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我國裝備制造要由中低端向中高端邁進，首先要解決制造質(zhì)量問題，其核心關(guān)鍵是解決超精密測量能力問題。只有解決整體測量能力問題，才能從根本上解決高端裝備制造質(zhì)量問題。高端裝備最本質(zhì)的特征是高質(zhì)量。高質(zhì)量的內(nèi)涵包括高性能、高可靠性和高穩(wěn)定性。如果說裝備制造業(yè)是制造業(yè)的脊梁，那么高端裝備制造業(yè)就是這個脊梁中的精髓。高質(zhì)量的高端裝備制造業(yè)可以牽動整個裝備制造業(yè)和整個制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。因此，高端裝備制造業(yè)是大國必爭的戰(zhàn)略制高點，而不斷提升高端裝備制造的質(zhì)量水平則是實現(xiàn)這一戰(zhàn)略的重中之重。

一、提升高端裝備制造質(zhì)量面臨的測量手段挑戰(zhàn)

目前，支撐產(chǎn)品制造質(zhì)量的測量手段可分為三個部分。一是具有測量能力，但這部分測量主要是一種由局部代替整體的測量。例如，在圖紙上標注圓柱類零件形狀的時候，考慮到現(xiàn)有的測量手段，一般只標注一個截面的圓度，再標注一個豎線的直線度。實際上，這樣的測量漏掉了絕大部分有用的信息。二是只具備部分測量能力。例如，在平板顯示器生產(chǎn)線上，通常是從6塊或8塊平板顯示器中抽出一塊來測量，而且是只在平板顯示器上選擇幾個點測量。這是在抽檢的基礎(chǔ)上進行局部代替整體的測量方式，測量數(shù)據(jù)遠不能反映平板顯示器的制造質(zhì)量，所以良品率很難控制。三是根本沒有測量能力，在圖紙上也不標注了。這樣的測量能力無法支撐我國高端裝備制造，更無法支撐高端裝備制造質(zhì)量的提升。鑒于上述情況，我國要提升高端裝備制造質(zhì)量將面臨三個主要挑戰(zhàn)。一是國家測量體系不完整，特別是工業(yè)測量體系極其薄弱。二是測量儀器體系呈碎片化，無法滿足整體測量能力建設(shè)的需求。三是對“精密測量是支撐制造質(zhì)量的基石”這一基礎(chǔ)性和決定性作用的認識嚴重不足。國家測量體系可大致分為國家計量體系和工業(yè)測量體系兩部分，核心任務(wù)之一是保證龐大的工業(yè)測量數(shù)據(jù)準確可靠。但是，在這個層面上，我國存在十分嚴重的量值傳遞體系不完整問題。以幾何量為例，德國建有123種國家計量標準（裝置），我國只有80種。國家的計量基標準都由國家計量院建立與管理，標準量值須逐級向下傳遞。首先傳遞到大區(qū)一級，再傳遞到省一級，再傳遞到市一級及縣一級，最后傳遞到工廠計量室。由于受技術(shù)能力、地方財力和人力資源等限制，不可能健全與國家計量院計量標準數(shù)量對應(yīng)的計量標準，所以每一級計量機構(gòu)在建立相應(yīng)級別的計量標準時，都會減少一些計量標準。這樣的計量體系無法支撐我國高端裝備制造業(yè)所需要的龐大工業(yè)測量體系的正常運行，無法保證工業(yè)測量數(shù)據(jù)的準確可靠。工業(yè)測量手段碎片化，即現(xiàn)有的精密和超精密測量儀器的種類極少，只在一些點上有測量能力，不成體系，無法形成整體測量能力。這可從三個層面分析。一是零件層。我國面向裝備制造業(yè)的測量方式與測量體系，基本上是學(xué)習蘇聯(lián)的相關(guān)方式與體系，測量主要是面向零件級的幾何參數(shù)測量。即使是面向零件級測量，實際上在精密級上我們也測不全。我曾經(jīng)把國內(nèi)某工廠的圖紙和德國某工廠相同零件的圖紙進行對照，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)圖紙標注的參數(shù)大量缺失，主要是我們對這些參數(shù)沒有能力測量，所以在一些圖紙上干脆就不標了。按照這樣的圖紙和測量手段控制零件在制造過程中的質(zhì)量是不可能的。二是部件層。因產(chǎn)品千差萬別，集成調(diào)試所需儀器原理和具體測量方法也各不相同，需要專門定制專用測量儀器，而不能直接采用通用儀器。由于部件層現(xiàn)有的專用測量手段基本上都是碎片化的，不能形成整體測量能力，部件集成質(zhì)量無法控制。三是整機層。不僅部件裝配層需要專用測量儀器，整機測量層也需要大批專用測量儀器，整機裝調(diào)完成以后對整機性能的測試還需要一批專用測量儀器。整機層的狀況與部件層狀況類似，但更嚴重。以超精密光刻機上的一個工作臺激光反射鏡為例，它有108項尺寸公差和62項形狀、位置、方向公差，還有內(nèi)部應(yīng)力等技術(shù)要求。要完成這樣一個零件的超精密測量需要20多種專用超精密測量儀器，這些我們都沒有提前布局研制，導(dǎo)致我們至今制造不出來精度合格的產(chǎn)品。中等精度的光刻機有3萬多個光機零件，其中70%是精密和超精密級的，需要600多種專用精密和超精密測量儀器，這些儀器90%是我國沒有的。還有200多種超精密測量單元和超精密傳感器是我國沒有規(guī)劃的，所以我國做了10年光刻機仍不能用。從目前情況看，因沒有解決專用超精密測量儀器問題，我國在較短的時間內(nèi)做出質(zhì)量合格的光刻機產(chǎn)品是不可能的。

二、超精密測量的基礎(chǔ)支撐作用

超精密測量對提升高端裝備制造質(zhì)量具有基礎(chǔ)支撐作用，并在制造全過程中的質(zhì)量控制發(fā)揮決定性作用。國際測量聯(lián)合會和國際標準化組織曾經(jīng)聯(lián)合制定了一個國家質(zhì)量保障體系，把標準、計量、合格評定三個方面定位為未來世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的三大支柱。這是總結(jié)了發(fā)達國家的發(fā)展經(jīng)驗后提升到理論層面的一個重要認識。落實到企業(yè)的時候，在標準、計量、合格評定三大要素基礎(chǔ)上，還要加上認證認可，這樣就形成了工廠可操作的質(zhì)量保障體系。要想趕上發(fā)達國家的高端裝備制造質(zhì)量，首先應(yīng)看看發(fā)達國家的做法。美國高度重視建模和軟件，即通過大量的測量數(shù)據(jù)積累，挖掘影響產(chǎn)品質(zhì)量的各種誤差源，找出其影響規(guī)律與消除方法，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型并形成軟件，并不斷評估對質(zhì)量的改善效果。例如，實驗室里的激光干涉儀從5528型升級到5529型時，幾乎沒有改動任何硬件，而是把新的軟件嵌入進去，使儀器測量分辨率提高了一個數(shù)量級，價格提升了1倍。相比之下，德國人更注重硬技術(shù)，靠深度挖掘機器性能來提升質(zhì)量，而日本人則更強調(diào)工匠精神。盡管各國的側(cè)重點不一樣，但都是以大量精準測量數(shù)據(jù)的積累和數(shù)據(jù)處理為基礎(chǔ)的。我國的很多企業(yè)家和工程技術(shù)人員通常有一個錯誤認識，就是質(zhì)量是靠先進的制造裝備來保障的。從發(fā)達國家高端裝備制造發(fā)展歷程可以知道，只有先進的制造裝備是不行的，特別是發(fā)展到超精密制造階段，測量不出來就制造不出來。因此，我們應(yīng)認識到：只有通過精確測量，才能精確找到產(chǎn)品質(zhì)量不合格出現(xiàn)在哪里；只有對測量數(shù)據(jù)進行大量積累和深度分析，才能發(fā)現(xiàn)不合格的根源；只有全面精準地消除了產(chǎn)生誤差的根源，才能最終提升高端裝備制造質(zhì)量。

三、發(fā)展機遇和方向

對我國而言，優(yōu)勢可能是工業(yè)大數(shù)據(jù)。我國擁有幾乎世界上各發(fā)達國家的工業(yè)母機，不斷地積累著大量與制造質(zhì)量有關(guān)的數(shù)據(jù)。在掌握和深度分析這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，如果我們虛心地學(xué)習美國的軟件技術(shù)、德國的機器硬技術(shù)和日本的工匠精神，加上充分的測量能力提升，使后續(xù)的測量數(shù)據(jù)得到高質(zhì)量延續(xù)和積累，這會產(chǎn)生一個后發(fā)的綜合優(yōu)勢。這個綜合優(yōu)勢有利于全面精準地發(fā)現(xiàn)各種誤差產(chǎn)生的根源、消除各種誤差源，扎扎實實地達到提升制造質(zhì)量的目的。我們必須在以下幾個方面形成后發(fā)優(yōu)勢。

第一，不斷提升全民族的質(zhì)量意識。我們必須學(xué)習德國人，深刻反思我們產(chǎn)品質(zhì)量不高的根源，關(guān)鍵是要深刻認識到“沒有精密的測量，就沒有精密的產(chǎn)品”。在此基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮我國具有龐大的測量和儀器技術(shù)隊伍這一人力資源優(yōu)勢，結(jié)合新技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)變革機遇，形成后發(fā)優(yōu)勢。高端裝備是工業(yè)母機制作出來的。為保證高端裝備制造精度，工業(yè)母機的精度要比高端裝備的精度高一個數(shù)量級。工業(yè)母機的精度靠超精密測量儀器來保證。超精密測量儀器的精度要比工作母機高出一個數(shù)量級，這樣才能保證工業(yè)母機的精度。因此：從精度的角度看，超精密測量儀器是高端中的高端；從基礎(chǔ)支撐的角度看，超精密測量儀器是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。我們要充分認識到超精密測量儀器的精度引領(lǐng)作用和基礎(chǔ)支撐作用。沒有測量精度和整體測量能力這個基礎(chǔ)，所有制造精度和制造質(zhì)量都是空談。

第二，盡快建立起新一代計量體系與工業(yè)測量體系。2018年世界計量大會做出了一個具有深遠歷史意義的決議，即國際單位制中的7個基本單位均采用基于物理常數(shù)的新定義。這意味著我們遇到了一個千載難逢的發(fā)展機遇?，F(xiàn)在的標準計量量值傳遞體系，中間經(jīng)歷了一個很長的傳遞環(huán)節(jié)，等這個標準計量量值傳到車間時，有價值的計量量值已經(jīng)所剩無幾了，再加上車間的測量手段的碎片化，這樣的測量體系不可能支撐高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)。7個基本物理量都采用物理常數(shù)重新定義以后，從理論上講，這個標準計量量值傳遞體系的中間環(huán)節(jié)都可以不需要了。只要滿足定義條件，任何部門在任何地點、任何時間都可以把基本量復(fù)現(xiàn)出來，不用再按照原來逐級溯源的體系去溯源了。它帶來的最有價值的東西就是量值傳遞體系扁平化。從這個意義上看，我們和發(fā)達國家處于同一個起點，我們?nèi)绻茏プ∵@一難得的歷史機遇，就可以率先建立起最簡潔高效的國家計量體系和國家工業(yè)測量體系。

第三，加快測量體系數(shù)字化進程。數(shù)字化是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，是網(wǎng)絡(luò)化制造和智能化制造的前提。一個成功案例是西門子公司。西門子公司通過大力發(fā)展軟件來加快數(shù)字化進程，大量拋售硬件公司，如汽車、家電、照明等領(lǐng)域的公司，然后收購其他軟件公司。2014年，西門子建立了數(shù)字化工廠集團，向數(shù)字化工業(yè)邁進，然后又大力推廣數(shù)字孿生技術(shù)。這兩件事做完以后，它的產(chǎn)品制造周期由原來的18個月降低到8個月，制造成本降低到原來的1/3，產(chǎn)品質(zhì)量全面提升。

第四，加快工廠工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。根據(jù)我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展狀況，企業(yè)面向智能制造的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)可以有兩種方式：一是把外網(wǎng)和工廠的內(nèi)網(wǎng)結(jié)合起來；二是直接以5G為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺。特別是處于改造升級階段的企業(yè)，沒有必要重新布光纖網(wǎng)，可以直接用5G建工廠的物聯(lián)網(wǎng)平臺。

第五，對數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)有一定基礎(chǔ)的工廠應(yīng)及時發(fā)展智能化。德國企業(yè)的發(fā)展方式是循序漸進，即先發(fā)展數(shù)字化，再發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化，最后發(fā)展智能化。對我國發(fā)展狀況而言，應(yīng)該發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，三個階段的工作并行推進，即全力發(fā)展數(shù)字化，對必要且成熟的工廠或車間同步發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化，同時，依據(jù)人工智能技術(shù)發(fā)展的成熟度，逐步且及時地開展制造過程的智能化。要盡快提升我國高端裝備制造質(zhì)量，遇到的最大的瓶頸是基礎(chǔ)不扎實，而最大的、最根本的基礎(chǔ)短板是沒有形成整體測量能力。我國要完成高端裝備制造質(zhì)量提升這一偉大歷史使命，必須盡快補齊精密測量能力，追平超精密測量能力，同時，充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，確保在完整精度階段最后勝出。

作者:譚久彬 單位:中國工程院哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密儀器工程研究院