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譚久彬院士:超精密測量與高端裝備制造質量

第一,不斷提升全民族的質量意識

我們必須學習德國人,深刻反思我們產品質量不高的根源,關鍵是要深刻認識到"沒有精密的測量,就沒有精密的產品"。在此基礎上,充分發揮我國具有龐大的測量和儀器技術隊伍這一人力資源優勢,結合新技術革命與產業變革機遇,形成后發優勢。著名超精密制造專家開爾文有一句名言,"只有測量出來,才能制造出來"。高端裝備是工業母機制作出來的。


為保證高端裝備制造精度,工業母機的精度要比高端裝備的精度高一個數量級,至少要高三倍;那么工業母機的精度靠什么來保證呢?靠超精密測量儀器。超精密測量儀器的精度要比工作母機高出一個數量級,又至少要高三倍,這樣才能保證工業母機的精度。從精度的角度看,超精密測量儀器是高端中的高端;從基礎支撐的角度看,超精密測量儀器是基礎中的基礎。我們要充分認識到超精密測量儀器的精度引領作用和基礎支撐作用。沒有測量精度和整體測量能力這個基礎,所有制造精度和制造質量之談都是空話。


第二,盡快建立起新一代計量體系與工業測量體系

2018年世界計量大會做出了一個具有深遠歷史意義的決議,即國際單位制中的7個基本單位均采用基于物理常數的新定義。這意味這我們遇到了一個千載難逢的發展機遇。


我們現在的標準計量量值傳遞體系,中間經歷了一個很長的中間傳遞環節,一級一級向下傳遞,等這個標準計量量值傳到車間時,有價值的計量量值已經所剩無幾了,再加上車間的測量手段的碎片化,這樣的測量體系不可能支撐高質量產品的生產。


7個基本物理量都采用物理常數重新定義以后,從理論上講,這個標準計量量值傳遞體系的中間環節都可以不需要了。只要滿足定義條件,任何部門,在任何地點、任何時間,都可以把基本量復現出來,不用再按照原來逐級溯源的體系去溯源了。它帶來的最有價值的東西就是量值傳遞體系扁平化。


從這個意義上看,我們和發達國家處于同一個起點,如果我們能抓住這一難得的歷史機遇,就可以率先建立起最簡潔高效的國家計量體系和國家工業測量體系。


第三,加快測量體系數字化進程

數字化是工業4.0的基礎,是網絡化制造和智能化制造的前提。一個成功案例是西門子。西門子通過大力發展軟件來加快數字化進程,大量拋售硬件公司,比如汽車、家電、照明等領域的公司,然后收購其他軟件公司。2014年,西門子建立了數字化工廠集團,向數字化工業邁進,然后又大力推廣數字孿生技術。這兩件事做完以后,它的產品制造周期由原來的18個月降低到8個月,制造成本降低到原來的三分之一,產品質量全面提升。


第四,加快工廠工業物聯網建設

根據我國網絡技術的發展狀況,企業面向智能制造的網絡化建設可以有兩種方式,一種是把外網和工廠的內網結合起來,該方式可以保證內網安全,同時又可利用外網的一些資源,這是一種比較好的構建方式。另一種構建方式,是直接以5G為工業物聯網平臺,我國5G技術已經解決了工廠環境下的抗干擾等問題。特別是處于改造升級階段的企業,沒有必要重新布光纖網,可以直接用5G建工廠的物聯網平臺。


第五,對數字化和網絡化已經有一定基礎的工廠應及時發展智能化

德國企業的發展方式是循序漸進,即先發展數字化,再發展網絡化,最后發展智能化。對我國發展狀況而言,若按部就班、亦步亦趨地追趕,可能永遠也追趕不上。應該發揮后發優勢,三個階段的工作并行推進,即全力發展數字化,對必要且成熟的工廠或車間,同步發展網絡化,同時,依據人工智能技術發展的成熟度,逐步且及時地開展制造過程的智能化。


5. 結論


要盡快提升我國高端裝備制造質量,遇到的最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,而最大的、最根本的基礎短板是沒有形成整體測量能力。


面向高端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。


我國要完成高端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最后勝出。


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