解讀現(xiàn)代制造中測量技術(shù)的新趨勢

      機(jī)械制造中的測量技術(shù)學(xué)科的發(fā)展是機(jī)械制造水平發(fā)展的基礎(chǔ)和先決條件。從生產(chǎn)發(fā)展的歷史來看，精密加工精度的提高總是與精密測量技術(shù)的發(fā)展水平相關(guān)的。目前國際上機(jī)床的加工水平已能穩(wěn)定地達(dá)到1μm的精度，正在向著穩(wěn)定精度為納米級的加工水平發(fā)展。微納技術(shù)已經(jīng)是新的技術(shù)熱點(diǎn)。材料、精密加工、精密測量與控制是現(xiàn)代精密工程的三大支柱。整體來看，我國機(jī)械制造中測量技術(shù)學(xué)科呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)及發(fā)展趨勢。
      極端制造中的測量技術(shù)成為測量中的前沿技術(shù)。隨著MEMS、微納米技術(shù)的興起與發(fā)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(dá)到了納米量級；另一方面，由于大型、超大型機(jī)械系統(tǒng)(電站機(jī)組、航空航天制造)、機(jī)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(kuò)大，測量對象尺度覆蓋范圍越來越大，目前已達(dá)10-9～102 m的范圍，相差11個數(shù)量級之巨，機(jī)械制造中從微觀到宏觀的尺寸測量范圍不斷擴(kuò)大。在此背景之下，微納制造、超精密制造、巨系統(tǒng)制造等系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測量方法和測量儀器受到極大挑戰(zhàn)，出現(xiàn)了納米尺度表征以及參數(shù)量值的統(tǒng)一和溯源等許多新的科學(xué)問題和工程技術(shù)問題亟待解決。
      從靜態(tài)測量到動態(tài)測量，從非現(xiàn)場測量到現(xiàn)場在線測量。現(xiàn)代制造業(yè)已呈現(xiàn)出和傳統(tǒng)制造不同的設(shè)計(jì)理念，機(jī)械制造中的測量技術(shù)已不僅僅是最終產(chǎn)品質(zhì)量評定手段，更重要的是為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造服務(wù)，為制造過程提供完備的過程參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程和檢測手段充分集成，形成具備自主感知內(nèi)外環(huán)境參數(shù)(狀態(tài))，并作相應(yīng)調(diào)整的“智能制造系統(tǒng)”，使測量技術(shù)從傳統(tǒng)的“離線”測量，進(jìn)入到制造現(xiàn)場，參與到制造過程，實(shí)現(xiàn)“在線”測量。
      測量過程從簡單信息獲取到多信息融合。先進(jìn)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(shù)據(jù)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(biāo)信息將形成一個新興的研究領(lǐng)域，即多信息融合。
      幾何量和非幾何量集成。復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)功能擴(kuò)大，精度提高，系統(tǒng)性能涉及多種類型參數(shù)，測量問題已不僅限于幾何量。而且，日益發(fā)展的微納尺度下的系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)，其各種因素的作用機(jī)理和通常尺度下的系統(tǒng)也有顯著區(qū)別。為此，在測量領(lǐng)域，除幾何量外，其他機(jī)械工程研究中常用的物理量，如力學(xué)性能參數(shù)、功能參數(shù)等，業(yè)已成為制造中測量技術(shù)的重要研究對象。
      制造設(shè)備交互操作國際標(biāo)準(zhǔn)正在醞釀出臺。調(diào)查結(jié)果顯示：機(jī)床制造業(yè)在利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和成果方面至少落后了一代，在機(jī)床制造這一行業(yè)中，形成了許多彼此互不聯(lián)系的“制造孤島”。這種狀況造成的結(jié)果是，制造企業(yè)無法充分實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的優(yōu)化配置。美國機(jī)械制造技術(shù)協(xié)會2008年啟動200萬美元資金，旨在開發(fā)一整套有關(guān)制造設(shè)備交互操作(MTConnect)的開放型國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)下的“制造設(shè)備交互操作系統(tǒng)”，將利用“可擴(kuò)展標(biāo)示性語言”(．xml)的計(jì)算機(jī)語言寫成的中間體軟件，實(shí)現(xiàn)工廠優(yōu)化配置軟件和生產(chǎn)現(xiàn)場的無縫連接，包括利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程共享。目前該標(biāo)準(zhǔn)的制定已引起世界制造業(yè)的廣泛關(guān)注，得到眾多全球制造技術(shù)提供商的支持。可以預(yù)測，今后幾年，標(biāo)有 “制造設(shè)備交互操作系統(tǒng)兼容 (MTConnect compliant)” 標(biāo)志的制造技術(shù)產(chǎn)品，將給制造業(yè)帶來革命性的變化，把生產(chǎn)力水平提升到以往只能夢想的高度，給2l世紀(jì)的制造業(yè)帶來嶄新的面貌。
      機(jī)械科學(xué)的發(fā)展及制造技術(shù)的進(jìn)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(xiàn)，研究內(nèi)容的不斷更新，使得測量技術(shù)研究，必須以發(fā)展的眼光，前瞻性思維，立足于要解決的主要問題，提倡學(xué)科交叉，重視應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果，研究新的測量原理、方法、技術(shù)和典型解決方案，為機(jī)械科學(xué)和先進(jìn)制造提供町靠測量技術(shù)支持。