論機械制造中測量技術學科的發展特點和存在問題

魏釗 張東亞 段淑君

【摘 ? ?要】機械系統和制造過程中的測量學科，包括傳感、測量及儀器，主要研究幾何量的獲取與處理。在當今社會，測量技術的發展水平及其在機械制造中的應用程度，是衡量制造科技水平、提高國家支柱產業核心競爭力的一個重要因素。

【關鍵詞】機械制造 ?測量技術學科 ?特點 ?問題

中圖分類號：G4 ? ?文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2015.05.021

機械制造中的測量技術學科的發展是機械制造水平發展的基礎和先決條件，這已被生產發展的歷史所確認。從生產發展的歷史來看，精密加工精度的提高總是與精密測量技術的發展水平相關的。目前國際上機床的加工水平已能穩定地達到lμm的精度，正在向著穩定精度為納米級的加工水平發展。微納技術已經是新的技術熱點。材料、精密加工、精密測量與控制是現代精密工程的三大支柱。

我國機械制造中測量技術學科呈現出以下特點及發展趨勢。

一、極端制造中的測量技術成為測量中的前沿技術

隨著MEMS、微納米技術的興起與發展，人們對微觀世界探索的不斷深入，測量對象尺度越來越小，達到了納米量級;另一方面，由于大型、超大型機械系統、機電工程的制造、安裝水平提高，以及人們對于空間研究范圍的擴大，測量對象尺度覆蓋范圍越來越大，目前已達10-9～102m的范圍，相差11個數量級之巨，機械制造中從微觀到宏觀的尺寸測量范圍不斷擴大。在此背景之下，微納制造、超精密制造、巨系統制造等系統中，傳統的測量方法和測量儀器受到極大挑戰，出現了納米尺度表征以及參數量值的統一和溯源等許多新的科學問題和工程技術問題亟待解決。

二、從靜態測量到動態測量，從非現場測量到現場在線測量

現代制造業已呈現出和傳統制造不同的設計理念，機械制造中的測量技術已不僅僅是最終產品質量評定手段，更重要的是為產品設計、制造服務，為制造過程提供完備的過程參數和環境參數，使產品設計、制造過程和檢測手段充分集成，形成具備自主感知內外環境參數，并作相應調整的“智能制造系統”，使測量技術從傳統的“離線”測量，進入到制造現場，參與到制造過程，實現“在線”測量。

三、測量過程從簡單信息獲取到多信息融合

先進制造中的測量信息包括多種類型的被測量，信息量大，包含了海量數據信息。這些信息的可靠、快速傳輸和高效管理以及如何消除各種被測量之間的相互干擾，從中挖掘多個測量信息融合后的目標信息將形成一個新興的研究領域，即多信息融合。

四、幾何量和非幾何量集成

復雜機電系統功能擴大，精度提高，系統性能涉及多種類型參數，測量問題已不僅限于幾何量。而且，日益發展的微納尺度下的系統與結構，其各種因素的作用機理和通常尺度下的系統也有顯著區別。為此，在測量領域，除幾何量外，其他機械工程研究中常用的物理量，如力學性能參數、功能參數等，業已成為制造中測量技術的重要研究對象。

五、制造設備交互操作國際標準正在醞釀出臺

機床制造業在利用計算機技術和成果方面至少落后了一代，在機床制造這一行業中，形成了許多彼此互不聯系的“制造孤島”。這種狀況造成的結果是，制造企業無法充分實現生產現場的優化配置。美國機械制造技術協會曾計劃開展一套“制造設備交互操作系統”，將利用“可擴展標示性語言”的計算機語言寫成的中間體軟件，實現工廠優化配置軟件和生產現場的無縫連接，包括利用互聯網實現遠程共享。目前該標準的制定已引起世界制造業的廣泛關注，得到眾多全球制造技術提供商的支持?？梢灶A測，今后幾年，標有“制造設備交互操作系統兼容”標志的制造技術產品，將給制造業帶來革命性的變化，把生產力水平提升到以往只能夢想的高度，給2l世紀的制造業帶來嶄新的面貌。

機械科學的發展及制造技術的進步，深刻影響著傳感、測量和儀器的研究。新型測量問題的不斷出現，研究內容的不斷更新，使得測量技術研究，必須以發展的眼光，前瞻性思維，立足于要解決的主要問題，提倡學科交叉，重視應用基礎研究成果，研究新的測量原理、方法、技術和典型解決方案，為機械科學和先進制造提供町靠測量技術支持。

縱觀我國機械制造業測量技術及儀器設備的現狀與發展，和國外先進水平相比，還存在一些問題和不足。

一、自主創新能力差，原創技術少

在已有主流的各類測量技術及儀器設備中，很少有我們自己的原創技術。長期以來我國和工業發達國家在制造技術上的差距，相當程度上影響了測量技術的研發能力，但不可否認的是，對測量技術的作用和地位認識上的不充分、研究力度和資金投入不足、研究工作不扎實，急功近利、只重數量不重質量、只重理論成果，不重工程應用等因素，也直接促成了當前研究缺乏活力的狀況。

二、高端、高附加值測量儀器設備幾乎空白

當前主流行業應用中的高端儀器設備，國內品牌被排斥在外。高端儀器設備的高額利潤建立在高技術含量的基礎上，因為利潤高，保證了后續研發有充足的資金投入，形成了良性循環。與此形成反差的是，國內建立在原材料和人力成本優勢基礎上的儀器設備，必然利潤微薄，繼而造成研發投入不足，嚴重制約著我國測量技術及儀器設備的進一步發展。

三、測量儀器（裝置）本身的可靠性差

對基礎技術和制造工藝的研究不夠，一些影響可靠性的關鍵技術，如精密加工技術，密封技術、焊接技術等至今還沒有得到很好的解決?，F有國內高檔產品的可靠性指標（平均無故障時間）與國外產品相比，大致要差1～2個數量級。

四、測量設備的性能、功能落后

現有國內測量產品在測量精度和功能上與國外產品相比還具有相當差距。目前國外智能化測量程度相當高，網絡化已經進入了實用階段，通過對原始信息的數據處理，更好地排除了外部干擾對信息的影響，提高了測量手段的耐環境性和測量真實性。而我國基本上處于起步階段。

五、缺乏針對使用對象開發的專用解決方案

國外近年測量技術的發展趨勢是開發與應用對象緊密結合的個性化解決方案，而我國目前的研發力量主要集中在高校和科研院所，研發資源和技術儲備與企業應用需求脫節，有限的資源沒有得到合理的應用。

參考文獻

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