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谭久彬院士:超精密测量与高端装备制造质量

第一,不断提升全民族的质量意识

我们必须学习德国人,深刻反思我们产品质量不高的根源,关键是要深刻认识到"没有精密的测量,就没有精密的产品"。在此基础上,充分发挥我国具有庞大的测量和仪器技术队伍这一人力资源优势,结合新技术革命与产业变革机遇,形成后发优势。著名超精密制造专家开尔文有一句名言,"只有测量出来,才能制造出来"。高端装备是工业母机制作出来的。


为保证高端装备制造精度,工业母机的精度要比高端装备的精度高一个数量级,至少要高三倍;那么工业母机的精度靠什么来保证呢?靠超精密测量仪器。超精密测量仪器的精度要比工作母机高出一个数量级,又至少要高三倍,这样才能保证工业母机的精度。从精度的角度看,超精密测量仪器是高端中的高端;从基础支撑的角度看,超精密测量仪器是基础中的基础。我们要充分认识到超精密测量仪器的精度引领作用和基础支撑作用。没有测量精度和整体测量能力这个基础,所有制造精度和制造质量之谈都是空话。


第二,尽快建立起新一代计量体系与工业测量体系

2018年世界计量大会做出了一个具有深远历史意义的决议,即国际单位制中的7个基本单位均采用基于物理常数的新定义。这意味这我们遇到了一个千载难逢的发展机遇。


我们现在的标准计量量值传递体系,中间经历了一个很长的中间传递环节,一级一级向下传递,等这个标准计量量值传到车间时,有价值的计量量值已经所剩无几了,再加上车间的测量手段的碎片化,这样的测量体系不可能支撑高质量产品的生产。


7个基本物理量都采用物理常数重新定义以后,从理论上讲,这个标准计量量值传递体系的中间环节都可以不需要了。只要满足定义条件,任何部门,在任何地点、任何时间,都可以把基本量复现出来,不用再按照原来逐级溯源的体系去溯源了。它带来的最有价值的东西就是量值传递体系扁平化。


从这个意义上看,我们和发达国家处于同一个起点,如果我们能抓住这一难得的历史机遇,就可以率先建立起最简洁高效的国家计量体系和国家工业测量体系。


第三,加快测量体系数字化进程

数字化是工业4.0的基础,是网络化制造和智能化制造的前提。一个成功案例是西门子。西门子通过大力发展软件来加快数字化进程,大量抛售硬件公司,比如汽车、家电、照明等领域的公司,然后收购其他软件公司。2014年,西门子建立了数字化工厂集团,向数字化工业迈进,然后又大力推广数字孪生技术。这两件事做完以后,它的产品制造周期由原来的18个月降低到8个月,制造成本降低到原来的三分之一,产品质量全面提升。


第四,加快工厂工业物联网建设

根据我国网络技术的发展状况,企业面向智能制造的网络化建设可以有两种方式,一种是把外网和工厂的内网结合起来,该方式可以保证内网安全,同时又可利用外网的一些资源,这是一种比较好的构建方式。另一种构建方式,是直接以5G为工业物联网平台,我国5G技术已经解决了工厂环境下的抗干扰等问题。特别是处于改造升级阶段的企业,没有必要重新布光纤网,可以直接用5G建工厂的物联网平台。


第五,对数字化和网络化已经有一定基础的工厂应及时发展智能化

德国企业的发展方式是循序渐进,即先发展数字化,再发展网络化,最后发展智能化。对我国发展状况而言,若按部就班、亦步亦趋地追赶,可能永远也追赶不上。应该发挥后发优势,三个阶段的工作并行推进,即全力发展数字化,对必要且成熟的工厂或车间,同步发展网络化,同时,依据人工智能技术发展的成熟度,逐步且及时地开展制造过程的智能化。


5. 结论


要尽快提升我国高端装备制造质量,遇到的最大的瓶颈是基础不扎实,即"四基问题"没有解决,没有形成基础支撑能力,而最大的、最根本的基础短板是没有形成整体测量能力。


面向高端装备制造的整体测量能力存在三大挑战,一是国家测量体系不完整,特别是工业测量体系极其薄弱;二是测量仪器体系呈碎片化,无法满足整体测量能力建设的需求;三是对"精密测量是支撑制造质量的基石"这一基础性和决定性作用的认识严重不足。


我国要完成高端装备制造质量提升这一伟大历史使命,必须尽快补齐精密测量能力,追平超精密测量能力,同时,充分发挥后发优势,确保在完整精度阶段最后胜出。


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