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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，“制造”也應是一大支柱?？梢哉f，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4/5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，感到非常恐慌。經過調查發(fā)現(xiàn)是因為蘇聯(lián)把從日本東芝公司購買的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.