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制造、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展及其趨勢(shì)

　

     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(rèn)為，人類文明有三大物質(zhì)支柱：材料、能源與信息。其實(shí)，應(yīng)是四而非三，“制造”也應(yīng)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(jī)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(dòng)創(chuàng)造了人，勞動(dòng)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(nóng)具的制造就沒有農(nóng)業(yè)革命；沒有蒸汽機(jī)的制造就沒有第一次工業(yè)革命；沒有電機(jī)的制造就沒有第二次工業(yè)革命；沒有芯片和計(jì)算機(jī)制造就沒有信息化革命。人類科技的進(jìn)步就是一部制造業(yè)的進(jìn)步史。

　　有人說制造業(yè)是“夕陽產(chǎn)業(yè)”，其實(shí)不然。制造業(yè)應(yīng)該是“永遠(yuǎn)不落的太陽”，世界不可能沒有制造；它既占有基礎(chǔ)地位，又處于前沿和關(guān)鍵，既古老，又年輕；它是工業(yè)的主體，是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)；它是生產(chǎn)工具、生活資料、科技手段、國防裝備等進(jìn)步的依托，是現(xiàn)代化的動(dòng)力源之一。

　　制造是人類創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富的基本手段。從全世界整體來看，國民生產(chǎn)總值（GDP）的1/3是制造業(yè)創(chuàng)造的，工業(yè)生產(chǎn)總值4/5是制造業(yè)創(chuàng)造的，國家財(cái)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(shè)小康社會(huì)的第一支柱產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(gè)社會(huì)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(jìn)入小康社會(huì)，要建設(shè)強(qiáng)大國家，必須發(fā)展制造業(yè)。

制造是各行各業(yè)的基石。穿衣需要布匹，需要制造織布機(jī)；吃面需要面粉加工機(jī)，需要制造面粉機(jī)；住房需要建材，需要制造建材機(jī)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(chǎn)資料，即機(jī)器的本身，必須用機(jī)器生產(chǎn)機(jī)器。這樣，大工業(yè)才建立起與自己相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)，才得以自立。”人類要生存下去必須要搞好裝備，因?yàn)槿魏螙|西都需要工具去制造。

　　制造業(yè)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和載體。無論是信息技術(shù)、核技術(shù)還是微電子技術(shù)等等，都要靠制造產(chǎn)生。能夠把這些先進(jìn)技術(shù)制造出來本身就是先進(jìn)的體現(xiàn)。有了這些先進(jìn)技術(shù)，倘若沒有制造業(yè)把它們應(yīng)用起來，這些科技也是紙上談兵、無用武之地。以電子科技為例，現(xiàn)在電子技術(shù)的應(yīng)用越來越多，在軍艦上，電子產(chǎn)品的成本占整個(gè)軍艦成本的22%，占整個(gè)坦克成本的24%，在飛機(jī)上占35%，導(dǎo)彈上占44%，在衛(wèi)星等航天器上占65%以上。這些電子產(chǎn)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(biāo)志著國家在國際競(jìng)爭(zhēng)中所處的地位如何。溫州制造的打火機(jī)占了全世界打火機(jī)的80%以上，但是多少只打火機(jī)才能換回一臺(tái)精密設(shè)備？所謂工業(yè)轉(zhuǎn)移其實(shí)是把低端產(chǎn)品轉(zhuǎn)移過來，美國不是不會(huì)做打火機(jī)，而是不屑做。因此，如果沒有強(qiáng)大的制造業(yè)，中國在國際競(jìng)爭(zhēng)中只能處于產(chǎn)業(yè)鏈的低端。

　　二、振興裝備制造業(yè)

　　制造業(yè)對(duì)于人類文明的重要性是顯而易見的。制造業(yè)中機(jī)械制造業(yè)的地位最為重要，沒有機(jī)械制造業(yè)，就沒有獨(dú)立的工業(yè)，即使制造業(yè)再大再多再好，也受制于人。一個(gè)大國如果沒有強(qiáng)大的裝備制造業(yè)，特別是同高科技相應(yīng)的機(jī)床制造業(yè)，就不可能有獨(dú)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(qiáng)。

　　裝備制造業(yè)關(guān)乎到國家安全。著名的“東芝事件”就是一個(gè)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(shù)與自己的差距迅速縮短，感到非?？只?。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樘K聯(lián)把從日本東芝公司購買的4臺(tái)大型數(shù)控機(jī)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(cè)。蘇聯(lián)核潛艇技術(shù)的提升給美國國家安全帶來了威脅，而追其根源就是4臺(tái)數(shù)控機(jī)床。

　　對(duì)機(jī)械制造業(yè)，尤其是裝備制造業(yè)，應(yīng)引起我們的足夠重視。中國的工業(yè)現(xiàn)在是大的，但不是強(qiáng)的，這一點(diǎn)大部分人都同意。中國關(guān)鍵裝備大多依靠進(jìn)口，例如，光電子裝備100%進(jìn)口，數(shù)控系統(tǒng)70%進(jìn)口。中國要獨(dú)立自主首先要有獨(dú)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)，決不是“夕陽產(chǎn)業(yè)”，但制造技術(shù)中確有“夕陽技術(shù)”，這是同信息化大潮格格不入的技術(shù)，是同高科技發(fā)展不相應(yīng)的技術(shù)，是缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)，甚至還可能是危害可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)。十七大報(bào)告中提出“發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，大力推進(jìn)信息化與工業(yè)化融合，促進(jìn)工業(yè)由大變強(qiáng)，振興裝備制造業(yè)，淘汰落后生產(chǎn)力”。中國要達(dá)到小康，必須有一個(gè)現(xiàn)代化的產(chǎn)業(yè)體系。在現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系里需要促進(jìn)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(chǎng)、與時(shí)俱進(jìn)

　　現(xiàn)代的制造業(yè)市場(chǎng)大致有5大特征：

　　第一是買方市場(chǎng)。這是科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力發(fā)展的必然結(jié)果。

　　第二是多變性市場(chǎng)。由于科技發(fā)展快，技術(shù)更新快，產(chǎn)品換代快，從而產(chǎn)品非大量化、分散化、個(gè)性化的生產(chǎn)越來越強(qiáng)，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，不確定因素猛增，市場(chǎng)變化很快。

　　第三是國際化市場(chǎng)。市場(chǎng)打破國界，走向區(qū)域化，走向國際化。

第四是新興產(chǎn)品市場(chǎng)。不僅涉及對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品用高新技術(shù)加以改造與發(fā)展而成的產(chǎn)品，而且更涉及前所未有的新類型的“產(chǎn)品”，從而導(dǎo)致如技術(shù)、軟件、環(huán)保等產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。

　　第五是虛擬市場(chǎng)。信息化的進(jìn)一步是網(wǎng)絡(luò)化，網(wǎng)上的產(chǎn)品廣告、商品展示、商品交易、客戶關(guān)系、代理制等等均屬于虛擬市場(chǎng)。

　　與此市場(chǎng)相應(yīng)，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(chǎng)”必然導(dǎo)致的結(jié)果，“顧客就是上帝”。

　　第二是對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)的快速重組，從而要求生產(chǎn)模式必需有高度柔性，有足夠敏捷性，這是“客戶化”必然導(dǎo)致的結(jié)果。

　　第三是既競(jìng)爭(zhēng)、又合作地參與市場(chǎng)，走向“雙贏”、“多贏”，這是“納什方程”給出的結(jié)果，而不一定是或“魚死”，或“網(wǎng)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(jìng)爭(zhēng)，又合作。

　　第五是應(yīng)用虛擬技術(shù)，以加快企業(yè)有關(guān)活動(dòng)的節(jié)奏，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約成本。

　　第六，“以人為本”，加強(qiáng)企業(yè)人文文化建設(shè)，應(yīng)該說，這是現(xiàn)代企業(yè)成敗關(guān)鍵之所在。

　　與市場(chǎng)接軌的同時(shí)，制造技術(shù)還應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)。我們所謂的“先進(jìn)制造技術(shù)”，其實(shí)就是“制造技術(shù)”加“信息技術(shù)”加“管理科學(xué)”，再加上有關(guān)的科學(xué)技術(shù)交融而形成的。

　　四、談及先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，可以分成三類：

　　一是產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，二是制造過程的發(fā)展趨勢(shì)，三是制造方法的發(fā)展趨勢(shì)。這三類發(fā)展趨勢(shì)又可以用12個(gè)字概括之，即產(chǎn)品要“精”、“極”、“文”，過程要“綠”、“快”、“省”、“效”，方法要“數(shù)”、“自”、“集”、“網(wǎng)”、“智”。這些方面彼此滲透,相互支持,形成整體,并且扎根在“機(jī)械”與“制造”的基礎(chǔ)上,服務(wù)于制造業(yè)的發(fā)展。

　　制造產(chǎn)品的“精”、“極”、“文”

　　“精”，精密化是發(fā)展的關(guān)鍵。

　　“精”是“精密化”，它一方面是指對(duì)產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高，另一方面是指對(duì)產(chǎn)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(xì)微加工，納米加工等等。20世紀(jì)初，超精密加工的誤差是10微米，30年代達(dá)1微米，1950年代達(dá)0.1微米，1970年代至1980年代達(dá)0.01微米，至今達(dá)0.001微米，即1納米。從海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，到科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)，到阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)，到伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)，武器的命中率越來越高，就是武器越來越“精”，可以說，關(guān)鍵就是打“精度”戰(zhàn)爭(zhēng)。再由以下一組數(shù)據(jù)可以看到微電子產(chǎn)品對(duì)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(dá)0.005微米，而合成半導(dǎo)體為1納米。

　　在現(xiàn)代超精密機(jī)械中，對(duì)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(dá)到納米級(jí)；基因操作機(jī)械，其移動(dòng)距離為納米級(jí)，移動(dòng)精度為0.1納米。細(xì)微加工、納米加工技術(shù)可達(dá)納米以下的要求，如離子束加工可達(dá)納米級(jí)，借助于掃描隧道顯微鏡（STM）與原子力顯微鏡的加工，則可達(dá)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(gè)；二是超純，芯片材料有害雜質(zhì)，其含量小于1ppb，即十億分之一；三是超精，加工精度達(dá)納米級(jí)。顯然，沒有先進(jìn)制造技術(shù)，就沒有先進(jìn)電子技術(shù)裝備；而沒有先進(jìn)電子技術(shù)與信息技術(shù)，也就沒有先進(jìn)制造裝備。

　　“極”，極端化是發(fā)展的焦點(diǎn)。

　　“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(chǎn)品，從而也是指這類產(chǎn)品的制造技術(shù)有“極”的要求。在高溫、高壓、高濕、強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)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(chǎn)品都是科技前沿的產(chǎn)品，其中之一就是“微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）”。

　　可以說，“極”是前沿科技或前沿科技產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)。例如，在信息領(lǐng)域中，分子存儲(chǔ)器、原子存儲(chǔ)器、量子阱光電子器件、芯片加工設(shè)備；生命領(lǐng)域中，克隆技術(shù)、基因操作系統(tǒng)、蛋白質(zhì)追蹤系統(tǒng)，小生理器官處理技術(shù)、分子組件裝配技術(shù)；軍事武器中，精確制導(dǎo)技術(shù)，精確打擊技術(shù)，微型慣性平臺(tái)，微光學(xué)設(shè)備；航空航天領(lǐng)域中，微型飛機(jī)，微型衛(wèi)星，“納米”衛(wèi)星（0.1公斤以內(nèi)）；微型機(jī)器人領(lǐng)域中，腦科手術(shù)，清除腦血栓，管道內(nèi)操作，竊聽與收集情報(bào)，發(fā)現(xiàn)并殺死癌細(xì)胞；微型測(cè)試儀器，微傳感器，微顯微鏡，微溫度計(jì)，微儀器等等。MEMS可以完成特種動(dòng)作與實(shí)現(xiàn)特種功能，乃至可以溝通微觀世界與宏觀世界，其深遠(yuǎn)意義難于估量。2002年，美國伯克利大學(xué)不僅制造了直徑為300微米的鏡頭，配以微米級(jí)探針的微米級(jí)顯微鏡，可深入植物細(xì)胞內(nèi)觀察，而且正在開發(fā)直徑為500納米的鏡頭的納米級(jí)顯微鏡。2002年美國康納爾大學(xué)還宣布研制出原子級(jí)納米“晶體管”，由單個(gè)原子輸送電流的“晶體管”這還是首次，被中國科技專家評(píng)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(yīng)理解為“人文化”。社會(huì)進(jìn)步到今天，產(chǎn)品不僅是一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品，只解決“實(shí)用”的問題，滿足物質(zhì)層面上的需要；還應(yīng)該是一個(gè)藝術(shù)產(chǎn)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(diào)，能供欣賞，能悅?cè)诵?，?jīng)得起“看”，經(jīng)得起“想”。“工業(yè)設(shè)計(jì)”等學(xué)科即由此而生。當(dāng)然，“文”還可擴(kuò)大到制造過程、制造方法，即“文明化”生產(chǎn)。所以，“文”可以講是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的“新義”。工業(yè)設(shè)計(jì)就是一個(gè)為“文”服務(wù)的學(xué)科，因?yàn)橐粋€(gè)工業(yè)產(chǎn)品還應(yīng)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(dòng)的建筑，工業(yè)產(chǎn)品亦然，工業(yè)和藝術(shù)也是互通的。人類發(fā)展史到現(xiàn)在不僅僅是物質(zhì)文明發(fā)展史，更是精神文明發(fā)展史，現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品不僅要經(jīng)得起用，還要經(jīng)得起看。因此，“文”應(yīng)該是為工業(yè)產(chǎn)品增添的一個(gè)新含義.