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我國(guó)裝備制造要由中低端向中高端邁進(jìn)，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(cè)量能力問題。只有解決整體測(cè)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(gè)脊梁中的精髓。高質(zhì)量的高端裝備制造業(yè)可以牽動(dòng)整個(gè)裝備制造業(yè)和整個(gè)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。因此，高端裝備制造業(yè)是大國(guó)必爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，而不斷提升高端裝備制造的質(zhì)量水平則是實(shí)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(cè)量手段挑戰(zhàn)

目前，支撐產(chǎn)品制造質(zhì)量的測(cè)量手段可分為三個(gè)部分。一是具有測(cè)量能力，但這部分測(cè)量主要是一種由局部代替整體的測(cè)量。例如，在圖紙上標(biāo)注圓柱類零件形狀的時(shí)候，考慮到現(xiàn)有的測(cè)量手段，一般只標(biāo)注一個(gè)截面的圓度，再標(biāo)注一個(gè)豎線的直線度。實(shí)際上，這樣的測(cè)量漏掉了絕大部分有用的信息。二是只具備部分測(cè)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(cè)量，而且是只在平板顯示器上選擇幾個(gè)點(diǎn)測(cè)量。這是在抽檢的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部代替整體的測(cè)量方式，測(cè)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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(cè)量能力，在圖紙上也不標(biāo)注了。這樣的測(cè)量能力無法支撐我國(guó)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(guó)要提升高端裝備制造質(zhì)量將面臨三個(gè)主要挑戰(zhàn)。一是國(guó)家測(cè)量體系不完整，特別是工業(yè)測(cè)量體系極其薄弱。二是測(cè)量?jī)x器體系呈碎片化，無法滿足整體測(cè)量能力建設(shè)的需求。三是對(duì)“精密測(cè)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(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足。國(guó)家測(cè)量體系可大致分為國(guó)家計(jì)量體系和工業(yè)測(cè)量體系兩部分，核心任務(wù)之一是保證龐大的工業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。但是，在這個(gè)層面上，我國(guó)存在十分嚴(yán)重的量值傳遞體系不完整問題。以幾何量為例，德國(guó)建有123種國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（裝置），我國(guó)只有80種。國(guó)家的計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)都由國(guó)家計(jì)量院建立與管理，標(biāo)準(zhǔn)量值須逐級(jí)向下傳遞。首先傳遞到大區(qū)一級(jí)，再傳遞到省一級(jí)，再傳遞到市一級(jí)及縣一級(jí)，最后傳遞到工廠計(jì)量室。由于受技術(shù)能力、地方財(cái)力和人力資源等限制，不可能健全與國(guó)家計(jì)量院計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量對(duì)應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，所以每一級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)在建立相應(yīng)級(jí)別的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，都會(huì)減少一些計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。這樣的計(jì)量體系無法支撐我國(guó)高端裝備制造業(yè)所需要的龐大工業(yè)測(cè)量體系的正常運(yùn)行，無法保證工業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。工業(yè)測(cè)量手段碎片化，即現(xiàn)有的精密和超精密測(cè)量?jī)x器的種類極少，只在一些點(diǎn)上有測(cè)量能力，不成體系，無法形成整體測(cè)量能力。這可從三個(gè)層面分析。一是零件層。我國(guó)面向裝備制造業(yè)的測(cè)量方式與測(cè)量體系，基本上是學(xué)習(xí)蘇聯(lián)的相關(guān)方式與體系，測(cè)量主要是面向零件級(jí)的幾何參數(shù)測(cè)量。即使是面向零件級(jí)測(cè)量，實(shí)際上在精密級(jí)上我們也測(cè)不全。我曾經(jīng)把國(guó)內(nèi)某工廠的圖紙和德國(guó)某工廠相同零件的圖紙進(jìn)行對(duì)照，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)圖紙標(biāo)注的參數(shù)大量缺失，主要是我們對(duì)這些參數(shù)沒有能力測(cè)量，所以在一些圖紙上干脆就不標(biāo)了。按照這樣的圖紙和測(cè)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(cè)量方法也各不相同，需要專門定制專用測(cè)量?jī)x器，而不能直接采用通用儀器。由于部件層現(xiàn)有的專用測(cè)量手段基本上都是碎片化的，不能形成整體測(cè)量能力，部件集成質(zhì)量無法控制。三是整機(jī)層。不僅部件裝配層需要專用測(cè)量?jī)x器，整機(jī)測(cè)量層也需要大批專用測(cè)量?jī)x器，整機(jī)裝調(diào)完成以后對(duì)整機(jī)性能的測(cè)試還需要一批專用測(cè)量?jī)x器。整機(jī)層的狀況與部件層狀況類似，但更嚴(yán)重。以超精密光刻機(jī)上的一個(gè)工作臺(tái)激光反射鏡為例，它有108項(xiàng)尺寸公差和62項(xiàng)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(gè)零件的超精密測(cè)量需要20多種專用超精密測(cè)量?jī)x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(jī)有3萬多個(gè)光機(jī)零件，其中70%是精密和超精密級(jí)的，需要600多種專用精密和超精密測(cè)量?jī)x器，這些儀器90%是我國(guó)沒有的。還有200多種超精密測(cè)量單元和超精密傳感器是我國(guó)沒有規(guī)劃的，所以我國(guó)做了10年光刻機(jī)仍不能用。從目前情況看，因沒有解決專用超精密測(cè)量?jī)x器問題，我國(guó)在較短的時(shí)間內(nèi)做出質(zhì)量合格的光刻機(jī)產(chǎn)品是不可能的。

二、超精密測(cè)量的基礎(chǔ)支撐作用

超精密測(cè)量對(duì)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(guó)際測(cè)量聯(lián)合會(huì)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織曾經(jīng)聯(lián)合制定了一個(gè)國(guó)家質(zhì)量保障體系，把標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量、合格評(píng)定三個(gè)方面定位為未來世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的三大支柱。這是總結(jié)了發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)后提升到理論層面的一個(gè)重要認(rèn)識(shí)。落實(shí)到企業(yè)的時(shí)候，在標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量、合格評(píng)定三大要素基礎(chǔ)上，還要加上認(rèn)證認(rèn)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(dá)國(guó)家的高端裝備制造質(zhì)量，首先應(yīng)看看發(fā)達(dá)國(guó)家的做法。美國(guó)高度重視建模和軟件，即通過大量的測(cè)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(píng)估對(duì)質(zhì)量的改善效果。例如，實(shí)驗(yàn)室里的激光干涉儀從5528型升級(jí)到5529型時(shí)，幾乎沒有改動(dòng)任何硬件，而是把新的軟件嵌入進(jìn)去，使儀器測(cè)量分辨率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，價(jià)格提升了1倍。相比之下，德國(guó)人更注重硬技術(shù)，靠深度挖掘機(jī)器性能來提升質(zhì)量，而日本人則更強(qiáng)調(diào)工匠精神。盡管各國(guó)的側(cè)重點(diǎn)不一樣，但都是以大量精準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的積累和數(shù)據(jù)處理為基礎(chǔ)的。我國(guó)的很多企業(yè)家和工程技術(shù)人員通常有一個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，就是質(zhì)量是靠先進(jìn)的制造裝備來保障的。從發(fā)達(dá)國(guó)家高端裝備制造發(fā)展歷程可以知道，只有先進(jìn)的制造裝備是不行的，特別是發(fā)展到超精密制造階段，測(cè)量不出來就制造不出來。因此，我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到：只有通過精確測(cè)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(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhǔn)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(jī)遇和方向

對(duì)我國(guó)而言，優(yōu)勢(shì)可能是工業(yè)大數(shù)據(jù)。我國(guó)擁有幾乎世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)母機(jī)，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(xí)美國(guó)的軟件技術(shù)、德國(guó)的機(jī)器硬技術(shù)和日本的工匠精神，加上充分的測(cè)量能力提升，使后續(xù)的測(cè)量數(shù)據(jù)得到高質(zhì)量延續(xù)和積累，這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)后發(fā)的綜合優(yōu)勢(shì)。這個(gè)綜合優(yōu)勢(shì)有利于全面精準(zhǔn)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(shí)實(shí)地達(dá)到提升制造質(zhì)量的目的。我們必須在以下幾個(gè)方面形成后發(fā)優(yōu)勢(shì)。

第一，不斷提升全民族的質(zhì)量意識(shí)。我們必須學(xué)習(xí)德國(guó)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(rèn)識(shí)到“沒有精密的測(cè)量，就沒有精密的產(chǎn)品”。在此基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮我國(guó)具有龐大的測(cè)量和儀器技術(shù)隊(duì)伍這一人力資源優(yōu)勢(shì)，結(jié)合新技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)變革機(jī)遇，形成后發(fā)優(yōu)勢(shì)。高端裝備是工業(yè)母機(jī)制作出來的。為保證高端裝備制造精度，工業(yè)母機(jī)的精度要比高端裝備的精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。工業(yè)母機(jī)的精度靠超精密測(cè)量?jī)x器來保證。超精密測(cè)量?jī)x器的精度要比工作母機(jī)高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣才能保證工業(yè)母機(jī)的精度。因此：從精度的角度看，超精密測(cè)量?jī)x器是高端中的高端；從基礎(chǔ)支撐的角度看，超精密測(cè)量?jī)x器是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。我們要充分認(rèn)識(shí)到超精密測(cè)量?jī)x器的精度引領(lǐng)作用和基礎(chǔ)支撐作用。沒有測(cè)量精度和整體測(cè)量能力這個(gè)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(jì)量體系與工業(yè)測(cè)量體系。2018年世界計(jì)量大會(huì)做出了一個(gè)具有深遠(yuǎn)歷史意義的決議，即國(guó)際單位制中的7個(gè)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(gè)千載難逢的發(fā)展機(jī)遇?，F(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量量值傳遞體系，中間經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)的傳遞環(huán)節(jié)，等這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量量值傳到車間時(shí)，有價(jià)值的計(jì)量量值已經(jīng)所剩無幾了，再加上車間的測(cè)量手段的碎片化，這樣的測(cè)量體系不可能支撐高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)。7個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)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(diǎn)、任何時(shí)間都可以把基本量復(fù)現(xiàn)出來，不用再按照原來逐級(jí)溯源的體系去溯源了。它帶來的最有價(jià)值的東西就是量值傳遞體系扁平化。從這個(gè)意義上看，我們和發(fā)達(dá)國(guó)家處于同一個(gè)起點(diǎn)，我們?nèi)绻茏プ∵@一難得的歷史機(jī)遇，就可以率先建立起最簡(jiǎn)潔高效的國(guó)家計(jì)量體系和國(guó)家工業(yè)測(cè)量體系。

第三，加快測(cè)量體系數(shù)字化進(jìn)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(gè)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(jìn)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(gòu)其他軟件公司。2014年，西門子建立了數(shù)字化工廠集團(tuán)，向數(shù)字化工業(yè)邁進(jìn)，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(gè)月降低到8個(gè)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(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，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(tái)。特別是處于改造升級(jí)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(tái)。

第五，對(duì)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(shí)發(fā)展智能化。德國(guó)企業(yè)的發(fā)展方式是循序漸進(jìn)，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(duì)我國(guó)發(fā)展?fàn)顩r而言，應(yīng)該發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，三個(gè)階段的工作并行推進(jìn)，即全力發(fā)展數(shù)字化，對(duì)必要且成熟的工廠或車間同步發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)，依據(jù)人工智能技術(shù)發(fā)展的成熟度，逐步且及時(shí)地開展制造過程的智能化。要盡快提升我國(guó)高端裝備制造質(zhì)量，遇到的最大的瓶頸是基礎(chǔ)不扎實(shí)，而最大的、最根本的基礎(chǔ)短板是沒有形成整體測(cè)量能力。我國(guó)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(bǔ)齊精密測(cè)量能力，追平超精密測(cè)量能力，同時(shí)，充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，確保在完整精度階段最后勝出。

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