主要观点:
我们的优势可能是工业大数据,世界上各个国家的工作母机都在中国运行着,它们会积累大量的数据。如果再加上我们充实测量手段,使后续的数据得到延续和积累,这可能就成为中国的一个优势。我们学习美国的软件、德国的硬技术和日本的工匠精神,再加上我们的测量和工业大数据,这将成为我们的一个赶超优势。
    我们还要认识到超精密仪器在发展高端装备过程中的定位在哪里。高端装备是工作母机做出来的,工作母机的精度要比高端装备的精度高三到五倍,工作母机的精度谁来保证呢?就是超精密测量仪器,超精密测量仪器的精度要比工作母机高出一个数量级,这样才能保证工作母机的精度。从精密的角度来说,超精密仪器是高端中的高端,所以我们要充分认识到它的作用。
 
 
今天,我的演讲内容集中在提升制造质量上,同时以高端装备制造为例,分五个方面来介绍。
第一个方面是,我们国家提升高端装备制造质量的迫切性。我想这部分大家都已经熟悉了,为了压缩时间,第一部分不讲了。
第二部分是,我们国家要提升高端装备制造质量有哪些特殊性。我们对标一下四次工业革命发展的历程,特别是我们和德国来对标一下。德国在第一次工业革命的时候也经历过追赶和大量的仿造、质量缺失这样一个过程。在1887年8月的时候,由于德国低廉产品的竞争,使得英国市场很紊乱,所以英国议会就出了一个商标法,此法律要把低劣的德国产品和高质量的英国产品区分开。但是这个商标法具有侮辱性。这件事使德国举国反思,非常震动。反思的结果很有价值,德国人得出的结论很具体,就是说,没有精密的测量就没有精密的产品。在这个认识统一以后,德国人马上行动,就在柏林由西门子出资,建起了德国计量院,这个计量院是现代意义上的国家计量院,这个计量院不是我们按苏联体系建立的那种计量院,它是从标准建立一直到车间里面的测量都能管。使得PDV成为德国制造的灵魂,由于有了它,德国的产品质量迅速提升。
    到了第二次工业革命的时候,德国已经很快具备了精密工程能力,质量战略使得它迅速崛起。这期间生产出来以精密坐标测量机和精密加工中心为代表的一批精密装备与仪器,建立起了完整的精密测量体系,对高端装备制造形成强有力的支撑。
    到第三次工业革命的时候,德国人就率先进入了超精密工程阶段,这时候它已经成为名副其实的质量强国、德国品牌,这样一个小国有世界品牌2300多个,这期间它发展了一批顶尖的超精密制造与仪器企业,建立了完整的超精密测量体系。
    测量体系对整个制造业能有多大的拉动作用呢?德国的数据我们没有找到,但是我们找到了美国的数据。美国商务部评估报告指出,仪器产值仅占工业总产值的4%,但是对于国民经济总值GNP的拉动作用达66%,这个拉动的比例是比较大的。
    这个期间,超精密制造和超精密测量能力就支撑了以光刻机为代表的一批高端超精密装备。大家知道光刻机不是德国生产的,是荷兰生产的,但是荷兰不生产零件,只是组装、调试和售后服务,绝大部分的零件都生产于德国,如果德国生产光刻机是没有问题的。
    第四次工业革命期间,实际上德国人率先提出了工业4.0的概念,大家看它的历程,是从第二次工业革命以后扎扎实实稳扎稳打,解决了产品的质量问题,然后再稳步进入后边的智能制造这个阶段。
    再来看看我们国家,对标一下。第一次工业革命期间我们还在农业社会,没有什么好说。
    第二次工业革命我们赶上了最后十年,1949年到1959年,这个期间我们也做了一件非常了不起的事情,我们初步形成了装备制造能力,而且在某些点上迈向了精密工程,在局部形成了精密测量能力。这期间出现了万吨水压机这样的装备,这里面有些零件就是精密级的,而且这个精密级零件要通过测量才能保证质量。
    到了第三次工业革命期间,我们2010年已经成为世界第一制造大国,而且到了2018年的时候,我们的制造总量已经超过了美国、日本、德国的总和,但是我们都是中低端的。这个期间我们有一只脚跨进了超精密工程,特别是国防领域形成了超精密测量能力。比如我们面向部分军工领域制造超精密测量装备。
    到第四次工业革命的时候,我们的2.0要补课,3.0要追齐,4.0要同步。用一张图来表达一下,我们的精密级还没有做完,要追平,要补齐;在超精密我们刚开始;到和工业4.0能相适应的精度,我取一个名字叫完整精度,这是一个优化的精度,而且是一个成本比较低的精度,这个精度我们还没有。德国人在这个阶段要稳扎稳打,要打造这个完整精度。
    我们国家的状态现在是支撑产品质量的测量手段分为三个部分,一个部分我们有测量能力,但是这个测量是一种由局部代替整体的测量,我们的测量基本都是这样,比如最简单一个例子,一个圆柱体,我们在图纸上标的时候,一般来说就测一个截面,再测一个竖线,这是一个复合类的测量方法。即便是这样的测量,我们在很多方面也不具备手段。
    第二部分是我们不能实现全部测量,比如前一段时间我考察了很多的生产线,我们的平板显示生产线是8块来抽出一块测量,或者好的是6块抽出一块来测量,而且测量玻璃也是在上面测几个点,所以说它的良率很难控制。
    还有一部分是我们根本没有测量能力的。所以这样的状态来支撑我们国家的高端装备的发展,特别是支撑整个制造业的质量提升,是不可能的。
    第三部分是我国提升高端装备制造质量面临的挑战。
    我总结了一下,我们大约有三个挑战,第一个是整体性问题,国家测量体系不完整;第二个是我们的测量手段呈现碎片化,我们有些仪器发明或者有些仪器的研发、生产,都是在很多点上的,不成体系。第三个是精益化问题,测量对质量支撑的作用,我们的认识严重不足,应该说我们现在的认识还不如1887年德国人那个时候的认识。
    我们看第一个问题,整体性问题,国家测量体系不完整。国家的基标准都是在国家的计量院,我们以几何量为例,德国人有123个国家标准装置,我们只有80个。德国是有选择的装备制造业发展,而我们是什么都造的,这个意义上我们国家缺少的基标准就更多了。第二个参数计划,参数有可能提高一个数量级,那我们缺失的很难计算出来。还有这80项,我们在向下传的时候,首先要传到大区级,再到省部级,再到市一级,中间经过这么多级,到每一级的时候,比如我考察过很多省市的计量院,他们没有几台基标准,国家有的这几台标准到了省一级已经传不下去多少了,再到市一级又损失了一些,到工厂的时候,已经没有几个参数能传了。这是国家计量院下面6个大区,34个省级计量院,334个地级市计量站。管控整个国家制造质量的这件事我们是永远也做不完的,是不可能实现的,这样一个测量体系,在我们国家到目前为止是解决不了的。
    碎片化——我们的制造特别是我们的测量,定义的层面基本上是学习前苏联的,主要是面向零件级的,零件级我们实际上也测不全,所以我对照了一下,我们的图纸跟德国人的图纸,标注的参数我们大量缺失,有些标出来我们也测不了,所以干脆就不标了。所以我们的零件在制造的时候,在设计的时候就是缺失的,质量缺失的。然后有些能测,又是以偏概全的测,所以质量就很难控制。再说,不仅装备层需要装备,整机测量层也需要装备,你买通用仪器来完成你专用工艺,是很难的,有些是实现不了的。再加上整机完成以后对性能的测试层我们的仪器也大量缺失。所以我们现在有的手段都是碎片化的。
    比如说这个光刻机上的一个微晶承载台,它有108项尺寸公差和62项形状、位置、方向公差,还有内部应力等技术要求,但是我们规划的时候没有规划这些,这一个零件就需要20多个仪器。还有光刻机有3万多光机零件,70%是超精密级的,需要600多种超精密测量仪器。我们这里90%是没有的。还有200多种超精密测量单元、上千种超精密传感器,这些我们都没有规划,所以光刻机很难做出来。现在看,我们90纳米光刻机,原理样机做出来了,是去年做出来的。这是路线图上2005年的节点,现在国际上已经到了7纳米。什么时候用自己的光刻机做出自己的纳米芯片,大家要有足够的耐心。
    再看一个大型回转装备,比如航空发动机、舰船燃机等,一台航空发动机里具有十几个部件及数万个零件。王大珩院士曾经统计过国外先进装备制造的经验,说测量仪器的投入要占制造装备总投入的三分之一。这是他统计的结果。
    对测量提升质量的认识,不是中国人才遇到的问题,包括发达国家,包括德国也遇到过这个问题。所以一开始的时候大家都有这个问题,比如国际测量技术联合会前主席在开幕词里有这样一句话,测量像空气一样重要,但也像空气一样容易被人们忽视。什么时候觉得它重要了呢?质量做不上去了,卡脖子了,为什么国防装备优先发展了,现在有一些手段了,因为它没有数据,测不到,没有办法改进质量。所以要充分认识到,只有通过精确测量,才能精确找到产品质量不合格的地方。同时只有对测量数据进行大量积累和分析,才能发现不合格的根源。
    第四部分,精密测量对提升制造质量的基础作用。
    我们从三个方面来说,第一个是构建完整的国家测量体系。国际测量联合会和国际标准化组织曾经联合制定了一个国家质量保障体系,它有一个定位,计量、标准、合格评定是未来世界经济可持续发展的三大支柱。他们定位定得这么高,而且很明确,他们是总结了发达国家的经验。落实到企业的时候,刚才说的三大要素,再加上认证认可形成的质量保障的体系,这是我们面向企业做的一个测量体系。
    下面简单分析一下,如果我们也想赶上甚至超过国外的质量,我们怎么做。我们要知道,美国现在是怎么做的,他们是通过大量的数据积累和软件,比如说实验室里面都有的激光干涉仪,从528升级529的时候,硬件没有动一个,就是把新的软件嵌入进去,分辨率提高了一个数量级,价格提升了一倍。还有像引力波在探测出来的时候,它的分辨率差两个数量级,这两个数量级都是靠模型、靠软件,最后把它算出来的。所以美国在软件上是有巨大的优势的。德国人是靠硬技术,就是靠机器,我的机器是最好的,所以这个也使我们国内的一些企业家和工程技术人员产生了一个错觉,我们的质量是靠先进的制造装备来保障的。但是光有这点是不行的。日本强调工匠精神,但是都是以大量的测量数据为基础。
    那么我们的优势在哪里呢?我们的优势可能是工业大数据,我们买遍了差不多世界上各个国家的工作母机,都在中国运行着,他们会积累大量的数据。如果再加上我们充实测量手段,使后续的数据得到延续和积累,这可能就成为我们中国的一个优势。我们学习美国的软件、德国的硬技术和日本的工匠精神,再加上我们的测量和工业大数据,这可能是我们的一个赶超优势。
    最后简单谈一下发展机遇和发展方向。
    习主席在去年7月13日主持中央财经委员会第二次会议的时候发表重要讲话。这里面核心有两点,第一个,核心技术是国之重器,第二是培育一批尖端科学仪器制造企业。大家很奇怪,为什么讲了一个具体的技术。我们回想一下,习主席在上次两院会议上提出了发展机器人技术,现在机器人发展是很有预见性的,这可能是一个智囊团提出来的。这都是一些战略性的考虑。
    我们还要认识到超精密仪器在发展高端装备过程中的定位在哪里。我们先看高端装备,高端装备是工作母机做出来的,工作母机的精度要比高端装备的精度高三到五倍,那工作母机的精度谁来保证呢?就是超精密测量仪器,超精密测量仪器的精度要比工作母机高出一个数量级,这样才能保证工作母机的精度。但是现在如果零部件也测不全,到整机装备的时候一些不合格的零件装备在一起,这个装备是不合格的,而且在装备的过程中也需要一批测量仪,这些又没有。从精密的角度来说,超精密仪器是高端中的高端,所以我们要充分认识到它的作用。
    凯尔文有一句名言,只有测量出来,才能制造出来。我们遇到了一个机遇,2018年世界计量大会决定,7个基本量都采用物理常数重新定义。这个事情出来之后大家都不知道这是什么意义,但实际上这个意义至关重要,是我们的一个发展机遇。
    我们现在的量值传递体系一直到下面、到基层、到车间,经历了一个漫长的链,它到车间的时候已经所剩无几了,再加上车间的测量手段是碎片化的,所以说我们这个体系是不可能支撑高质量产品的生产。重新定义以后,这个量值传递体系,中间都不用要了,它有一种许可,物理常数来复现基本量,它是不分区域、不分部门、也不分时间,谁、在哪,复现出来都可以。这个意义就大了,你只要有足够的经费,比如华为,就可以把很多量自己复现出来,不用再去溯源了。后面你觉得哪个国家的哪个基本量更好,你就直接向他溯源,不一定都在我们国家计量院溯源,这是扁平化,可以建立起最简洁的国家计量体系。这是我们的一个机遇。
    它还有一个优势,很多基准仪器可以小型化,质量的标准仪器就可以做得很小,这个仪器可以嵌入到大型专用仪器里面,甚至有些标准仪器,像原子钟,现在已经出现了芯片级的原子钟,那你就可以嵌入到电路板上,再嵌到制造装备上,就可以使得我们实现无处不测、无时不测,任何地方测都是准的,这样一个制造体系。
    下面还有一个机遇是数字化,我们举个例子,西门子通过软件来提升数字化,大量的抛售硬件公司,比如汽车、家电、照明等,然后把卖出这些公司的钱来大量收购世界上的软件公司,现在它已经是全球第二大的软件公司。2014年,它就建立了数字化工厂集团,向数字化工业来迈进,然后又大力推广数字化双胞胎。这两件事做完以后,有一个很好的效果,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。
    智能制造的网络化可以把工厂的外网和工厂的内网结合起来,可以避免一些技术机密流失出去,同时又利用了外网的一些资源,这是一种构建方式。还有一种构建方式是以5G为工业物联网平台的数字化工厂,5G已经解决了抗干扰的问题,比如车间里的电火花等这种干扰都可以抵抗。所以说现在特别是数字化升级后,原来的工厂已经在那了,就没有必要布光纤网了,直接用后来的5G就可以了。
    上个月我和德国专家沟通了,他们还是先发展数字化,再是网络化,最后是智能化,我们国家应该发挥后发优势,三个阶段并头发展。
    我的报告结束,谢谢!