測試技術(shù)的社會作用及發(fā)展方向
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1.1 測試是現(xiàn)代生產(chǎn)的推動器
生產(chǎn)力是社會發(fā)展的決定因素，一個國家的國力首先取決于它的生產(chǎn)能力，特別是它的制造能力，而測試技術(shù)是決定制造水平的因素之一。
自古至今，衡量生產(chǎn)水平的兩大指標一直是質(zhì)量和效率。測試對于保證質(zhì)量的重要性是不言而喻的，沒有測試就無法評定產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，更無從保證產(chǎn)品的質(zhì)量。何況現(xiàn)代生產(chǎn)都是通過測試，實現(xiàn)反饋，控制產(chǎn)品的質(zhì)量。
生產(chǎn)效率同樣也離不開測試。一臺高速切削機床必須要有良好的軸系，包括回轉(zhuǎn)精度、動平衡等，而這一切都需要測試。生產(chǎn)效率是以每一個人在單位時間內(nèi)的產(chǎn)值來衡量的，為了提高生產(chǎn)效率必須實現(xiàn)自動化。制造業(yè)的自動化起源于上世紀初，主要是利用凸輪、擋塊等在紡織、鐘表等大規(guī)模生產(chǎn)中實現(xiàn)剛性自動化。科學技術(shù)的進步要求產(chǎn)品不斷更新、工藝技術(shù)不斷進步。這種剛性自動化在多數(shù)情況下已經(jīng)成為生產(chǎn)發(fā)展的障礙，現(xiàn)代的自動化是柔性自動化，越是柔性的系統(tǒng)越需要測量。沒有測量就無法獲得反饋信息，正確、準確地控制工藝過程和執(zhí)行部件的運動。
生產(chǎn)過程包括物質(zhì)流、能源流與信息流，其中信息流是最活躍的，物質(zhì)流與能源流在信息流的指揮下運動。信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合是機械制造技術(shù)發(fā)展的主要方向，這些年制造業(yè)的最大進步是實現(xiàn)制造業(yè)的信息化，而作為提供源頭信息的測試技術(shù)在這里起關(guān)鍵作用。越是現(xiàn)代化的企業(yè)，測控設(shè)備在總投資中的比例越大。例如，寶山鋼鐵公司建設(shè)中儀器儀表測試裝備占總投資1/3。儀器儀表、測試裝備對整個國民經(jīng)濟的推動作用很大。國家中長期科學技術(shù)發(fā)展規(guī)劃指出，儀器儀表是國民經(jīng)濟的倍增器。美國上世紀90年代儀器儀表只占工業(yè)總產(chǎn)值4%，但它對國民經(jīng)濟的影響面占66%。
作為自動化的進一步發(fā)展就是智能化。智能化生產(chǎn)要求生產(chǎn)過程能自動適應環(huán)境、原材料、工具和裝備條件的變化，使生產(chǎn)系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，獲得最優(yōu)的產(chǎn)品與效益。智能化生產(chǎn)要求在整個生產(chǎn)過程中，對環(huán)境、原材料、工具和裝備的狀態(tài)進行檢測，并在此基礎(chǔ)上做出決策，使生產(chǎn)過程按最佳方式進行。
在2002年的國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）第52屆年會上，德國H K Toenshoff教授做了題為“磨削中的過程控制”的主題報告。磨削過程是一個相當復雜的加工過程。加工精度要求高、機床轉(zhuǎn)速高、砂輪磨損快、影響因素多，因而磨削中的過程監(jiān)控也顯得特別迫切。磨削中的過程監(jiān)控包括三個方面：（1）及時發(fā)現(xiàn)磨削過程中的任何不正?，F(xiàn)象，防止廢品與事故；（2）根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)過程的優(yōu)化與最佳控制；（3）根據(jù)測得的磨削過程輸入與輸出參數(shù)建立磨削過程的模型。為了精確獲得工藝狀態(tài)數(shù)據(jù)，要求測量位置盡可能靠近磨削刃，通過在砂輪內(nèi)部安裝微型傳感器，實現(xiàn)了溫度、切削力、振動等多參數(shù)測量，然后通過數(shù)據(jù)處理、判斷和控制于一體的智能系統(tǒng)，來實現(xiàn)以最小的代價獲得最優(yōu)的產(chǎn)品質(zhì)量。所以精確測試是智能控制的關(guān)鍵。
1.2 沒有測試，就沒有科學
國力競爭的關(guān)鍵是科技水平，我國與發(fā)達國家的差距也主要是科技上的差距。我國已將科技興國作為我國的基本方針，而測試技術(shù)是科學發(fā)展必不可少的手段。偉大的化學家、計量學家門德列耶夫說過：“科學是從測量開始的，沒有測量就沒有科學，至少是沒有精確的科學、真正的科學”。我國“兩彈一星”元勛王大珩院士也說過：“儀器是認識世界的工具；科學是用斗量禾的學問。用斗去量禾就對事物有了深入的了解、精確的了解，就形成科學”。
科學上的發(fā)現(xiàn)和技術(shù)上的發(fā)明是從對事物的觀察開始的。對事物的精細觀察就要借助于儀器，就要測試，特別是在自然科學和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域更是如此。在對事物的觀察、測試基礎(chǔ)上經(jīng)過分析推導，形成認識。到這一階段還只能是假說、學說。實踐是檢驗真理的唯一標準，只有在經(jīng)過測試和考核，才能真正形成科學，所以說在科學發(fā)展的哪一階段都離不開測試。國家中長期科學技術(shù)發(fā)展規(guī)劃指出，儀器儀表和測試是"新技術(shù)革命"的先導和基礎(chǔ)。
縱觀科學發(fā)展史和科技發(fā)明史，許多重大發(fā)現(xiàn)和發(fā)明都是從儀器儀表和測試技術(shù)的進步開始。從20世紀初到現(xiàn)在，諾貝爾獎頒發(fā)給儀器發(fā)明、發(fā)展與相關(guān)的實驗項目達27項之多。眾所周知，沒有哈勃望遠鏡就難以進行天體科學的研究，天體科學上的許多重大發(fā)現(xiàn)都是依靠哈勃望遠鏡的觀測而得到的。掃描隧道顯微鏡的發(fā)明對納米科技的興起和發(fā)展可以說起到?jīng)Q定性作用。
蘋果落在牛頓的腦袋上，啟發(fā)了牛頓的靈感。但真正導致萬有引力的發(fā)現(xiàn)還是星球的運動。按照牛頓第一定律，在沒有外力作用下，月亮應該做等速直線運動，為什么月亮不飛出去，而是繞地球轉(zhuǎn)動？這是困惑牛頓的一個問題。只有在有向心力作用的情況下，月亮才會繞地球轉(zhuǎn)動。蘋果落在牛頓的頭上，啟發(fā)牛頓意識到一定是地球?qū)υ铝劣幸粋€引力。牛頓根據(jù)他假設(shè)的萬有引力公式和向心力的公式進行了計算，由于當時測量技術(shù)的限制，牛頓沒有獲得正確的答案。牛頓是一個科學家，沒有得到實踐證明的東西，還不是科學，他沒有發(fā)表。只有在他故去之后，由于測試技術(shù)的進步，在測得了地球與月亮的較精確的距離和地球的質(zhì)量的情況下，萬有引力學說才得到了證實，是他的學生發(fā)表了牛頓論文，使牛頓萬有引力成為科學。測試在將“學說”發(fā)展為科學中往往起著關(guān)鍵作用。
1.3 測試在信息科技中的地位
當今時代是信息時代。信息科技包括信息的獲取、處理、傳輸、存儲、執(zhí)行。測試是科技、生產(chǎn)領(lǐng)域獲取信息的主要手段，在這個信息流中處于源頭位置，所以從一定意義上說，沒有測試，信息科技就成了無源之水、無本之木。處于源頭的信息是最微弱、最容易受到干擾的。信息的準確性首先取決于源頭信息，取決于測試。為了提高所獲取信息的準確性，現(xiàn)代的測試系統(tǒng)往往還包括信息的預處理、預存儲、傳輸和控制，把從信息的獲取到控制作為一個整體來對待。
談到信息科技，人們往往首先想到的是計算機。信息時代的主要標志是高性能的電子計算機的發(fā)展與廣泛應用。確實，高性能計算機的發(fā)展將信息處理和存儲技術(shù)發(fā)展到空前高度，使信息流在推動科技和生產(chǎn)的作用發(fā)生了革命性的變化。需要指出的是，計算機的發(fā)展也離不開制造技術(shù)和測試技術(shù)。
計算機的性能指標首先是它的運算速度和存儲容量，這些都取決于在一塊芯片上能集成多少個晶體管，后者又取決于大規(guī)模集成電路的線條能做得多細。目前，大規(guī)模集成電路的線寬已做到0.1μm左右，進一步的發(fā)展要求將線條做到納米級。知名的摩爾定理說芯片上開關(guān)器件的密度每18個月翻一番，其實這是在N Taniguchi于1974年提出的制造誤差按指數(shù)曲線下降的預測基礎(chǔ)上得出的。正是精密工程按N. Taniguchi預測的曲線發(fā)展，保證了計算機工業(yè)的發(fā)展，保證了摩爾定理的兌現(xiàn)。
一度困擾大規(guī)模集成電路發(fā)展的是芯片引腳數(shù)目的限制，正是機械工業(yè)提供的端面安裝技術(shù)、測試技術(shù)提供的端點球形與平面性的準確測量，使大規(guī)模集成電路實現(xiàn)了引腳數(shù)目的突破。
1999年，筆者在美國完成了一項光學三坐標測量機和光刻機誤差補償誤差的研究工作。該研究利用一塊標準網(wǎng)格板，通過網(wǎng)格板的翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動，可以確定光學三坐標測量機和光刻機誤差的各項誤差，并對它們進行誤差補償。通過誤差補償可使光刻機的誤差減小一半，從而使集成電路的密集度增至4倍。從這一成果也可以清楚地看到測試技術(shù)在促進計算機發(fā)展中的作用。
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