制造、先進制造技術的發(fā)展及其趨勢
一、制造業(yè)是人類文明的支柱之一 “問渠哪得清如許?為有源頭活水來!”一般認為,人類文明有三大物質支柱:材料、能源與信息。其實,應是四而非三,“.. 破碎機
 鏈斗提升機; 一、制造業(yè)是人類文明的支柱之一
“問渠哪得清如對輥機許?為有源頭活水來!”一般認為,人類文明有三大物質支柱:材料、能源與信息。其實,應是四而非三,“制造”也應是一大支柱。可以說,沒有制造,就沒有人類。從人類制造第一把工具,一直到現(xiàn)在的智能機床,小到一針一線,大到航空母艦,無一可以脫離制造業(yè)。恩格斯說過,直立與勞動創(chuàng)造了人,勞動是從制造工具開始的??梢哉f人類的一切都離不開制造,制造是一切的源頭。
如果沒有金屬農具的制造就沒破石機有農業(yè)革命;沒有蒸汽機的制造就沒有第一次工業(yè)革命;沒有電機的制造就沒有第二次工業(yè)革命;沒有芯片和計算機制造就沒有信息化革命。人類科技的進步就是一部制造業(yè)的進步史。
有人說制造業(yè)是“夕陽產業(yè)”,其實不然。制造業(yè)應該是“永遠不落的太陽”,世界不可能沒有制造;它既占有基礎地位,又處于前沿和關鍵,既古老,又年輕;它是工業(yè)的主體,是國民經濟持續(xù)發(fā)展的基礎;它是生產工具、生活資料、科技手段、國防裝備等進步的膠帶機依托,是現(xiàn)代化的動力源之一。
制造是人類創(chuàng)造物質財富的基本手段。從全世界整體來看,國民生產總值(GDP)的1/3是制造業(yè)創(chuàng)造的,工業(yè)生產總值4/圓震動篩5是制造業(yè)創(chuàng)造的,國家財政收入的1/3是制造業(yè)提供的,出口的90%是制造業(yè)提供的。制造是全面建設小康社會的第一支柱產業(yè),經濟活動部門中64%以上屬于制造業(yè),工業(yè)就業(yè)人數(shù)中90%屬于制造業(yè),整個社會50%的就業(yè)由制造業(yè)提供,工業(yè)稅收80%由制造業(yè)提供。以上數(shù)據(jù)顯示,要進入小康社會,要建設強大國家,必須發(fā)展制造業(yè)。
制造是各行各業(yè)的基石。穿衣需要砂石生產設備布匹,需要制造織布機;吃面需要面粉加工機,需要制造面粉機;住房需要建材,需要制造建材機器;出行需要坐車,需要制造汽車。馬克思在《資本論》里有一段名言:“大工業(yè)必須掌握這特有的生產資料,即機器的本身,必須用機器生產機器。這樣,大工業(yè)才建立起與自己相應的技術基礎,才得以自立。”人類要生存下去必須要搞好裝備,因為任何東西都需要工具去制造。
制造業(yè)是高新技術產業(yè)的基礎和載體。無論是信息技術、核技術還是微電子技術等等,都要靠制造產生。能夠把這些先進技術制造出來本身就是先進的體現(xiàn)。有了這些先進技術,倘若沒有制造業(yè)把它們應用起來,這些科技也是紙上螺旋輸送器談兵、無用武之地。以電子科技為例,現(xiàn)在電子技術的應用越來越多,在軍艦上,電子產品的成本占整個軍艦成本的22%,占整個坦克成本的24%,在飛機上占35%,導彈上占44%,在衛(wèi)星等航天器上占65%以上。這些電子產品都是制造業(yè)制造出來的。
制造業(yè)代表著國家的綜合國力,也標志著國家在國際競爭中所處的地位如何。溫州制造的打火機占了全世界打火機的80%以粉碎機上,但是多少只打火機才能換回一臺精密設備?所謂工業(yè)轉移其實是把低端產品轉移過來,美國不是不會做打火機,而是不屑做。因此,如果沒有強大的制造業(yè),中國在國際競爭中只能處于產業(yè)鏈的低端。
二、振興裝備制篩分設備造業(yè)
制造業(yè)對于人類文明的重要性是顯而易見的。制造業(yè)中機械制造業(yè)的地位最為重要,沒有機械制造業(yè),就沒有獨立的工業(yè),即使制造業(yè)再大再多再好,也受制于人。一個大國如果沒有強大的裝備制造業(yè),特別是同高科技相應的打砂機機床制造業(yè),就不可能有獨立自主的制造業(yè)與工業(yè)。只有振興裝備制造業(yè),才能使工業(yè)由大變強。
裝備制造業(yè)關乎到國家安全。著名的“東芝事件”就是一個體現(xiàn)。在1982年前不久,美國突然發(fā)現(xiàn)蘇聯(lián)的核潛艇技術與自己的差距迅速縮短,感到非??只拧=涍^調查發(fā)現(xiàn)是因為蘇聯(lián)把從日本東芝公司購買的顎式破碎4臺大型數(shù)控機床用來加工核潛艇螺旋槳,精度提高了,使得蘇聯(lián)潛艇下水后噪音減少,美國無法勘測。蘇聯(lián)核潛艇技術的提升給美國國家安全帶來了威脅,而追其根源就是4臺數(shù)控機床。
對機械制造業(yè),尤其是裝備制造業(yè),應引起我們的足夠重視。中國的工業(yè)現(xiàn)在是輸送帶大的,但不是強的,這一點大部分人都同意。中國關鍵裝備大多依靠進口,例如,光電子裝備100%進口,數(shù)控系統(tǒng)70%進口。中國要獨立自主首先要有獨立的裝備制造業(yè),因此,國家現(xiàn)在提出“振興裝備制造業(yè)”是很正確的。
制造業(yè),特別是裝備制造業(yè),決螺旋喂料機不是“夕陽產業(yè)”,但制造技術中確有“夕陽技術”,這是同信息化大潮格格不入的技術,是同高科技發(fā)展不相應的技術,是缺乏市場競爭力的技術,甚至還可能是危害可持續(xù)發(fā)展的技術。十七大報告中提出“發(fā)展現(xiàn)代產業(yè)體系,大力推進信息化與工業(yè)化融合,促進工業(yè)由大變強,振興裝備制造業(yè),淘汰落后生產力”。中國要達到小康,必須有一個現(xiàn)代化的產業(yè)體系。在現(xiàn)代化產業(yè)體系里需要促進信息化和工業(yè)化融合。沒有工業(yè)化就沒有信息化,沒有信息化工業(yè)化就無法繼續(xù)發(fā)展。
三、制造業(yè)要接軌市場、與時篩分俱進
現(xiàn)代的制造業(yè)市場大致有5大特征:
第一是買方市場。這是科學技術與生產力發(fā)展的必然結果。
第二是多變性市場。由于科技發(fā)展快,技術更新快,產品換代快,從而產品非大量化、分散化、個性化的生產越來越強,競爭日趨激烈,不確定因素猛增,市場變化很快。
第三是國際化市場。市場打破國界,走向區(qū)域化,走向國際化。
第四是新興產品市場。不僅涉及對傳統(tǒng)產品用高新技術加以改造與發(fā)展而成的產品,而且更涉及前所未有的新類型的“產品”,從而導致如技術、軟件、環(huán)保等產業(yè)的出現(xiàn)。
第五是虛擬市場。信息化的進一步是網絡化,網上的產品廣告、商品展示、商品交易、客戶關系、代理制等等均屬于虛擬市場。
與此市場相應,制造業(yè)企業(yè)需要有6大特征:
第一是滿足“客戶化”要求,這是“買方市場”必然導致的結果,“顧客就是上帝”。
第二是對市場的快速響應,對生產的快速重組,從而要求生產模式必需有高度柔性,有足夠敏捷性,這是“客戶化”必然導致的結果。
第三是既競爭、又合作地參與市場,走向“雙贏”、“多贏”,這是“納什方程”給出的結果,而不一定是或“魚死”,或“網破”,或“兩敗俱傷”。
第四是本土化與國際化交互,走向全球化,既競爭,又合作。
第五是應用虛擬技術,以加快企業(yè)有關活動的節(jié)奏,提高產品質量,節(jié)約成本。
第六,“以人為本”,加強企業(yè)人文文化建設,應該說,這是現(xiàn)代企業(yè)成敗關鍵之所在。
與市場接軌的同時,制造技術還應與時俱進。我們所謂的“先進制造技術”,其實就是“制造技術”加“信息技術”加“管理科學”,再加上有關的科學技術交融而形成的。
四、談及先進制造業(yè)的發(fā)展趨勢,可以分成三類:
一是產品的發(fā)展趨勢,二是制造過程的發(fā)展趨勢,三是制造方法的發(fā)展趨勢。這三類發(fā)展趨勢又可以用12個字概括之,即產品要“精”、“極”、“文”,過程要“綠”、“快”、“省”、“效”,方法要“數(shù)”、“自”、“集”、“網”、“智”。這些方面彼此滲透,相互支持,形成整體,并且扎根在“機械”與“制造”的基礎上,服務于制造業(yè)的發(fā)展。
制造產品的“精”、“極”、“文”
“精”,精密化是發(fā)展的關鍵。
“精”是“精密化”,它一方面是指對產品、零件的精度要求越來越高,另一方面是指對產品、零件的加工精度要求越來越高。有了前者,才要求有后者;有了后者,才促使前者得以發(fā)展。“精”是指加工精度及其發(fā)展,精密加工,細微加工,納米加工等等。20世紀初,超精密加工的誤差是10微米,30年代達1微米,1950年代達0.1微米,1970年代至1980年代達0.01微米,至今達0.001微米,即1納米。從海灣戰(zhàn)爭,到科索沃戰(zhàn)爭,到阿富汗戰(zhàn)爭,到伊拉克戰(zhàn)爭,武器的命中率越來越高,就是武器越來越“精”,可以說,關鍵就是打“精度”戰(zhàn)爭。再由以下一組數(shù)據(jù)可以看到微電子產品對加工精度的依賴程度,電子元件制造誤差為,一般晶體管50微米,一般磁盤5微米,一般磁頭磁鼓0.5微米,集成電路0.05微米,超大型集成電路達0.005微米,而合成半導體為1納米。
在現(xiàn)代超精密機械中,對精度要求極高,如人造衛(wèi)星的儀表軸承,其圓度、圓柱度、表面粗糙度等均需要達到納米級;基因操作機械,其移動距離為納米級,移動精度為0.1納米。細微加工、納米加工技術可達納米以下的要求,如離子束加工可達納米級,借助于掃描隧道顯微鏡(STM)與原子力顯微鏡的加工,則可達0.1納米。
至于微電子芯片的制造,有所謂的“三超”:一是超凈,加工車間塵埃顆粒直徑小于1微米,顆粒數(shù)少于每立方英尺0.1個;二是超純,芯片材料有害雜質,其含量小于1ppb,即十億分之一;三是超精,加工精度達納米級。顯然,沒有先進制造技術,就沒有先進電子技術裝備;而沒有先進電子技術與信息技術,也就沒有先進制造裝備。
“極”,極端化是發(fā)展的焦點。
“極”就是極端條件,就是指在極端條件下工作的或者有極端要求的產品,從而也是指這類產品的制造技術有“極”的要求。在高溫、高壓、高濕、強磁場、強腐蝕條件下工作的,或有高硬度、大彈性要求的,或在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄、奇形怪狀的。顯然,這些產品都是科技前沿的產品,其中之一就是“微機電系統(tǒng)(MEMS)”。
可以說,“極”是前沿科技或前沿科技產品發(fā)展的一個焦點。例如,在信息領域中,分子存儲器、原子存儲器、量子阱光電子器件、芯片加工設備;生命領域中,克隆技術、基因操作系統(tǒng)、蛋白質追蹤系統(tǒng),小生理器官處理技術、分子組件裝配技術;軍事武器中,精確制導技術,精確打擊技術,微型慣性平臺,微光學設備;航空航天領域中,微型飛機,微型衛(wèi)星,“納米”衛(wèi)星(0.1公斤以內);微型機器人領域中,腦科手術,清除腦血栓,管道內操作,竊聽與收集情報,發(fā)現(xiàn)并殺死癌細胞;微型測試儀器,微傳感器,微顯微鏡,微溫度計,微儀器等等。MEMS可以完成特種動作與實現(xiàn)特種功能,乃至可以溝通微觀世界與宏觀世界,其深遠意義難于估量。2002年,美國伯克利大學不僅制造了直徑為300微米的鏡頭,配以微米級探針的微米級顯微鏡,可深入植物細胞內觀察,而且正在開發(fā)直徑為500納米的鏡頭的納米級顯微鏡。2002年美國康納爾大學還宣布研制出原子級納米“晶體管”,由單個原子輸送電流的“晶體管”這還是首次,被中國科技專家評為2002年世界十大科技新聞之一。
“文”,人文化是發(fā)展的新意。
“文”應理解為“人文化”。社會進步到今天,產品不僅是一個工業(yè)產品,只解決“實用”的問題,滿足物質層面上的需要;還應該是一個藝術產品,文化含量高,特別是人文文化含量高,真正解決“物美”問題,滿足精神層面上的需要,能同環(huán)境協(xié)調,能供欣賞,能悅人心,經得起“看”,經得起“想”。“工業(yè)設計”等學科即由此而生。當然,“文”還可擴大到制造過程、制造方法,即“文明化”生產。所以,“文”可以講是先進制造技術發(fā)展的“新義”。工業(yè)設計就是一個為“文”服務的學科,因為一個工業(yè)產品還應該有文化層面上的意義。有人說建筑是固定的音樂,音樂是流動的建筑,工業(yè)產品亦然,工業(yè)和藝術也是互通的。人類發(fā)展史到現(xiàn)在不僅僅是物質文明發(fā)展史,更是精神文明發(fā)展史,現(xiàn)代工業(yè)產品不僅要經得起用,還要經得起看。因此,“文”應該是為工業(yè)產品增添的一個新含義.
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