提升優(yōu)異裝備制造質(zhì)量，關(guān)鍵是解決超精密測量能力問題

優(yōu)異裝備*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。它處于技術(shù)鏈的頂端和價值鏈的頂端。如果說裝備制造業(yè)是制造業(yè)的脊梁，那么優(yōu)異裝備制造業(yè)就是這個脊梁中的精髓。高質(zhì)量的優(yōu)異裝備制造業(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，優(yōu)異裝備制造業(yè)是大國必爭的戰(zhàn)略制高點，而不斷提升優(yōu)異裝備制造的質(zhì)量水平則是實現(xiàn)這一戰(zhàn)略的重中之重。

沒有高質(zhì)量，就沒有真正意義上的優(yōu)異裝備。那么如何提升優(yōu)異裝備制造質(zhì)量呢？

 對標(biāo)先進國家測量體系

在討論提升我國優(yōu)異裝備制造質(zhì)量時，我們可以對標(biāo)一下四次工業(yè)Ge命發(fā)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(biāo)。這是因為德國在**次工業(yè)Ge命的時候，也經(jīng)歷過和我們類似的追趕和大量仿造、質(zhì)量缺失這樣一個過程。1887年，由于德國低廉產(chǎn)品的競爭，導(dǎo)致英國市場混亂，所以英國議會出臺了一個《商標(biāo)法》，要把質(zhì)量低劣的德國產(chǎn)品和高質(zhì)量的英國產(chǎn)品區(qū)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(jié)果很有價值，德國人得出的結(jié)論很具體，即沒有精密的測量，就沒有精密的產(chǎn)品。認(rèn)識統(tǒng)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計量院，這個計量院是現(xiàn)代意義上的國家計量院。它逐漸構(gòu)建起了這個國家的測量體系，即從標(biāo)準(zhǔn)建立一直到把準(zhǔn)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(shù)據(jù)準(zhǔn)確一致，進而保證零部件制造精度和產(chǎn)品的制造精度。由于有了以國家計量院為核心的國家測量體系作為支撐，德國的產(chǎn)品質(zhì)量迅速提升。

第2次工業(yè)Ge命期間，德國已經(jīng)具備了整體精密工程能力，全mian實施質(zhì)量戰(zhàn)略，使得德國制造業(yè)迅速崛起。這期間德國生產(chǎn)出來以精密坐標(biāo)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(yōu)異裝備制造形成強有力的支撐。第三次工業(yè)Ge命時期，德國率先進入了超精密工程階段，并率先形成整體超精密工程能力。不斷升級和完善質(zhì)量戰(zhàn)略，使質(zhì)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(zhì)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(yè)，建立了完整的超精密測量體系。盡管德國工業(yè)規(guī)模不算很大，但卻擁有世界品牌2300多個。測量體系對整個制造業(yè)能有多大的拉動作用呢？美國商務(wù)部評估報告指出，儀器產(chǎn)值僅占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但是對于國民生產(chǎn)總值的拉動作用卻達到66%。也就是說，精密測量儀器技術(shù)作為基礎(chǔ)性優(yōu)異技術(shù)，其自身具有價值放大、有效賦能和創(chuàng)xin引lin的作用，它可以使制造質(zhì)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(yè)生產(chǎn)，足見其基礎(chǔ)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(yōu)異超精密裝備的快速發(fā)展。德國并不生產(chǎn)光刻機，光刻機的生產(chǎn)目前主要是荷蘭的ASML公司。但是，荷蘭ASML公司并不生產(chǎn)核心零部件，只是從事設(shè)計、組裝、整機調(diào)試和售后服務(wù)，絕大部分的核心零部件都生產(chǎn)于德國。也就是說，德國想生產(chǎn)光刻機也是沒有問題的。到了第四次工業(yè)Ge命期間，德國人率先提出了工業(yè)4.0的概念。從德國的發(fā)展歷程可以知道，德國是從第2次工業(yè)Ge命以后穩(wěn)扎穩(wěn)打，循序漸進，扎扎實實地解決了產(chǎn)品的質(zhì)量問題，然后再穩(wěn)步進入智能制造階段?，F(xiàn)在我們來和德國制造進行對標(biāo)。**次工業(yè)Ge命期間我們還基本上處在農(nóng)業(yè)社會。第2次工業(yè)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(zhì)量。第三次工業(yè)Ge命期間，我國制造業(yè)迅速發(fā)展，于2010年成為世界**制造大國，2018年我國的制造總量已經(jīng)超過了美國、日本、德國的總和。但是，我們的制造業(yè)，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(yè)領(lǐng)域和國防工業(yè)領(lǐng)域，局部形成了超精密制造和測量能力?，F(xiàn)在，工業(yè)4.0時代來臨，我們在工業(yè)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(zhì)量的整體支撐能力尚未形成；我們在工業(yè)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(yōu)異裝備制造質(zhì)量的基本支撐能力；但是工業(yè)4.0已經(jīng)開始了，這個階段是在完成整體超精密測量能力的基礎(chǔ)上，達到優(yōu)異裝備制造的“完整精度”階段?！巴暾取钡膬?nèi)涵是使制造精度與測量精度更完整、更優(yōu)化、效率更高、成本更低，更適于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化制造?？梢娢覀兠媾R的工作極其復(fù)雜、極其艱巨、極其緊迫，工業(yè)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(yōu)異裝備制造質(zhì)量將會面臨三個主要挑戰(zhàn)。**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(xiàn)碎片化特征，有些儀器發(fā)明或者有些儀器的研發(fā)、生產(chǎn)，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(zhì)量提升的不可替代的支撐作用，對此我們的認(rèn)識嚴(yán)重不足。國家測量體系的核心任務(wù)之一是保證龐大的工業(yè)測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。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。國家計量體系的任務(wù)是保證國內(nèi)計量量值的準(zhǔn)確一致，僅在這個層面上，我們就存在十分嚴(yán)重的量值傳遞體系不完整問題。以幾何量為例，德國建有123種國家計量標(biāo)準(zhǔn)（裝置），我們只有80種。從總體看，德國是有選擇地發(fā)展裝備制造業(yè)，而我國是成體系的地發(fā)展裝備制造業(yè)，從這個意義上說我們國家缺少的標(biāo)準(zhǔn)裝置就更多了。國家的計量基標(biāo)準(zhǔn)都由國家計量院建立與管理，標(biāo)準(zhǔn)量值須逐級向下傳遞。首先傳遞到大區(qū)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(shù)能力、地方財力和人力資源限制等，不可能健全與國家計量院計量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量對應(yīng)的計量標(biāo)準(zhǔn)，所以每上等計量機構(gòu)在建立相應(yīng)級別的計量標(biāo)準(zhǔn)時，都會減少一些計量標(biāo)準(zhǔn)。就我國現(xiàn)有的80項國家標(biāo)準(zhǔn)裝置而言，傳遞到市縣上等時，能建立和管理的計量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)所剩無幾了。*后傳遞到工廠計量室時，只有很少的計量標(biāo)準(zhǔn)裝置能真正起作用。這樣一個計量體系，無法支撐我國優(yōu)異裝備制造業(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(zhǔn)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(xí)前蘇聯(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(biāo)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(biāo)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。部件層面因產(chǎn)品千差萬別，導(dǎo)致集成調(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。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(xiàn)不了的。這個問題普遍存在。由此可見，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，導(dǎo)致部件集成質(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(yán)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(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。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(guī)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(nèi)做出質(zhì)量合格的光刻機產(chǎn)品是不可能的。要充分認(rèn)識到，只有通過**測量，才能**找到產(chǎn)品質(zhì)量不合格的地方。只有對測量數(shù)據(jù)進行大量積累和分析，才能發(fā)現(xiàn)高精密制造不合格的根源。

超精密測量對提升優(yōu)異裝備制造質(zhì)量的基礎(chǔ)作用

超精密測量對提升優(yōu)異裝備制造質(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。我們可從標(biāo)準(zhǔn)、計量、合格評定三個方面來探討。國際測量聯(lián)合會和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織曾經(jīng)聯(lián)合制定了一個國家質(zhì)量保障體系，它把標(biāo)準(zhǔn)、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。這個定位非常之高，而且定位很明確，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(rèn)識。落實到企業(yè)的時候，在標(biāo)準(zhǔn)、計量、合格評定三大要素基礎(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。究其本質(zhì)，質(zhì)量保障體系就是一系列技術(shù)法規(guī)加測量。在技術(shù)層面看，它就是一個規(guī)范化的測量體系。

要想趕上發(fā)達國家的優(yōu)異裝備制造質(zhì)量，我們應(yīng)該怎么做？我們首先看看發(fā)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(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。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(shù)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(xué)家通過建立模型和軟件計算提升了系統(tǒng)的分辨力，成功測量到引力波?？梢姡绹嗽谲浖矫媸怯芯薮髢?yōu)勢的。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。盡管他們強調(diào)的側(cè)重點不一樣，但都是以大量精準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)的積累和數(shù)據(jù)處理為基礎(chǔ)的。我們國內(nèi)的很多企業(yè)家和工程技術(shù)人員通常有一個錯誤認(rèn)識，就是質(zhì)量是靠先進的制造裝備來保障的。從發(fā)達國家優(yōu)異裝備制造發(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。這會讓我們進一步認(rèn)識到，只有通過**測量，才能精que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mian精準(zhǔn)地消除了產(chǎn)生誤差的根源，才能*終提升優(yōu)異裝備制造質(zhì)量。

結(jié)論

要盡快提升我國優(yōu)異裝備制造質(zhì)量，遇到的*大的瓶頸是基礎(chǔ)不扎實，即“四基問題”沒有解決，沒有形成基礎(chǔ)支撐能力，而*大的、*根本的基礎(chǔ)短板是沒有形成整體測量能力。

面向優(yōu)異裝備制造的整體測量能力存在三大挑戰(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(rèn)識嚴(yán)重不足。我國要完成優(yōu)異裝備制造質(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*后勝出。