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谭久彬:没有超精密测量 就没有高端装备制造


  来源: 中国仪器仪表行业协会 时间:2020-08-13 编辑:仪器仪表WXF
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每一级计量机构在建立相应级别的计量标准(装置)时,都会有所减少。就我国现有的80项几何量计量标准(装置)而言,传递到市县一级时,能建立和管理的计量标准已经所剩无几了,而最后传递到工厂计量室时,只有很少的计量标准(装置)能真正起作用。然而工厂,才是装备制造决定性的主战场。可想而知,这样一个计量体系,很难支撑我国高端装备制造业所需要的庞大工业测量体系的正常运行,更无法保证庞大工业测量数据的准确可靠。



工业测量手段碎片化


除了国家计量体系存在问题外,工业测量体系存在的问题则是装备制造主战场上的大问题。现有的精密和超精密测量仪器的种类极少,而且只在局部或一些点上具有测量能力,不成体系,无法形成整体测量能力。这可以从装备制造的不同层面上清楚地看到。


一是零件制造层。我国面向装备制造业的测量方式与测量体系,基本上是学习前苏联的相关方式与体系,主要是面向零件级的几何参数进行测量。即使是面向零件几何参数测量,实际上在精密级上也测不全。如果把国内某工厂的图纸,和德国某工厂相同零件的图纸进行对照,发现国内图纸标注的参数大量缺失。缺失的主要原因是,我国对这些参数没有能力测量,所以在一些图纸上干脆就不再标注了。按照这样的图纸和测量手段,想要控制零件在制造过程中的质量是不可能的。


二是部件制造层。部件层面因产品千差万别,导致集成调试所需具体测量方法和测量仪器原理也各不相同,需要专门定制专用测量仪器与工装,而通常不能直接采用通用仪器。实际上,因认识不足和研发能力较差等原因,目前装备制造车间里,专用测量仪器大量缺失。由于没有成体系的专用测量仪器,车间只好用通用仪器来替代专用仪器进行测量。这是非常不合理的,因为很多专用测量需求是通用仪器实现不了的,这个问题普遍存在。以超精密光刻机上的一个工作台激光反射镜构件为例,它的主体零件之一有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,集成时需要一批满足公差配合的专用测量仪器与工装。要完成这样一个复杂构件的超精密测量,需要20多种专用超精密测量仪器,这些我们都没有提前布局研制,导致我们至今制造不出来精度合格的产品。这样的例子具有普遍性。由此可见,部件制造层现有的专用测量手段基本上都是碎片化的,不能形成整体测量能力,导致部件集成质量无法控制。


三是整机制造层。不仅部件装配层需要专用测量仪器,整机测量层也需要大批专用测量仪器,整机装调完成以后对整机性能的测试层面还要需要一批专用测量仪器。整机制造层的状况与部件制造层状况类似,但更严重。以中等精度的光刻机为例,它有3万多个光机零件,其中70%是精密和超精密级的,需要600多种专用精密和超精密测量仪器,这些测量仪器90%以上,我们都没有进行布局研制。还有嵌入到整机中的200多个超精密测量单元和传感器,这些我们也都没有专门布局研制。从目前情况看,如果不能解决专用超精密测量仪器问题,在较短的时间内制造出质量合格的高端装备产品,是非常难的。


只有通过精确测量,才能精确找到产品质量不合格的地方。只有对测量数据进行大量积累和分析,才能发现超精密制造不合格的根源。




没有超精密测量,就没有高端装备制造


超精密测量对提升高端装备制造质量具有不可替代的基础支撑作用,并在制造全过程的质量控制中发挥决定性作用。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基础框架,它把标准、计量、合格评定三个要素定位为未来世界经济可持续发展的三大支柱。这个定位非常之高,而且定位很明确,这是总结了发达国家的发展经验后,提升到理论层面上的一个重要认识成果。落实到企业的时候,在标准、计量、合格评定三大要素基础上,还要加上认证认可,这样就形成了工厂层面可操作的质量保障体系。究其本质,质量保障体系就是一系列技术法规加测量。在技术层面看,它就是一个规范化的测量体系。


各个国家为了提高精度,强调了不同的技术途径。美国高度重视建模和软件,即通过大量的测量数据积累,挖掘影响产品质量的各种误差源,找出其对质量的影响规律与消除方法,构建数学模型,形成软件,并不断评估对质量的改善效果。比如安捷伦用于实验室的双频激光干涉仪,在从5528型升级到5529型时,几乎没有改动任何硬件,而是把新的软件嵌入进去,使仪器测量分辨率提高了一个数量级。再如,在探测引力波时,巨型激光干涉仪的探测分辨率不够,但是科学家通过建立系列数学模型和软件计算提升了系统的分辨力,成功探测到引力波。可见,美国人非常重视软件能力的建设,把软件能力变成核心竞争力的基础。


关键词:谭久彬 超精密测量 高端装备制造    浏览量:6271

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