自第一次工業(yè)革命以來,工業(yè)化發(fā)展一直是世界經(jīng)濟的主題。中國的工業(yè)化道路非常曲折。鴉片戰(zhàn)爭,讓閉關(guān)鎖國的清政府看到了工業(yè)的重要性,雖經(jīng)洋務(wù)運動、民族資產(chǎn)階級發(fā)展,也引進一些工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備,但大都是西方國家落后或淘汰設(shè)備,中國工業(yè)沒有太大的進展,經(jīng)濟狀況比同期的印度還落后。
民國時期,連年戰(zhàn)爭,使中國工業(yè)發(fā)展緩慢。中國真正走上工業(yè)化道路應(yīng)該說是從新中國成立后才真正開始的。民族救亡運動、抗日戰(zhàn)爭、解放戰(zhàn)爭以及朝鮮戰(zhàn)爭,讓中國共產(chǎn)黨充分認識到工業(yè)的重要性。
毛澤東指出:“沒有工業(yè),便沒有鞏固的國防,便沒有人民的福利,便沒有國家的富強。”經(jīng)過70多年的工業(yè)化道路,中國國民生產(chǎn)總值已躍居世界第二,在多個工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)能力已達到世界第一。
以史為鑒,可以知未來。當(dāng)前世界工業(yè)化格局在發(fā)生深刻變化,德國工業(yè)4.0、美國戰(zhàn)略伙伴計劃、日本智能制造戰(zhàn)略、英國制造業(yè)回歸等,都給中國的工業(yè)化道路帶來新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn),而中國的工業(yè)化道路還在繼續(xù)推進。
在這樣的歷史時期總結(jié)工業(yè)化進程中的計量經(jīng)驗,可以充分認識工業(yè)計量的重要地位和作用,進一步明確工業(yè)計量發(fā)展方向,更好地為實現(xiàn)第二個百年奮斗目標而不懈努力。
1 中國工業(yè)計量發(fā)展
階段性特征回顧
計量是工業(yè)企業(yè)的眼睛。在中國工業(yè)化發(fā)展過程中,計量發(fā)揮了積極作用,計量的重要地位也越來越突顯。從計量在企業(yè)產(chǎn)品制造過程中作用點不同,可以大致把工業(yè)計量分為四個階段:產(chǎn)品檢驗階段、產(chǎn)品自動化制造階段、產(chǎn)品節(jié)能與效益階段以及產(chǎn)品全面生產(chǎn)管理階段。
1.1 產(chǎn)品檢驗階段
這一階段主要是指新中國成立后到改革開放前。新中國剛成立時,中國工業(yè)落后,一窮二白。黨中央提出要以鋼鐵為重點,大力發(fā)展重工業(yè)和國防工業(yè),實現(xiàn) “趕英超美”。
經(jīng)過近三十年的發(fā)展,興建了一大批新的工業(yè)基地;發(fā)射 “兩彈一星”,建立了相適應(yīng)的國防工業(yè)體系;煤炭、石油、天然氣等資源勘探及相關(guān)煉化工業(yè)取得巨大成績;鐵路運輸、公路交通、航空和郵電等各重點行業(yè)也都有較大發(fā)展。
同1952年相比,1980年全國工業(yè)固定資產(chǎn)按原價計算增長26倍多。在這個歷史時期,由于前期蘇聯(lián)的指導(dǎo)以及后期中國工業(yè)建設(shè)的不斷探索,逐漸認識到:計量是保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段,計量的統(tǒng)一是工業(yè)協(xié)作的重要基礎(chǔ)。
因此,中國頒布了統(tǒng)一計量單位的令,建立了國家計量研究機構(gòu)、省級計量檢定機構(gòu)和企業(yè)計量站 (室) 等各級工業(yè)計量保障體系。在企業(yè)配備了大量的計量檢測儀器用于原材料檢驗、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗等,有力促進了全國工業(yè)量值的統(tǒng)一以及企業(yè)產(chǎn)品出廠質(zhì)量的保障。
1.2 計量參與產(chǎn)品自動化制造過程階段
到改革開放前,經(jīng)過工業(yè)化發(fā)展,中國工業(yè)產(chǎn)能有了大幅度提升,產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)檢驗后有了一定提高,但產(chǎn)品合格率不高,生產(chǎn)效率低。經(jīng)多方調(diào)研分析,逐漸認識到: 產(chǎn)品質(zhì)量不是檢驗出來的,而是制造出來的。
國外發(fā)達國家制造業(yè),在加工裝備上看,中國和他們差距不大,但產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率卻相差很大,原因是由于他們在老設(shè)備上裝了現(xiàn)代化的計量檢測儀器儀表和自動監(jiān)控設(shè)備,能夠精確地測量出生產(chǎn)過程中各種參數(shù),經(jīng)計算機處理,并反饋到生產(chǎn)過程中進行最佳控制。
因此,改革開放后,一些大型國有企業(yè)進行了大量的技術(shù)引進和生產(chǎn)過程改造,在制造過程中增加了一些相對先進的計量檢測手段用于過程控制,不僅實現(xiàn)自動化生產(chǎn),也通過對制造過程中的參數(shù)控制,大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。計量從產(chǎn)品檢驗延伸到自動化過程控制,為提升產(chǎn)品合格率,提高生產(chǎn)效率發(fā)揮了積極作用。
1.3 計量工作擴展到節(jié)能降耗階段
隨著市場經(jīng)濟不斷深入,產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升,企業(yè)的成本和效益成為關(guān)注的焦點。企業(yè)效益的基礎(chǔ)是節(jié)約原材料成本、節(jié)約使用能源資源,減少安全事故。
此前,由于企業(yè)管理落后,原材料檢驗手段不足,能源資源使用過程中沒有計量檢測手段,跑、冒、滴、漏現(xiàn)象嚴 重,消耗多,能源浪費大,而安全事故不僅要停工停產(chǎn),相關(guān)的賠償也數(shù)額巨大。
國務(wù)院多次發(fā)文要求:企業(yè)計量工作要緊緊圍繞提高企業(yè)經(jīng)濟效益,為完善企業(yè)經(jīng)濟責(zé)任制、搞好質(zhì)量管理、能源管理和安全管理提供可靠的計量保證。
1983年頒發(fā) 《企業(yè)能源計量器具配備和管理通則 (試行) 》,明確規(guī)定了進出用能單位的能源計量計量器具配備率100%,主要次級用能單位和重點用能設(shè)備的計量器具配備率100%的強制要求。
之后,針對石油石化、化工、有色金屬冶煉、鋼鐵、火力發(fā)電等重點行業(yè),專門制定了更高標準的能源計量器具配備管理要求。
《節(jié)約能源法》中也明確規(guī)定:用能單位應(yīng)當(dāng)加強能源計量管理,按照規(guī)定配備和使用經(jīng)依法檢定合格的能源計量器具。為促進企業(yè)加強各環(huán)節(jié)計量器具配備、管理和使用,1984年在全國范圍內(nèi)開展企業(yè)計量定級、升級工作。
國務(wù)院把計量定級、升級作為企業(yè)上等級、上水平的重要內(nèi)容,國家經(jīng)委把這項工作做為推動企業(yè)管理現(xiàn)代化的重要措施,有三十多個部委 (局) 和原國家計量局聯(lián)合發(fā)出了四十余個企業(yè)計量管理辦法和實施細則,計量定級、升級還發(fā)展到建筑、交通、港口、地質(zhì)、鐵道、民航等部門。
通過企業(yè)定級、升級,增強了企業(yè)計量意識,促進企業(yè)建立了相對完善內(nèi)部量傳溯源體系,促進了企業(yè)計量設(shè)備的配備和管理,為企業(yè)提質(zhì)增效發(fā)揮了積極作用。
1.4 計量工作擴展到企業(yè)全面生產(chǎn)管理階段
1987年,國際標準化組織 (ISO) 制定了ISO 9000族質(zhì)量管理體系標準,在標準中指出:“對產(chǎn)品開發(fā)、制造、安裝和服務(wù)中的全部測量系統(tǒng)進行必要控制,以保證根據(jù)測量數(shù)據(jù)所作出的決策或活動的正確性”;“對計量器具、儀器、探測設(shè)備、專門的試驗沒備以及有關(guān)計算機軟件都應(yīng)進行控制”等。
為配合ISO 9000族質(zhì)量標準的實施,做好測量設(shè)備控制,1992年ISO推出ISO 10012—1《測量設(shè)備的計量確認體系》,1997年推出ISO 10012—2《測量過程控制指南》,2003年將這兩個標準合并,推出ISO 10012《測量管理體系—測量過程和測量設(shè)備的要求》。
同年,中國等同轉(zhuǎn)化為國家標準 GB/T 19022,自2005年開始,通過認證的方式在中國工業(yè)企業(yè)推行該標準。
該標準一個重要的特點就是把測量過程與測量設(shè)備一同進行合格性確認。其中明確規(guī)定:測量過程不僅包括質(zhì)量檢驗、過程控制,還包括能源資源使用、污染物排放、安全生產(chǎn)、精細化管理等各個環(huán)節(jié),讓計量管理真正全面融入到企業(yè)精細化管理之中,成為企業(yè)全面生產(chǎn)管理的重要技術(shù)基礎(chǔ)。截止2021年底,全國共有1萬多家企業(yè)通過了測量管理體系認證。
2 工業(yè)化發(fā)展新特點
及工業(yè)計量新機遇
當(dāng)今世界仍處于工業(yè)化不斷深化時期。習(xí)近平總書記在 2021 年初提出: 中國經(jīng)濟進入新發(fā)展階段,要貫徹新發(fā)展理念,構(gòu)建新發(fā)展格局,也是基于新時代工業(yè)化進程出現(xiàn)的新特點提出的,這些新特點也給計量測試帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。
2.1 科技的引領(lǐng)作用更加突顯
科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力,從第一次工業(yè)革命到現(xiàn)在的工業(yè)4.0,每一次工業(yè)革命都離不開科技的進步與發(fā)展。從產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā),到生產(chǎn)車間設(shè)備安裝、調(diào)試,再到智能制造,甚至在產(chǎn)品使用、報廢整個過程中,科學(xué)技術(shù)都將成為新工業(yè)革命的動力源。
高質(zhì)量發(fā)展必須以高科技為引領(lǐng)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、新材料、新工藝,都是新技術(shù)的進步、融合和應(yīng)用。任何與工業(yè)革命相關(guān)的領(lǐng)域都要朝著“科技化”方向發(fā)展。
門捷列夫講:沒有測量就沒有科學(xué)。數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)、智能化都是基于計量測試高精度發(fā)展為前提的,這就要求計量必須走在前面,給工業(yè)化提供新引擎。
2.2 定制化將成為制造新業(yè)態(tài)
隨著社會的進步與發(fā)展,個性化需求將變得越來越豐富。未來的產(chǎn)品功能設(shè)計將不再由所有的市場需求或者說是全社會多數(shù)人的共同需求來決定,而是由社會上單個人或少數(shù)個體的個性需要來決定。
著名經(jīng)濟學(xué)家、美國得克薩斯大學(xué)管理學(xué)院教授J·K·加爾布雷斯指出:工業(yè)的進步不僅是經(jīng)濟問題,它還可以通過產(chǎn)品為滿足人類各種需求而偏離標準設(shè)計的程度來衡量。產(chǎn)品的個性化是由人的個性需求決定的。
高質(zhì)量最基本特征就是滿足少數(shù)人的個性化需求的高質(zhì)量,這就要求企業(yè)開展定制化生產(chǎn)。定制化就需要企業(yè)制造過程柔性化性能。個性化定制要求計量測試更加精細、精準、及時、快速,這些都對計量測試技術(shù)帶來新的挑戰(zhàn)。
2.3 民主化制造特點越來越突出
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,使得一個單位包打天下的局面將很快被打破,設(shè)計、研發(fā)、制造、銷售、服務(wù)這些環(huán)節(jié)將被分散在不同國家、不同地區(qū)、不同單位甚至是某些個體來進行。制造過程中的分工將越來越細,企業(yè)間協(xié)作將越來越緊,制造價值鏈將被不同單位拆分。
純設(shè)計、無工廠的制造單位將越來越多。互聯(lián)制造將改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式,自由組合、工業(yè)民主化將成為新工業(yè)革命的最大亮點。而民主化進程要求必須有統(tǒng)一的計量標準、統(tǒng)一的計量測試方法和評價標準,這就要求必須大力發(fā)展產(chǎn)業(yè)計量測試技術(shù),以滿足整個產(chǎn)業(yè)的民主制造需求。
2.4 智能化是工業(yè)化未來主流
無論定制化還是柔性化,無論機器人還是智能設(shè)備、智能產(chǎn)品,智能將是未來工業(yè)的主流和主攻方向。智能制造過程中,要實現(xiàn)智能原材料與智能設(shè)備的有效溝通,制造出高質(zhì)量的智能產(chǎn)品,必須需要先進智能的計量技術(shù)提供支撐。
精準的在線計量測試技術(shù)、自動化測控方式,使產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)工藝高度融合,不僅可以動態(tài)完成過程質(zhì)量控制,避免原材料浪費,還可以極大限度地降低制造成本,使產(chǎn)品質(zhì)量的一致性得到保證。
在智能產(chǎn)品使用過程中,可以通過智能產(chǎn)品采集使用過程中的大量有關(guān)數(shù)據(jù),不僅可以分析智能產(chǎn)品的性能狀況,保障智能產(chǎn)品始終處于良好狀態(tài),還可以通過智能產(chǎn)品了解用戶的使用習(xí)慣,以便開發(fā)出更適合用戶使用的新產(chǎn)品。
實現(xiàn)這些智能,高精度的傳感、高可靠的測試是基礎(chǔ),嵌入式、自校準、自學(xué)習(xí)、自統(tǒng)計、自分析對計量測試技術(shù)帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。
2.5 零排放將成為制造業(yè)發(fā)展的剛性約束指標
前幾次工業(yè)革命都是以資源的肆意揮霍和環(huán)境的嚴重破壞為代價的。新工業(yè)革命時期,要求所有制造業(yè)在制造符合要求產(chǎn)品的同時,必須最大限度地減少環(huán)境污染,減輕生態(tài)失調(diào)。這就需要用新的生產(chǎn)工藝制造出更加節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品,以期達到 “零污染”、“零排放”。
這些將不再是法律或制度的約束,而是新工業(yè)革命時期的企業(yè)自覺和共識。在這個 “零排放”、“碳中和”過程中,計量測試必須走在前面,為評價標準的確立、評價方法的實施以及準確的評測提供技術(shù)支撐。
3 新形勢下充分發(fā)揮
工業(yè)計量的重要作用
從階段性特點分析可以看出,計量工作是圍繞產(chǎn)品,依據(jù)不同時期的關(guān)注點依次展開,呈遞進關(guān)系 (當(dāng)然也包括計量技術(shù)的迭代關(guān)系) 。
從最初的計量僅用于產(chǎn)品檢驗 (這是工業(yè)化初級階段的重點) ,到計量參與產(chǎn)品質(zhì)量過程控制,再到參與產(chǎn)品的成本與效益核算,當(dāng)前,已經(jīng)有部分先進的企業(yè)、部分行業(yè)開始邁入全壽命周期、全產(chǎn)業(yè)管理階段。那么全面做好計量工作要適應(yīng)新時代工業(yè)化發(fā)展的新階段、新特點、新要求。
(1) 加強計量基礎(chǔ)研究,為工業(yè)化發(fā)展新階段提供新動力??萍家l(fā)展,計量須先行。2019年,國際單位制進行變革,這給計量測試技術(shù)帶來新的理論體系和新的發(fā)展空間。
要以這次變革為主攻方向,加強計量基礎(chǔ)性、前沿性技術(shù)研究,全面帶動工業(yè)計量測試能力提升;加強量子芯片、量子測量、嵌入式技術(shù)、無線校準方法等新技術(shù)的研究,為企業(yè)提供先進、實用的計量測試技術(shù);加強新型量傳溯源體系研究,為企業(yè)提供在線、實時、準確的計量檢定或校準,確保計量測試符合工業(yè)化發(fā)展新階段的新需求。
(2) 全面提升企業(yè)計量測試研發(fā)能力,讓先進計量測試技術(shù)應(yīng)用與工業(yè)計量測試需求相伴相生。有研發(fā)能力的企業(yè)要根據(jù)企業(yè)參數(shù)測試、工藝設(shè)計、過程控制、產(chǎn)品后期服務(wù)以及報廢處理等環(huán)節(jié)全面梳理計量測試需求,加強企業(yè)計量測試技術(shù)、測試方法以及測試儀器的研究,不斷提升自主研發(fā)能力,為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供原動力和基礎(chǔ)支撐技術(shù)。
沒有研發(fā)能力的企業(yè),要充分利用社會上的計量技術(shù)機構(gòu)或產(chǎn)業(yè)孵化服務(wù)機構(gòu)的能力和資源,采取聯(lián)合研發(fā)的模式,助力企業(yè)計量向高、精、專方向發(fā)展。企業(yè)中任何與質(zhì)量、生產(chǎn)相關(guān)的問題都可以從計量測試方面找出原因或找到解決方案。
(3) 建立完善的測量管理體系,為數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化制造打好計量測試基礎(chǔ)。數(shù)字化、信息化、智能化是工業(yè)化發(fā)展的進程特征,也是工業(yè)化發(fā)展的技術(shù)手段,其基礎(chǔ)技術(shù)是計量測試。
中國的企業(yè)由于基礎(chǔ)不同,所處發(fā)展階段不同,因此采取的路線也將不同。但都要在充分分析當(dāng)前工業(yè)化發(fā)展方向和特點的基礎(chǔ)上,把計量測試技術(shù)做為發(fā)現(xiàn)問題的 “眼睛”和解決問題的“手”,依據(jù)ISO100012標準中風(fēng)險控制、計量確認等先進的管理方法,以計量測試技術(shù)的改造和應(yīng)用為基礎(chǔ),建立適合企業(yè)未來發(fā)展的測量管理體系,為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化改造以及高質(zhì)量發(fā)展建立相對完善的測量管理體系。
(4) 加強計量數(shù)據(jù)分析,向計量要發(fā)展、要效益。企業(yè)的高質(zhì)量、低能耗、零排放都是基于精準的計量測試數(shù)據(jù)為前提,計量精度的微小提高,就會帶來巨大效益。
據(jù)歐洲有關(guān)組織統(tǒng)計:在歐洲國家,計量投入一歐元將產(chǎn)生四歐元的效益;在精益要求最高的德國,計量投入一歐元將產(chǎn)生六歐元的效益。
量子化發(fā)展給計量測試精度帶來很大地提升機遇和提升空間,提高工業(yè)化過程中的計量測試精度和計量測試數(shù)據(jù)分析能力,實現(xiàn)實時、高精度在線測量,通過對計量數(shù)據(jù)的有效分析、精準分析實現(xiàn)精準預(yù)測、精準把控,以達到精準實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的目標。
(5) 全面參與全壽命周期管理。計量測試不僅僅是產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、智能制造過程中的自動檢測控制,更應(yīng)通過現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在產(chǎn)品全壽命過程中發(fā)揮作用。
世界上先進制造企業(yè),計量測試已全面參與到企業(yè)新產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計、制造、使用及報廢各環(huán)節(jié)。數(shù)字孿生就是應(yīng)用計量測試技術(shù),通過建立物理模型,及時進行歷史數(shù)據(jù)更新,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。美國GE公司,在發(fā)動機上安裝6000多個傳感器,實時監(jiān)測發(fā)動機的運行狀態(tài)。
汽車行業(yè),如何把汽車使用過程中的情況作為設(shè)計、研發(fā)、制造新產(chǎn)品中的重要影響因素,已成為汽車行業(yè)全力以赴的研究課題。
(6) 全面參與全產(chǎn)業(yè)鏈管理。隨著企業(yè)深入發(fā)展,工業(yè)化過程中民主進程的加速推進,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速應(yīng)用,企業(yè)上下游的共同協(xié)作、相互配合、快速反應(yīng)、“零鏈條”、無縫對接將成為重點。
這其中也必然存在大量的、統(tǒng)一的計量測試技術(shù)問題,這些問題的統(tǒng)一解決、測試技術(shù)的相互滲透就是產(chǎn)業(yè)計量測試關(guān)注的重點。產(chǎn)業(yè)計量測試研究和應(yīng)用將成為一個重要的發(fā)展方向和領(lǐng)域。
4 結(jié)束語
總之,工業(yè)進程進入了新的歷史時期,顯現(xiàn)出新的階段性特征,而這些特征都需要計量提供技術(shù)保障。加快推進量子測量等先進計量測試技術(shù)的發(fā)展,研制出高精度、高穩(wěn)定、高可靠、小型化的計量測試儀器,充分利用計量技術(shù)服務(wù)新工業(yè)革命,將成為工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的自覺與共識。