面,還需要進一步的深度挖掘;另一方面,科學儀器是清單包含的非常重要的模塊,國內沒有專門針對科學儀器管制的專門研究。

    本文以美國CCL為分析對象,以中國國內的科學儀器分類體系為標準,將 CCL中的內容與國內科學儀器的分類進行對比。采用文本挖掘和自然語言處理方法,對出口管制清單的技術進行了聚類分析,分析了每個科學儀器技術類型中,美國管制的核心技術或技術指標的情況,提供中美技術差距的對比點。對比了美國在科學儀器出口管制的管制力度分布,揭示不同技術類型的科學儀器可能面對的不同的管制現狀,為我國科學儀器的自主研發、突破“卡脖子技術”提供參考。

    1 國內科學儀器技術分類體系 

    由于科學儀器有屬性的多樣性,有著不同的分類體系,相互之間存在差異和側重點[14-17]。例如,根據儀器測試對象的物理性質,可以劃分出計量儀器、力學儀器、光學儀器、成份分析儀器、電磁量測儀表、時間和頻率測量儀等;根據不同學科或專業用途,可以劃分出天文儀器、地球科學儀器、生物科學儀器、農林科學儀器、工業自動化儀器、材料試驗機和試驗儀器等;根據物理量的測量方法分,可以劃分出長度計量儀器、角度計量儀器、面積計量儀器等等。 

    本文主要參考的技術分類體系主要包括:1) 國家標準 CB/T32847-2016《科技平臺大型科學儀器設備分類與代碼》(后稱國家標準分類體系)[14],2)科技部大型科學儀器設備的技術分類標準(后稱科技部分類體系)[16]。 

    1)國家標準分類體系將科學儀器分為了A 類-通用大型科學儀器設備和B類-專用大型科學儀器設備。A類通用科學儀器設備中又包括了質譜儀、色譜儀、激光器等至少18類科學儀器。B類專用科學儀器中主要以空間與天文科學儀器、大氣探測科學儀器、地球科學儀器等13個學科領域為對象的科學儀器。 

    2)科技部自 2008年起,在全國科研院所和高校開展了大型科學儀器設備的資源調查研究,并 在2013年發布了調研報告。其中,在大型科學儀器設備開放共享目錄中對50萬元及以上的科學儀器進行了分類,共分為了十四大類,包括:分析儀器、物理性能測試儀器、計量儀器、電子測量儀器、海洋儀器、地球探測儀器、大氣探測儀器、天文儀器、醫學診斷儀器、核儀器、特種檢測儀器、工藝實驗設備、激光器、其他儀器。本文將該目錄中的儀器名稱提取后,形成科學儀器的文本詞典,該詞典用于對管制清單的文本加工。 

    上述的分類體系與 CCL中的十大類型(行業類)、五個小類型(商品類)分類的標準都有所不 同。在分析對比中對該分類體系進行了細微的調整。調整的內容如下:一方面科技部分類體系中特種檢測儀器數量較少,并且其光電檢測儀器、超聲檢測儀器、電磁檢測儀器等在其他類別中已經出現,因此取消了特種檢測儀器類別,將里面涉及的種類劃分到其他類中;另一方面,將國家標準分類體系中的空間類儀器,合并到天文儀器大類中,這類儀器管制清單中有較多涉及。最終,本文主要涉及的科學儀器的技術類型包括:分析儀器、物理性能測試儀器、計量儀器、電子測量儀器、海洋儀器、地球探測儀器、大氣探測儀器、空間與天文儀器、醫學診斷儀器、核儀器、工藝實驗設備、激光器等12個種類,并作為本文對比分析和映射的分類體系。 

    2 美國CCL結構 

    美國的技術管制清單主要由三個部分組成: 1)CCL;2)軍用品清單 (United States Munitions List, USML);3)核管理委員會管制目錄(Nuclear Regulatory Commission Controls,NRCC)。 

    其中,CCL是針對“軍民兩用”的貨物和技術進行管制的清單。相對而言,CCL具有最大的體量,涉及軍用和民用的各個行業領域,也是針對 “高新技術”進行限制形成技術壁壘的陣地??茖W儀器屬于民用產品,因此針對科學儀器的出口 管制主要存在于 CCL清單中。 

    2.1 行業分類(大類) 

    該清 單 總 共 分 為10個 行 業 類 型 (0~9 Category),每個行業類下面分為5個商品類型 (A~E)。10個行業分類見表 1。 

    行業分類及中文翻譯

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    2.2 商品分類(小類) 

    根據商品的類型,分為五個種類 A~E,每個 行業分類原則上分別包含這五個方面的商品,見表2。

    商品分類及中文翻譯

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    2.3ECCN代碼體系 

    ECCN代碼是 CCL用來組織和管理清單的一 整套編碼體系,例如“3A001”,其主體是五位數字和字母的組合。具體每一位的含義如下。

    第一位:數字,代表十個行業類,分別從 0~ 9,見表 1; 

    第二位:為字母,代表五個商品類,分別為 A~E,見表 2; 

    第三位:數字,代表控制理由,0為國家安全, 1為導彈技術,2為核不擴散,3為生化武器,5為商務部確定的需要國家安全或者外交政策控制的項目,6為“600系列”特殊管制物品,9為反恐、犯罪控制、地區安全、短缺、聯合國制裁等。 

    第四位與第五位:序號編碼。

    2.4科學儀器的條款計量 

    通過python語言進行數據的分析和處理,共抓取和識別最新版CCL(2020年12月份),全部條款4510條;篩選出科學儀器相關的條款 1898條,占總數的 42.08%。 

    用清單的十個行業大類和五個商品小類交叉分析,以觀察在不同的子區域中科學儀器條款的分布情況(圖 2)。條款分布最多的是6A區域,該區域主要是傳感器和激光器的“最終產品、設備或零部件”;其次是 2B區域,該區域是材料加工中的“試驗、檢驗和生產設備”;第 3位的區域是3B區域,該區域是電子產品的“試驗、檢驗和生產設備”??傮w而言,商品 A類的分布遍及所有的十個行業,主要涉及科學儀器相關的部件、元器件等;商品B類的分布也較為廣泛,其中較多的是檢測、檢驗和生產的設備。 

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    圖1  科學儀器清單的交叉分布情況

    3 管制科學儀器的技術分布 

    將管制的科學儀器清單的條款文本進行聚類分析,選取其中出現頻次最高的 Top 200的代表性科學儀器設備繪制成復雜網絡圖,以觀察其分布效果(圖 3)。該聚類結果與CCL本身的十大類型有所不同,其結果更為客觀地展示了科學儀器本身科學特征的分布。該聚類結果共聚出了十一個類,其對應關系與上文篩選的科學儀器技術分類體系具有較好的對應關系。

    image.png

    注:#I類都為檢測類分析儀器,雖然算法將其分為了兩類,經過人工判讀將其合并;#Ⅶ類大氣探測儀器,有少量遙測相關的設備,但無入選 Top 200的設備種類;#Ⅸ類醫學診斷儀器,清單中未見專門用于該領域的儀器。 

    圖 3 管制科學儀器的聚類分布 

    從圖中可以看出,分布最多的三個類分別是代表分析儀器的Ⅰ類,代表工藝實驗設備的Ⅺ 類,和代表電子測量儀器的Ⅳ類。從關聯性來 ,這三類都與整個科學儀器的中心區域有高度的關聯性。此外,代表激光器的Ⅺ類,雖然節點種類不多,但其節點的數量較大,而且也處于整個科學儀器的中心位置,與其他的科學儀器有較 密切的關聯。代表物理性能測試儀器的II類,也 處于這個網絡靠近中心的位置。計量儀器的Ⅲ 類、海洋儀器的Ⅴ類、地球勘探儀器的Ⅵ類、空間 與天文儀器Ⅷ類、核儀器Ⅹ類,數量較少,處于網絡的邊緣。另外,大氣勘探儀器由于太少,沒有入選 Top 200的儀器種類;醫學診斷儀器基本沒有明顯受管制的種類。 

    表3展示了國內科學儀器分類和管制儀器聚類結果的對應結果,其中的類別為12類科學儀器分類(見前文),后面列舉了各種類的典型儀器和在管制中的對應關系。其中,Ⅰ類分析儀器又分為兩個模塊,Ⅰ-a為生物類檢測儀器、Ⅰ-b為其 他檢測儀器。Ⅱ類為物理性能測試儀器,包括聲振動試驗設備、慣性測量設備等;Ⅲ類為計量儀器,包括典型的磁強計、重力計、尺寸計量系統 等;Ⅳ類為電子測量儀器,包括電子傳感器、電 路、網絡、通訊等的檢測分析儀器;Ⅴ類為海洋儀器,數量和種類都較少,典型的如水下聲納等;Ⅵ 類為地球探測儀器,典型的如勘探設備、地震儀器等;Ⅶ類為大氣探測儀器,只有少量的遙測設備受管制,沒有入選Top 200;Ⅷ類為空間與天文儀器,這是較大的一類,包括較多與空間技術相關的設備,如陀螺儀、天文羅盤、火箭發動機檢測設備等;Ⅸ類為醫學診斷儀器,清單中未見明確的、整機呈現的該類型儀器,如果不涉及零部件的話,該類型儀器是不受管制的;Ⅹ類為核儀器,民用的核儀器較少,是一個小類,更多的條款存在于核管制清單中;Ⅺ類為工藝實驗設備,是一 個大類,典型的包括各種機床、光刻機、氣相沉積、離子注入等設備;Ⅻ類為激光器,聚集效果明顯,節點少但技術指標多的一個類型。

    管制科學儀器的聚類解析

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    3.1 分析儀器 

    根據本文所述分類體系,主要包括生化分離分析儀器、質譜儀、光譜儀、色譜儀、顯微鏡、圖像分析儀、X射線儀、熱分析儀、電化學儀、樣品前處理和制備儀以及其他設備。在美國出口管制清單中,分析儀器也是種類最多的一類儀器,與國內的分類體系相吻合。在 CCL中,每個大類中都包括了五個小類別,其中一個類別(B類)就是檢測設備,多數的分析儀器處于該類型中。最典型的包括微生物檢測儀器、化學分析儀器、質譜儀、 圖像分析儀、X射線儀等等。然而,顯微鏡、熱分析儀、電化學儀等未見管制的情況。該類型儀器中主要來自國外進口,其中較多來自美國,美國具有明顯的技術優勢;但其中的質譜儀、化學分析儀器等國產儀器已經開始占據中低端市場,具有較好的發展勢頭。 

    3.2 物理性能測試儀器 

    在本文所述分類體系中,主要包括力學性能測試儀器、光電測量儀器、顆粒度測量儀器、聲學振動儀器、大地測量儀器、探傷儀器等。在美國 CCL中,這類儀器設備都受到管制。 

    3.3 計量儀器 

    在本文所述分類體系中,主要包括長度計量儀器、電磁學計量儀器、力學計量儀器、熱血計量儀器、光學計量儀器、聲學計量儀器、電離輻射計量儀器、時間頻率計量儀器。在管制清單中并沒有明確標記為用于“計量”的儀器或設備。但是也有較多關于“測量”或者用于物理量測量的儀器。如:尺寸檢查或測量系統、重力儀、磁強計、水洞、聲納等。 

    3.4電子測量儀器 

    在本文所述分類體系中,主要包括通用電子 測量儀器、射頻和微波測試儀器、網絡分析儀器、 通訊測量儀器、大規模集成電路測量儀器。在美國的管制清單中,電子測量儀器是重要的一大塊。其中通用電子測量儀器、集成電路測量儀器主要分布在 3B區域中。由于大規模集成電路和芯片制造是美國出口管制中的重要內容,該區域的檢測設備的管制條款也較為詳細,其對應于相應的集成電路產品的技術指標。 

    3.5 海洋儀器 

    在本文所述分類體系中,主要包括海洋水文測量儀器、海洋生物調查儀器、海洋采用設備、水文氣象測量系統、海洋遙感/遙測儀器、海水物理測量儀器。在管制清單中,海洋探測屬于第 8大 類,該類的管制條款數量較少。其中的海洋儀器主要針對的是水面軍艦、潛水艇、水下無人機等, 對于一般的科學研究,限制較少。除了水文測量中受管制的水洞外,其他海洋生物調查儀器、海洋采樣設備、水文氣象測量系統、海水物理測量儀器都未見管制。 

    3.6 地球探測儀器 

    在本文所述分類體系中,主要包括電磁法儀器、地震儀器、重力儀器、地球物理測井儀器、巖石礦物測試儀器。在管制清單中,地球探測類儀器不是受管制的重點區域,整體涉及的條款較少。其中,地震探測設備、重力儀器、油氣勘探設備、測井儀器是明確被管制的儀器。此外,電磁法儀器、巖石礦物測試儀器未見受到管制。 

    3.7大氣探測儀器 

    在本文所述分類體系中,主要包括特殊大氣探測儀器、氣象臺站觀測儀器、主動大氣遙感儀器、被動大氣遙感儀器、對地觀測儀器、高層大氣/電離層探測器、高空氣象探測儀器。在管制清單中,地球探測類儀器不是受管制的重點區域,沒有專門針對“大氣”的相關儀器和設備。在遙感部分,用于遙感的單光譜成像傳感器和多光 譜成像傳感器受到管制(6A002.b.);在氣象觀測用的“激光雷達”受到管制(6A998.b.)。

    3.8 空間與天文儀器 

    在本文所述分類體系中,主要包括地面天文望遠鏡、天體測量儀;而在國標 GB/T32847-2016 中天文儀器還包括空間飛行器、空間分析器測試/實驗設備、衛星與地面運營儀器等空間探索的儀器。在管制清單中,空間飛行器、空間分析器測試/實驗設備、衛星與地面運營儀器等空間探索的儀器是重點管制的領域;地面用于科學研究的天文望遠鏡、天體測量儀不受管制。 

    3.9 醫學診斷儀器 

    在本文所述分類體系中,主要包括影像診斷儀器、電子診察儀器、臨床檢驗分析儀器等。在管制清單中,醫學診斷類儀器基本不受到管制。 通過分析認為這個領域由于國內差距過大,沒有威脅到美國的地位,暫時沒有必要進行管制。但隨著未來中國整體實力的提升,特別是2020年新 冠疫情之后,關于生化檢測、病毒疫苗等領域的儀器設備有可能成為新增管制的領域。 

    3.10 核儀器 

    在本文所述分類體系中,主要包括核輻射探測儀器、離子束分析儀器、核效應分析儀器、中子散射及衍射儀器等。核管制是美國出口管制的重要內容,除了在 CCL中管制外,還有專門的 NRCC。兩個清單的主要區別在于,NRCC主要負責核制造、生產、使用等直接的技術、產品、材料和設備等,關于核相關的一般性檢測則由 CCL 負責。 

    3.11 工藝實驗設備 

    在本文所述分類體系中,主要包括電子工藝實驗設備、加工工藝實驗設備、化工制藥工藝實驗設備、汽車工藝實驗設備、食品工藝實驗設備、紡織工藝實驗設備等。在美國 CCL中,工藝實驗設備是非常大量的一類管制對象,分布在多個類別中。其中,電子工藝實驗設備是分布在第 3大 類中,以光刻機、掩模制作系統、芯片封裝設備等為代表的儀器與設備被嚴格管制,有大量和詳細的技術指標對光刻機的各種性能進行限定,也是近年來中美沖突中的熱點領域。典型的如:光源 波長小于 193nm或能夠產生“最小可分辨特征尺 寸”小于等于 45nm的圖案;電磁光譜波長大于 5nm小 于 124nm 極 端 紫 外 線 (Extreme Ultra-violet,EUV)的光刻設備等。由于在 EUV光刻領 域,中國的技術差距明顯,是被“卡脖子”的方向。 汽車工藝實驗設備、紡織工藝實驗設備方面一般的家用設備不在管制范圍,食品工藝實驗設備不在管制范圍。 

    3.12激光器 

    在本文所述分類體系中,有較多來自美國的進口產品,也有不少國產產品。由于激光在軍事上用途廣泛,如除用于通信、夜視、預警、測距等方面外,多種激光武器和激光制導武器也已經投入使用,在美國出口管制中是重要的一大模塊, 也是很早就受到管制的領域。管制清單對于固體激光器、氣體激光器、液體激光器、自由電子激光器等激光器的種類進行了全面的限定,并對激 器的波長和輸出功率進行了詳細的限定。該領域的管制是非常嚴厲的,但是中國自主研發的能力也比較強,屬于比較容易突圍的領域。 

    4 討論與建議 

    美國出口管制政策對我國科學儀器的影響深遠,不僅影響著我國科學儀器的貿易、采購、運 行、研發和使用,還進而制約著我國在科學研究、 工業制造、軍事發展等方面的深度和水平。2018年,美國出臺了《出口管制改革法案》,試圖將“新興和基礎技術 (Emerging and Foundational Technologies)”列入出口管制中[6],進一步加劇該影響。面對嚴峻的國際形勢和實際情況,本文提 出分類應對,制定短期、中期、長期規劃,堅定走自主研發的道路。 

    針對不同的科學儀器類型分類應對,制定短期、中期、長期規劃,堅定走自主道路[18]。1)針對長期以來管制比較嚴的“軍民”兩用類科學儀器, 比如激光器、核儀器、航天器、雷達等領域,長期以來就受到比較嚴格的管制[19],雖然在某些核心技術指標方面還有差距,但我國已經建立了一定的研發基礎,尤其是在軍事應用方面,已經走出了獨立自主的道路,在這個方向,應該繼續堅持自主研發戰略,緊追國際上最新的技術指標,逐漸縮短技術差距。2)貿易沖突以來逐漸加強管制的領域,比如光刻機、晶圓檢測設備、芯片檢測設備等是貿易沖突前較為寬松,而沖突以來重點加強管制的領域,需要制定短期應對的策略,尋找國際上的多邊合作和突破的可能,制定貿易進口的可替代方案,例如從俄羅斯、法國、德國等國家尋求突破點,同時要制定中長期規劃,摒棄“拿 來主義”“買來技術”的幻想,走自主研發的道路。 3)針對暫時管制較輕的領域,例如醫學診斷儀器、新一代基因測序儀、大氣探測儀器、地球探測、化學分析儀器等理論研究相關的科學儀器, 雖然當前管制并不嚴格,但并不代表著我國在技術上沒有差距,相反正因為差距太大,對美國暫時不構成威脅,美國才沒有嚴格管制,隨著我國 的逐漸進步,很有可能這些領域會成為新的管制對象。針對該方向的科學儀器要從長遠著眼,未雨綢繆,定制“備胎”計劃,由國家主導,國立科研機構和大型科研型企業主力承擔,形成足夠的科 學儀器技術儲備,逐步提高科學儀器的水平[20]。

    參考文獻 

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