計量測試技術必須走在中國制造的前列

中國計量測試學會秘書長 馬愛文

計量測試技術必須走在中國制造的前列

中國計量測試學會秘書長 馬愛文

隨著2016年“5.20世界計量日”的到來，計量再次成為人們關注的焦點。事實上，計量在人們生活中無處不在，人們應該時刻關注計量。國務院印發(fā)的《中國制造2025》明確強調：制造業(yè)是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。《中國制造2025》，是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領。聶榮臻元帥曾經說過：科技要發(fā)展，計量須先行。那么對于中國制造呢？筆者認為，計量測試技術必須走在中國制造的前列。

一、中國制造的基本內容和特征

《中國制造2025》，在全面分析全球制造業(yè)格局面臨的重大調整、我國經濟發(fā)展環(huán)境發(fā)生重大變化、我國制造業(yè)存在的問題等基礎上，國務院提出了我國建設制造強國的九項戰(zhàn)略任務和重點：提高國家制造業(yè)創(chuàng)新能力、推進信息化與工業(yè)化深度融合、強化工業(yè)基礎能力、加強質量品牌建設、全面推行綠色制造、大力推動重點領域突破發(fā)展、深入推進制造業(yè)結構調整、積極發(fā)展服務型制造和生產性服務業(yè)、提高制造業(yè)國際化發(fā)展水平。

通過分析這九個方面的關系，中國制造的實質可以概括為：通過創(chuàng)新、融合、強基，實現(xiàn)質量提升、企業(yè)轉型和快速發(fā)展。

創(chuàng)新，《中國制造2025》中上百次用到“創(chuàng)新”一詞，并且提出了一些新的創(chuàng)新領域和創(chuàng)新概念，如設計創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新、創(chuàng)新網絡、創(chuàng)新聯(lián)盟、創(chuàng)新模式等，但最為主要、最為基礎的是科技創(chuàng)新。科技是第一生產力，是中國制造業(yè)發(fā)展的核心，是其他創(chuàng)新最為依賴的技術基礎。我國雖然有200多種產品產量居世界第一位，但缺少核心技術和品牌優(yōu)勢，95%的高檔數(shù)控機床、85%的集成電路、80%的高端芯片依賴進口。究其原因，科技的落后是我國制造業(yè)落后的主要因素。必須通過科技發(fā)展與創(chuàng)新，全面提高中國制造創(chuàng)新能力，激發(fā)中國制造的創(chuàng)新活力，推動中國制造實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展，并建立起“以企業(yè)為主體、市場為導向、政產學研用相結合的制造業(yè)創(chuàng)新體系”。

融合，就是指推進信息化與工業(yè)化深度融合。信息化與工業(yè)化的融合是現(xiàn)代制造業(yè)的重要特征。美國提出的網絡物理系統(tǒng)（CPS：cyber-physical system）以及德國的工業(yè)4.0，其實質都是信息化與工業(yè)化的融合問題。中國的制造水平落后于德國、美國，這是不爭的事實，中國必須加快這種融合，加快“機器換人”進度，這樣中國的制造才能在“再工業(yè)化”進程中占有一席之地。也只有實現(xiàn)信息化與工業(yè)化深度融合，才能實現(xiàn)智能制造、綠色制造，才能不斷“推進生產過程智能化，培育新型生產方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產、管理和服務的智能化水平”，才能不斷增強中國制造的競爭實力。

強基，就是要夯實中國制造的各項基礎。我國已提出“四基戰(zhàn)略”，就是把“核心基礎零部件（元器件）、先進基礎工藝、關鍵基礎材料和產業(yè)技術基礎”做為我國的工業(yè)發(fā)展的基礎。零部件的精度直接決定著整機的精度；生產工藝、基礎材料直接決定產品的質量與效益，產業(yè)技術水平直接決定著現(xiàn)代化制造業(yè)的整體水平和能力。要實現(xiàn)中國制造，必須夯實這四個中國制造的基礎，不斷提升精密加工、智能制造以及高質量產品的制造能力，才能全面提升我國基礎工業(yè)發(fā)展水平和快速發(fā)展的能力。

二、計量測試技術是中國制造的基礎

（一）計量測試技術是科技的基礎，也是創(chuàng)新的基礎

我國制造業(yè)整體水平排在德國、美國等發(fā)達國家之后，而我國的計量測試能力和水平也在這些發(fā)達國家之后，這不僅僅是一個巧合，而是從另一個角度反映了計量對整個制造業(yè)的影響。俄國化學家門捷列夫講：沒有測量就沒有科學。每一項科研成果的取得都是在成百上千次甚至上萬次的計量測試的基礎上，經過分析、比較、歸納出來的。計量對科技具有很強的引領和促進作用。國家質檢總局局長支樹平在2015年亞太計量規(guī)劃組織（APMP）大會上講：計量測試技術是創(chuàng)新的“種子”和“引擎”，是國家核心競爭力的重要標志之一。沒有計量測試技術的創(chuàng)新與發(fā)展，沒有計量測試提供準確、可靠、一致、有效的計量測試數(shù)據(jù)，就很難提出創(chuàng)新的思路，也很難驗證創(chuàng)新的成果。從科技領域來看，每一次計量測試精度的提高或者新的測試方法的提出，都會帶來一些科技新發(fā)現(xiàn)，帶來一些科技新發(fā)明，也會帶來一些新技術上的革命與進步。

（二）計量測試技術是“融合”的基礎

實現(xiàn)信息化與工業(yè)化深度融合，“智能”“大數(shù)據(jù)”將成為深度融合的重要手段。智能產品、智能裝備，及至智能車間、智能工廠，這些都是智能制造的重要組成部分，也是信息化與工業(yè)化深度融合的前提和基礎。要實現(xiàn)“智能”，就必須以計量測試為前提，為手段。以智能制造為例：一個智能產品（原材料）的基本信息，如基本尺寸、基本成份含量，都必須經過計量測試才能得到；這個智能產品（原材料）要與智能裝備進行信息交互，實現(xiàn)智能制造加工，必須經過計量測試才能相互感知，才能對智能產品（原材料）進行定制（按提前計量測試好的要求）化加工：加工后的基本信息只有通過計量測試才能重新寫入新的智能產品中，為下一道工序加工提供新的更加完備的基本信息。德國一家玻璃智能制造生產線上有3000多個傳感器，正是這3000多個計量測試用的傳感器，不停地感知有關信息，并經傳輸、分析、再感知、再分析，才能保證制造出帶有“智能”功能的玻璃產品。帶有“智能”功能的玻璃產品再進入“智能”物流或其他“智能”制造過程中，成為社會需要的更加“智能”的產品。在整個“智能”制造過程中，計量測試發(fā)揮著重要的作用，并且計量測試的精度直接影響著“智能”產品最后的質量和效益。

（三）計量測試技術是“四基”的基礎

基礎零部件、基礎原材料、基礎工藝、產業(yè)技術基礎（包括基礎檢測技術）構成我國制造業(yè)的基礎。直接把基礎檢測技術列入國家戰(zhàn)略發(fā)展的基礎，這足以說明基礎檢測技術的重要性。但更為重要的是：計量測試技術也是其他“三基”（基礎零部件、基礎原材料、基礎工藝）的基礎。以基礎零部件為例：齒輪是機械加工、高精密儀器制造等各類機械制造中非常重要的一個基礎零部件，齒輪的精度直接影響著機械加工的精度。大連理工大學王立鼎院士是齒輪研究方面的專家，他制造的齒輪可以和德國的齒輪精度相一致。他多年來擔任中國計量測試學會的常務理事。2013年，筆者拜訪他時，曾經問他：齒輪制造與計量測試有什么樣的關系?他講：要制造出高精度的齒輪，就必須要有更高精度的計量測試手段。同時他還講到：我國精密加工機床精度不高，機器噪音大，壽命短等，造成的原因表現(xiàn)上是齒輪之間或軸承之間的有效嚙合不好，深層次原因是我國在這方面的計量測試精度不夠。在現(xiàn)代化的生產工藝過程中，計量測試是實現(xiàn)工藝過程控制的技術基礎，計量測試精度的高低直接影響著產品的質量，影響著企業(yè)的效益。同樣，在原材料的制造過程中，如果計量測試不準確，精度不夠高，同樣會直接影響到原材料的質量和性能。

（四）計量測試技術是企業(yè)提質增效、轉型升級的基礎

在工業(yè)企業(yè)，人們常講的一句話是：計量是企業(yè)的“眼睛”。的確，從原材料進廠，到企業(yè)生產工藝過程控制，到企業(yè)的產品檢測，再到企業(yè)的節(jié)能減排增效，計量都發(fā)揮著重要的“眼睛”作用。但隨著現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展，特別是工業(yè)化與信息化的深度融合，計量測試將成為現(xiàn)代化企業(yè)的“中樞”，甚至是大腦。在智能制造過程中，使用微型傳感器進行計量檢測，通過互聯(lián)網將數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心經過計算分析，再將指令傳達到智能設備，智能設備進行智能操作。這時，計量測試已不僅僅是簡單的“眼睛”，而變成一個系統(tǒng)，包括傳輸、分析甚至執(zhí)行。隨著芯片技術的發(fā)展，這一整套過程都會集成到一個小小的芯片上。計量測試已完全構成了一套系統(tǒng)，成為一個“智能人”。未來要實現(xiàn)定制化智能制造，一條生產線已不再只生產一種規(guī)格的產品，要隨時檢測、隨時調節(jié)、隨時制造不同規(guī)格、不同顏色、不同大小、不同形狀、不同性能的產品。這時更需要不斷進行計量測試。計量測試水平以及計量測試技術的應用已成為影響中國“智造”的關鍵。早在上世紀初，世界工業(yè)發(fā)達國家就把合格的原材料、先進的生產工藝以及計量測試技術做為現(xiàn)代化企業(yè)的三大支柱。計量測試已成為現(xiàn)代企業(yè)保障產品質量、實現(xiàn)轉型升級的重要技術基礎。歐盟2002年一項統(tǒng)計表明，計量通過支持技術創(chuàng)新對歐盟GNP的貢獻達0.77%，數(shù)額達610億歐元。隨著社會進步對科技的依賴，這個數(shù)字肯定還要高。

三、加快推進計量測試技術進步，引領中國制造快速發(fā)展

基礎不牢，地動山搖。要實現(xiàn)中國制造，計量測試技術必須先行。

（一）加強計量測試前沿技術研究，不斷提高計量測試精度

計量研究是一個不斷超越自我的過程。精度的提高是永無止境的。精確計量還將不斷催生其他領域新技術的發(fā)展。伴隨測量精度的大幅度提高，一大批革命性的新技術也會相繼涌現(xiàn)，如納米技術的應用將不斷提升航空發(fā)動機的精度，也不斷推動核潛艇技術的發(fā)展。目前我國整體的計量測試水平離發(fā)達國家還有很大的差距，特別是在與中國制造相關的極大、極小，極高、極低等領域差距更大。因此，要加強計量科技基礎及前沿技術研究，特別是基本物理常數(shù)等精密測量和量子計量基準研究，在應對國際單位制重大技術革命的同時，建立一批新一代的高準確度、高穩(wěn)定性量子計量基準，為中國制造服務。要突破重點領域的關鍵計量測試技術，建立一批適合中國制造快速發(fā)展的國家計量基標準、社會公用計量標準；要加強高精度、具有快速反應能力的計量測試技術的研究，為精準制造、敏捷制造提供精準計量測試技術服務。

同時，要加強計量測試科技成果的轉化，推動計量測試產業(yè)發(fā)展。計量科研項目的立項、論證等要與中國制造中的重點領域、重點產業(yè)、重大戰(zhàn)略的科研項目對接，把科研成果的轉化作為計量測試技術研究課題立項、執(zhí)行、驗收的全過程評審指標。要建立計量科研機構與企業(yè)技術機構交流平臺，加強計量技術機構與企業(yè)聯(lián)合立項、聯(lián)合攻關、聯(lián)合研發(fā)力度。

（二）加強先進實用計量測試技術研究，推動計量測試技術與中國制造的深度融合

要加快新型傳感器技術、微型傳感技術、功能安全技術等新型計量測試技術和測試方法研究，推動我國傳感器產業(yè)的快速發(fā)展；要加強傳感器計量檢定、校準特別是自校準、自適應過程中的量傳溯源技術的研究，保證傳感器量值的準確可靠。要加強遠程傳輸、遠傳校準、扁平校準等新計量測試技術的研究，以適應“系統(tǒng)計量”或“整體計量”的需要。要加快航空航天裝備、海洋工程裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農機裝備等現(xiàn)代制造業(yè)重點領域專用計量測試技術研究，提升專業(yè)計量測試水平。要加強核心基礎零部件、基礎工藝、基礎材料相關計量測試技術的研究，著力解決影響核心基礎零部件（元器件）、基本原材料產品性能和穩(wěn)定性的關鍵共性技術，為“四基”戰(zhàn)略打好計量測試技術基礎。要加強數(shù)控機床、機器人、軌道交通裝備等整體中計量測試技術的研究，特別要在柔性制造中，加強“柔性計量”技術的研究，提高整體（機）加工（制造）精度。加強儀器儀表核心零（部）件、核心控制技術研究，培育具有核心技術和核心競爭力的儀器儀表品牌產品。

（三）加強中國制造過程中智能計量測試技術研究

2005年，美國國家標準與技術研究所（NIST）提出了“聰明加工系統(tǒng)（smart machining system，SMS）”研究計劃。我國也要加強這方面的研究工作。加強工業(yè)生產中計量測試技術的研究，為精益生產、在線檢測、質量診斷、精細化管理、綠色制造提供計量測試技術保障。加強產業(yè)計量測試技術研究，為全產業(yè)鏈、全產品壽命周期、全量傳溯源鏈提供前瞻性計量測試技術服務。加強智能產品、智能裝備以及智能制造中相關的計量測試技術研究，為智能化生產提供計量測試技術服務。要加強互聯(lián)網技術中的計量測試技術研究，確保計量測試數(shù)據(jù)在傳輸過程中的保真、保準、一致、可靠。要加強人機智能交互、工業(yè)機器人、智能物流管理、增材制造等過程中的計量測試技術研究，促進制造工藝的優(yōu)化、實時監(jiān)測、遠程監(jiān)控和自適應控制技術的發(fā)展。要將計量測試嵌入到產品研發(fā)、制造、質量提升、全過程工藝控制中，實現(xiàn)關鍵量準確測量與實時校準。

計量測試是中國制造的基礎，特別是隨著中國制造質量的提升、制造精度的提高以及制造功能的擴大，計量測試的基礎作用、先導作用將更加突顯。計量測試技術必須走在中國制造的最前沿。