機床商務網公司動態
提升優異裝備制造質量，關鍵是解決超精密測量能力問題
閱讀：110 發布時間：2023-3-12優異裝備*本質的特征是高質量。高質量的內涵包括高性能、高可靠性和高穩定性。它處于技術鏈的頂端和價值鏈的頂端。如果說裝備制造業是制造業的脊梁，那么優異裝備制造業就是這個脊梁中的精髓。高質量的優異裝備制造業可以牽動整個裝備制造業和整個制造業高質量發展，因此，優異裝備制造業是大國必爭的戰略制高點，而不斷提升優異裝備制造的質量水平則是實現這一戰略的重中之重。
沒有高質量，就沒有真正意義上的優異裝備。那么如何提升優異裝備制造質量呢？
對標*國家測量體系
在討論提升我國優異裝備制造質量時，我們可以對標一下四次工業Ge命發展的歷程，特別是和在這一歷程中取得成功的德國進行對標。這是因為德國在**次工業Ge命的時候，也經歷過和我們類似的追趕和大量仿造、質量缺失這樣一個過程。1887年，由于德國低廉產品的競爭，導致英國市場混亂，所以英國議會出臺了一個《商標法》，要把質量低劣的德國產品和高質量的英國產品區分開。這個法律具有侮辱性，它的出臺使德國朝野非常震動，舉國反思。反思的結果很有價值，德國人得出的結論很具體，即沒有精密的測量，就沒有精密的產品。認識統一之后，德國人馬上行動起來，由西門子出資在柏林建立德國，這個是現代意義上的國家。它逐漸構建起了這個國家的測量體系，即從標準建立一直到把準確的量值傳遞到車間里面每一道工序的工程測量，確保測量數據準確一致，進而保證零部件制造精度和產品的制造精度。由于有了以國家為核心的國家測量體系作為支撐，德國的產品質量迅速提升。
第2次工業Ge命期間，德國已經具備了整體精密工程能力，全mian實施質量戰略，使得德國制造業迅速崛起。這期間德國生產出來以精密坐標測量機為代表的一批精密測量儀器與制造裝備，建立起了完整的精密測量體系，對優異裝備制造形成強有力的支撐。第三次工業Ge命時期，德國進入了超精密工程階段，并形成整體超精密工程能力。不斷升級和完善質量戰略，使質量意識深入人心，國家測量體系成熟高效，使德國成為名副其實的質量強國，形成了一大批自己的品牌。這期間它培育起了一批**超精密制造與儀器企業，建立了完整的超精密測量體系。盡管德國工業規模不算很大，但卻擁有2300多個。測量體系對整個制造業能有多大的拉動作用呢？美國評估報告指出，儀器產值僅占工業總產值的4%，但是對于國民生產總值的拉動作用卻達到66%。也就是說，精密測量儀器技術作為基礎性優異技術，其自身具有價值放大、有效賦能和創xin引lin的作用，它可以使制造質量提升，效率提升，成本降低，可撬動和拉動十幾倍以上的工業生產，足見其基礎支撐作用是巨大的。這一時期，超精密制造和超精密測量能力支撐了以光刻機為代表的優異超精密裝備的快速發展。德國并不生產光刻機，光刻機的生產目前主要是荷蘭的ASML公司。但是，荷蘭ASML公司并不生產核心零部件，只是從事設計、組裝、整機調試和售后服務，絕大部分的核心零部件都生產于德國。也就是說，德國想生產光刻機也是沒有問題的。到了第四次工業Ge命期間，德國人提出了工業4.0的概念。從德國的發展歷程可以知道，德國是從第2次工業Ge命以后穩扎穩打，循序漸進，扎扎實實地解決了產品的質量問題，然后再穩步進入智能制造階段。現在我們來和德國制造進行對標。**次工業Ge命期間我們還基本上處在農業社會。第2次工業Ge命期間，我們趕上了*后10年，即1949至1959年。這期間我們初步形成了裝備制造能力，而且在某些點上邁向了精密工程，在局部形成了精密測量能力。我們還制造出了萬噸水壓機這樣的裝備，這里面有個別零件就是精密級的，而且這些精密級零件要通過精密測量才能保證質量。第三次工業Ge命期間，我國制造業迅速發展，于2010年成為世界**制造大國，2018年我國的制造總量已經超過了美國、日本、德國的總和。但是，我們的制造業，特別是裝備制造還處于中低端。盡管如此，我們還是一只腳跨進了超精密工程，例如在航天工業領域和國防工業領域，局部形成了超精密制造和測量能力。現在，工業4.0時代來臨，我們在工業2.0階段的精密級測量能力還沒有建完，沒有形成整體測量能力，對中低端裝備制造質量的整體支撐能力尚未形成；我們在工業3.0階段的超精密級測量能力還處于初級階段，要形成整體測量能力必須付出極大的努力，無法形成對優異裝備制造質量的基本支撐能力；但是工業4.0已經開始了，這個階段是在完成整體超精密測量能力的基礎上，達到優異裝備制造的“完整精度"階段。“完整精度"的內涵是使制造精度與測量精度更完整、更優化、效率更高、成本更低，更適于數字化、網絡化和智能化制造。可見我們面臨的工作極其復雜、極其艱巨、極其緊迫，工業2.0要補課，3.0要追齊，4.0要同步和勝出。
鑒于上述情況，我國要提升優異裝備制造質量將會面臨三個主要挑戰。**個是整體性問題，國家測量體系不完整；第2個是測量手段呈現碎片化特征，有些儀器發明或者有些儀器的研發、生產，都是在一些點上進行的，不成體系，不能形成整體能力；第三個是精益化問題，測量對質量提升的不可替代的支撐作用，對此我們的認識嚴重不足。國家測量體系的核心任務之一是保證龐大的工業測量數據準確可靠。國家測量體系可大致分為國家計量體系和工業測量體系兩部分。國家計量體系的任務是保證國內計量量值的準確一致，僅在這個層面上，我們就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），我們只有80種。從總體看，德國是有選擇地發展裝備制造業，而我國是成體系的地發展裝備制造業，從這個意義上說我們國家缺少的標準裝置就更多了。國家的計量基標準都由國家建立與管理，標準量值須逐級向下傳遞。首先傳遞到大區上等，再傳遞到省上等，再傳遞到市上等及縣上等，*后傳遞到工廠計量室。由于受能力限制，如技術能力、地方財力和人力資源限制等，不可能健全與國家計量標準數量對應的計量標準，所以每上等計量機構在建立相應級別的計量標準時，都會減少一些計量標準。就我國現有的80項國家標準裝置而言，傳遞到市縣上等時，能建立和管理的計量標準已經所剩無幾了。*后傳遞到工廠計量室時，只有很少的計量標準裝置能真正起作用。這樣一個計量體系，無法支撐我國優異裝備制造業所需要的龐大工業測量體系的正常運行，無法保證工業測量數據的準確可靠。工業測量手段碎片化，即現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的測量方式與測量體系，基本上是學習前蘇聯的相關方式與體系，測量主要是面向零件級的幾何參數測量。即使是面向零件級測量，實際上在精密級上我們也測不全。我曾經把國內某工廠的圖紙和德國某工廠相同零件的圖紙進行對照，發現國內圖紙標注的參數大量缺失，主要是我們對這些參數沒有能力測量，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量是不可能的。二是部件層。部件層面因產品千差萬別，導致集成調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。實際上，目前裝備制造車間里，專用測量儀器大量缺失。由于沒有成體系的專用測量儀器，有些車間只好用通用儀器來替代專用儀器進行測量，這是非常不合理的，因為很多專用測量需**通用儀器實現不了的。這個問題普遍存在。由此可見，部件層現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，導致部件集成質量無法控制。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，整機裝調完成以后對整機性能的測試層面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。為了容易理解，我們分析一個實例。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，還有內部應力等技術要求。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，導致我們至今制造不出來精度合格的產品。這樣的例子具有普遍性。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，這些儀器我們90%是沒有的。還有200多種超精密測量單元和超精密傳感器，這些我們都沒有規劃，所以我們做了10年光刻機仍不能用，這一點都不奇怪。從目前情況看，因沒有解決專用超精密測量儀器問題，我們在較短的時間內做出質量合格的光刻機產品是不可能的。要充分認識到，只有通過**測量，才能**找到產品質量不合格的地方。只有對測量數據進行大量積累和分析，才能發現高精密制造不合格的根源。
超精密測量對提升優異裝備制造質量的基礎作用
超精密測量對提升優異裝備制造質量具有基礎支撐作用，并在制造全過程中的質量控制發揮決定性作用。我們可從標準、計量、合格評定三個方面來探討。國際測量聯合會和國際標準化組織曾經聯合制定了一個國家質量保障體系，它把標準、計量、合格評定三個方面定位為未來世界經濟可持續發展的三大支柱。這個定位非常之高，而且定位很明確，這是總結了發達國家的發展經驗后提升到理論層面的一個重要認識。落實到企業的時候，在標準、計量、合格評定三大要素基礎上，還要加上認證認可，這樣就形成了工廠可操作的質量保障體系。究其本質，質量保障體系就是一系列技術法規加測量。在技術層面看，它就是一個規范化的測量體系。
要想趕上發達國家的優異裝備制造質量，我們應該怎么做？我們首先看看發達國家的做法。例如美國，他們高度重視建模和軟件，即通過大量的測量數據積累，挖掘影響產品質量的各種誤差源，找出其影響規律與消除方法，構建數學模型并形成軟件，并不斷評估對質量的改善效果。比如實驗室里的激光干涉儀，在從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量級，價格提升了一倍。再如，引力波在剛被探測出來的時候，它的探測分辨率不夠，但是科學家通過建立模型和軟件計算提升了系統的分辨力，成功測量到引力波。可見，美國人在軟件方面是有巨大優勢的。相比之下，德國人更注重硬技術，靠深度挖掘機器性能來提升質量，而日本人則更強調工匠精神。盡管他們強調的側重點不一樣，但都是以大量精準測量數據的積累和數據處理為基礎的。我們國內的很多企業家和工程技術人員通常有一個錯誤認識，就是質量是靠*的制造裝備來保障的。從發達國家優異裝備制造發展歷程可以知道，只有*的制造裝備是不行的，特別是發展到超精密制造階段，測量不出來，就制造不出來。這會讓我們進一步認識到，只有通過**測量，才能精que找到產品質量不合格出現在哪里；只有對測量數據進行大量積累和深度分析，才能發現不合格的根源；只有全mian精準地消除了產生誤差的根源，才能*終提升優異裝備制造質量。
結論
要盡快提升我國優異裝備制造質量，遇到的*大的瓶頸是基礎不扎實，即“四基問題"沒有解決，沒有形成基礎支撐能力，而*大的、*根本的基礎短板是沒有形成整體測量能力。
面向優異裝備制造的整體測量能力存在三大挑戰，一是國家測量體系不完整，特別是工業測量體系極其薄弱；二是測量儀器體系呈碎片化，無法滿足整體測量能力建設的需求；三是對“精密測量是支撐制造質量的基石"這一基礎性和決定性作用的認識嚴重不足。我國要完成優異裝備制造質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，充分發揮后發優勢，確保在完整精度階段*后勝出。