沒有超精密測(cè)量，就沒有高端裝備制造

  我國(guó)需要加速實(shí)施“測(cè)量三能力”建設(shè)，即補(bǔ)齊精密測(cè)量能力，追平超精密測(cè)量能力，突破和掌握基于“完整精度”的測(cè)量能力。在這個(gè)意義上，制造與測(cè)量?jī)煞N能力無法分家，必須實(shí)現(xiàn)制造測(cè)量一體化，形成有效的精度調(diào)控能力。只有構(gòu)建起系統(tǒng)的精度調(diào)控能力，中國(guó)裝備才能順利從中低端向中高端邁進(jìn)。

 德國(guó)制造已經(jīng)是高質(zhì)量的象征但德國(guó)并不是天生就有高質(zhì)量制造的基因，它也經(jīng)歷了從低質(zhì)量向高質(zhì)量的轉(zhuǎn)化過程。在第一次工業(yè)革命期間，德國(guó)也經(jīng)歷了追趕和大量仿造、質(zhì)量缺失這樣一個(gè)過程；

 第二次工業(yè)德國(guó)已經(jīng)具備了整體精密工程能力，全面實(shí)施質(zhì)量戰(zhàn)略，使得德國(guó)制造業(yè)迅速崛起。這期間德國(guó)生產(chǎn)出來以精密坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為代表的一批精密測(cè)量?jī)x器與制造裝備，建立起了完整的精密測(cè)量體系，對(duì)高端裝備制造形成強(qiáng)有力的支撐。

 第三次工業(yè)革命時(shí)期，德國(guó)率先進(jìn)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(jí)和完善質(zhì)量戰(zhàn)略，使質(zhì)量意識(shí)深入人心，國(guó)家測(cè)量體系成熟高效，使德國(guó)成為名副其實(shí)的質(zhì)量強(qiáng)國(guó)，形成了一大批自己的品牌。這期間它培育起了一批頂尖超精密制造與儀器企業(yè)，建立了完整的超精密測(cè)量體系。盡管德國(guó)工業(yè)規(guī)模不算很大，但卻擁有世界品牌2300多個(gè)。

 這一時(shí)期，超精密制造和超精密測(cè)量能力支撐了以光刻機(jī)為代表的高端超精密裝備的快速發(fā)展。荷蘭ASML公司異軍突起，超越了日本的尼康和佳能，成為超精密光刻機(jī)制造的佼佼者。但是，荷蘭ASML公司并不生產(chǎn)核心零部件，它主要從事設(shè)計(jì)、研發(fā)、組裝、整機(jī)調(diào)試和售后服務(wù)等，而絕大部分的核心零部件如光學(xué)鏡頭等都生產(chǎn)于德國(guó)等高端制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家。換言之，荷蘭ASML公司的光刻機(jī)，是建立在德國(guó)等國(guó)家的超精密制造與測(cè)量能力上的。

 到了第四次工業(yè)革命期間，德國(guó)人率先提出了工業(yè)4.0的概念。從德國(guó)的發(fā)展歷程可以知道，德國(guó)是從第二次工業(yè)革命以后穩(wěn)扎穩(wěn)打，循序漸進(jìn)，扎扎實(shí)實(shí)地解決了產(chǎn)品的質(zhì)量問題，然后再穩(wěn)步進(jìn)入智能制造階段。

 中國(guó)制造在改革開放前，初步形成了裝備制造能力，而且在某些點(diǎn)上邁向了精密工程，在局部形成了精密測(cè)量能力，如九大裝備中的萬噸水壓機(jī)，個(gè)別零件就是精密級(jí)的，而且這些精密級(jí)零件，必須要通過精密測(cè)量才能保證質(zhì)量。中國(guó)在個(gè)別產(chǎn)品、個(gè)別部件上探索了精密級(jí)的制造和測(cè)量能力。

 改革開放后，尤其是加入WTO之后，我國(guó)制造業(yè)迅速發(fā)展。尤其是在2010年成為世界第一制造大國(guó)，2018年我國(guó)的制造總量已經(jīng)超過了美國(guó)、日本、德國(guó)的總和。但是，我們的制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)還處于中低端。盡管如此，我們還是一只腳跨進(jìn)了超精密工程，例如在航天工業(yè)領(lǐng)域和國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域，局部形成了超精密制造和測(cè)量能力。

 從整體上考察我國(guó)目前的整體測(cè)量能力，會(huì)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)的精密級(jí)測(cè)量能力還沒有建完，沒有形成整體測(cè)量能力，對(duì)中低端裝備制造質(zhì)量的整體支撐能力尚未形成；而超精密級(jí)測(cè)量能力還處于初級(jí)階段，要形成整體測(cè)量能力必須付出極大的努力，無法形成對(duì)高端裝備制造質(zhì)量的基本支撐能力。

 隨著智能制造的快速發(fā)展，“完整精度”的需求開始凸顯。這個(gè)階段是在完成整體超精密測(cè)量能力的基礎(chǔ)上，達(dá)到高端裝備制造的“完整精度”階段?！巴暾取钡膬?nèi)涵是使制造精度與測(cè)量精度設(shè)計(jì)全面合理，指標(biāo)體系更完備、更匹配和協(xié)同，對(duì)質(zhì)量性能的反映更完整充分，對(duì)質(zhì)量性能的支撐手段更系統(tǒng)、更高效，成本更低廉。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞，更加快了這個(gè)進(jìn)程的發(fā)展。

 測(cè)量體系對(duì)整個(gè)制造業(yè)能有多大的拉動(dòng)作用呢？美國(guó)商務(wù)部評(píng)估報(bào)告指出，其儀器產(chǎn)值僅占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但是對(duì)于國(guó)民生產(chǎn)總值的拉動(dòng)作用卻達(dá)到66%。也就是說，精密測(cè)量?jī)x器技術(shù)作為基礎(chǔ)性高端技術(shù)，其自身具有價(jià)值放大、有效賦能和創(chuàng)新引領(lǐng)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(dòng)和拉動(dòng)十幾倍以上的高質(zhì)量工業(yè)生產(chǎn)，足見其基礎(chǔ)支撐作用是巨大的。

 第一部分是有測(cè)量能力，但是以局部代替整體。

 第二部分是只具備部分測(cè)量能力，主要指抽檢。

 第三部分是基本沒有測(cè)量能力，在圖紙上也不進(jìn)行標(biāo)注，靠機(jī)床保證精度。這實(shí)際上等于質(zhì)量失控。

 除了國(guó)家計(jì)量體系存在問題外，工業(yè)測(cè)量體系存在的問題則是裝備制造主戰(zhàn)場(chǎng)上的大問題?，F(xiàn)有的精密和超精密測(cè)量?jī)x器的種類極少，而且只在局部或一些點(diǎn)上具有測(cè)量能力，不成體系，無法形成整體測(cè)量能力。這可以從裝備制造的不同層面上清楚地看到。

   一是零件制造層。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)前蘇聯(lián)的相關(guān)方式與體系，主要是面向零件級(jí)的幾何參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。即使是面向零件幾何參數(shù)測(cè)量，實(shí)際上在精密級(jí)上也測(cè)不全。如果把國(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。缺失的主要原因是，我國(guó)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再標(biāo)注了。按照這樣的圖紙和測(cè)量手段，想要控制零件在制造過程中的質(zhì)量是不可能的。

 二是部件制造層。部件層面因產(chǎn)品千差萬別，導(dǎo)致集成調(diào)試所需具體測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器原理也各不相同，需要專門定制專用測(cè)量?jī)x器與工裝，而通常不能直接采用通用儀器。實(shí)際上，因認(rèn)識(shí)不足和研發(fā)能力較差等原因，目前裝備制造車間里，專用測(cè)量?jī)x器大量缺失。由于沒有成體系的專用測(cè)量?jī)x器，車間只好用通用儀器來替代專用儀器進(jìn)行測(cè)量。這是非常不合理的，因?yàn)楹芏鄬Ｓ脺y(cè)量需求是通用儀器實(shí)現(xiàn)不了的，這個(gè)問題普遍存在。以超精密光刻機(jī)上的一個(gè)工作臺(tái)激光反射鏡構(gòu)件為例，它的主體零件之一有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，集成時(shí)需要一批滿足公差配合的專用測(cè)量?jī)x器與工裝。要完成這樣一個(gè)復(fù)雜構(gòu)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。這樣的例子具有普遍性。由此可見，部件制造層現(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，導(dǎo)致部件集成質(zhì)量無法控制。

  三是整機(jī)制造層。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)裝完成以后對(duì)整機(jī)性能的測(cè)試層面還要需要一批專用測(cè)量?jī)x器。整機(jī)制造層的狀況與部件制造層狀況類似，但更嚴(yán)重。以中等精度的光刻機(jī)為例，它有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，這些測(cè)量?jī)x器90%以上，我們都沒有進(jìn)行布局研制。還有嵌入到整機(jī)中的200多個(gè)超精密測(cè)量單元和傳感器，這些我們也都沒有專門布局研制。從目前情況看，如果不能解決專用超精密測(cè)量?jī)x器問題，在較短的時(shí)間內(nèi)制造出質(zhì)量合格的高端裝備產(chǎn)品，是非常難的。

 只有通過精確測(cè)量，才能精確找到產(chǎn)品質(zhì)量不合格的地方。只有對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行大量積累和分析，才能發(fā)現(xiàn)超精密制造不合格的根源。

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