機(jī)械制造領(lǐng)域測量技術(shù)的發(fā)展研究

李層瑞+任楠

摘 要：基于國際、國內(nèi)機(jī)械制造領(lǐng)域測量技術(shù)近幾年的發(fā)展和現(xiàn)狀分析，就目前我國機(jī)械制造中測量技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，預(yù)測今后幾年機(jī)械制造領(lǐng)域測量技術(shù)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。對機(jī)械制造中測量技術(shù)領(lǐng)域國家應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展、支持的方向提出建議。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；測量技術(shù)；發(fā)展研究

0引言

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的推動下，人類對物質(zhì)世界進(jìn)行測量，監(jiān)控物質(zhì)世界使之達(dá)到最佳目標(biāo)，逐漸形成了認(rèn)識世界、改造世界的重要技術(shù)，成為現(xiàn)代科技的重要學(xué)科之一。測量技術(shù)在科學(xué)的發(fā)展史上起著非常重要的作用，是一切信息科學(xué)的基礎(chǔ)。在機(jī)械制造領(lǐng)域里，測量技術(shù)更是重中之重，測量技術(shù)不僅僅用于檢測，更是機(jī)械制造領(lǐng)域制造設(shè)備的一部分。機(jī)械制造想要達(dá)到一個(gè)更高的水平，必需將生產(chǎn)資料、生產(chǎn)設(shè)備、測量技術(shù)等結(jié)合到一起。

測量的主要目的是獲取和處理幾何量，包括位置、形狀、距離、長度、角度等各種要素。主要測量技術(shù)包括測量、儀器、傳感技術(shù)等等。但是不同的測量方法或不同的測量環(huán)境所測量出的值有可能不同，測量值的不同會給機(jī)械制造帶來很大的阻礙。

機(jī)械系統(tǒng)和制造過程中的測量學(xué)科，包括傳感、測量及儀器，主要研究幾何量的獲取與處理。測量的基礎(chǔ)是物理原理，傳感的本質(zhì)是建立在基本物理、化學(xué)效應(yīng)基礎(chǔ)上的信號變換，將被測量變換為易于處理、能被人識別的信號形式（如電量）。機(jī)械制造中測量的目標(biāo)參數(shù)也非常廣泛，僅以幾何量測量為例，測量對象就涉及長度、距離、角度、形狀和位置等多種要素。不同的測量方法所涉及的規(guī)律、效應(yīng)不同，而且在不同環(huán)境中同樣的被測量，可能采用截然不同的測量方法。

1機(jī)械制造領(lǐng)域測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)械制造中的測量通常包含兩個(gè)方面：制造系統(tǒng)的測量和被加工對象的測量。前者主要針對機(jī)床設(shè)備的幾何精度和性能（如運(yùn)動性能、動態(tài)特性、力學(xué)性能、溫度及電磁特性等）進(jìn)行測量；后者涉及到加工與裝配中的測量，以幾何量測量為主?？傮w上說，機(jī)械制造中幾何量的測量占90%以上。

1.1測量理論的研究與發(fā)展

制定測量方案、設(shè)計(jì)測量系統(tǒng)、建立測量模型、編制測量軟件等，均屬人們的主觀活動，要使之符合客觀規(guī)律，還必須研究測量理論、應(yīng)用測量理論。測量技術(shù)的主要理論是誤差理論。根據(jù)被測量的特點(diǎn)，可分為靜態(tài)測量精度理論和動態(tài)測量精度理論。

靜態(tài)測量精度理論已經(jīng)發(fā)展比較成熟，在機(jī)械測量中得到較全面應(yīng)用。其要點(diǎn)為以下五點(diǎn)：一系統(tǒng)誤差，遵循確定性規(guī)律。系統(tǒng)誤差是可以補(bǔ)償?shù)?，但誤差補(bǔ)償本身也有誤差。二隨機(jī)誤差，遵循隨機(jī)分布規(guī)律。按統(tǒng)計(jì)分析原理處理。三粗大誤差，純屬偶然性，既不遵循必然規(guī)律，也不遵循隨機(jī)規(guī)律。值得注意的是，粗大誤差剔除必須審慎，否則存在風(fēng)險(xiǎn)。四測量不確定度，測量過程不僅要給出測量值，而且要給出對此測量值的測量不確定度的評定。過去使用的測量準(zhǔn)確度，以真值為基準(zhǔn)對測量值分布的范圍進(jìn)行評定；現(xiàn)在采用測量不確定度，以測量值為基準(zhǔn)對真值分布的范圍進(jìn)行評定。以可知的測量值為基準(zhǔn)，比不可知的真值作為基準(zhǔn)更具有實(shí)際意義，更具有可操作性。五測量誤差的分解。測量誤差由若干組成環(huán)節(jié)合成。將測量誤差分解為若干組成環(huán)節(jié)，目的是有針對性地采取措施，減小測量誤差。尺寸鏈理論是分解測量誤差的有效工具。

1.2動態(tài)測量精度理論

動態(tài)測量在測試技術(shù)領(lǐng)域占有重要地位，但跟靜態(tài)精度理論相比，動態(tài)測量精度理論的研究由于起步較晚，難度較大，復(fù)雜程度更高，因此其理論體系尚不完善，許多問題還處于探索階段。其主要進(jìn)展如下所述。

（1）全系統(tǒng)動態(tài)測量精度理論。該理論從全面誤差源分析入手，綜合考慮動態(tài)測量系統(tǒng)內(nèi)部各組成結(jié)構(gòu)單元的誤差和系統(tǒng)內(nèi)外各干擾因素對測量結(jié)果精度的影響，盡可能將傳統(tǒng)的對動態(tài)測量系統(tǒng)的黑箱處理方案白化或灰化，建立各單元的誤差傳遞函數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)總的傳輸關(guān)系建立動態(tài)測量系統(tǒng)總的誤差模型，由此得到能反映實(shí)際情況的全系統(tǒng)動態(tài)測量精度。

（2）動態(tài)測量誤差分離與補(bǔ)償技術(shù)。由于動態(tài)測量系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加了誤差分離的難度，各種誤差分離方法都有一定的針對性，其應(yīng)用范圍和實(shí)現(xiàn)方法也存在著局限性。國內(nèi)外很多學(xué)者對誤差分離與補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了很多實(shí)用有效的方法，如多步法、反向法、多測頭法、互比法、混合法和標(biāo)準(zhǔn)量對比法等。目前國內(nèi)外的研究重點(diǎn)是復(fù)雜測量系統(tǒng)多因素誤差補(bǔ)償和動態(tài)實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償?shù)睦碚撆c應(yīng)用問題，并已取得了一定成果。

（3）動態(tài)測量誤差分解與溯源理論。動態(tài)測量誤差分解與溯源理論基于全系統(tǒng)動態(tài)精度理論，通過誤差分解并溯源到測量系統(tǒng)內(nèi)部各主要的結(jié)構(gòu)單元，找出導(dǎo)致測量誤差增大的單元，根本目的是從誤差產(chǎn)生的源頭來掌握誤差，以便采取有效的措施來提高動態(tài)測量系統(tǒng)的精度。

2我國機(jī)械制造中測量領(lǐng)域存在問題

雖然在近幾年內(nèi)，我國機(jī)械制造領(lǐng)域中測量技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的原理、新的測量技術(shù)和數(shù)字化測量，不管是在研究理論上還是測量精度上都有了很大的進(jìn)步和發(fā)展，這些成績不能否定，但是與國外一些測量技術(shù)發(fā)展水平較高的國家相比，我國的測量技術(shù)、測量理論、測量設(shè)備、測量精度上面都存在一些不足，具體分析如下：

2.1自主創(chuàng)新能力差，原創(chuàng)技術(shù)少

已有主流的各類測量技術(shù)及儀器設(shè)備中，很少有我們自己的原創(chuàng)技術(shù)。長期以來我國和工業(yè)發(fā)達(dá)國家在制造技術(shù)上的差距，相當(dāng)程度上影響了測量技術(shù)的研發(fā)能力，但不可否認(rèn)的是，對測量技術(shù)的作用和地位認(rèn)識上的不充分、研究力度和資金投入不足、研究工作不扎實(shí)，急功近利、只重?cái)?shù)量不重質(zhì)量、只重理論成果，不重工程應(yīng)用等因素，也直接促成了當(dāng)前研究缺乏活力的狀況。

2.2高端、高附加值測量儀器設(shè)備幾乎空白

當(dāng)前主流行業(yè)應(yīng)用中的高端儀器設(shè)備，國內(nèi)品牌被排斥在外。高端儀器設(shè)備的高額利潤建立在高技術(shù)含量的基礎(chǔ)上，因?yàn)槔麧櫢?，保證了后續(xù)研發(fā)有充足的資金投入，形成了良性循環(huán)。與此形成反差的是，國內(nèi)建立在原材料和人力成本優(yōu)勢基礎(chǔ)上的儀器設(shè)備，必然利潤微薄，繼而造成研發(fā)投入不足，嚴(yán)重制約著我國測量技術(shù)及儀器設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展。

2.3測量設(shè)備的性能、功能落后

現(xiàn)有國內(nèi)測量產(chǎn)品在測量精度和功能上與國外產(chǎn)品相比還具有相當(dāng)差距?，F(xiàn)在國內(nèi)的一些測量設(shè)備只能用于測量及簡單的計(jì)算，而很少有數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、排除外部干擾等作用，智能化程度還比較低，導(dǎo)致我國的測量設(shè)備很難進(jìn)行高端的測量工作。而國外的一些測量設(shè)備已經(jīng)能夠達(dá)到很高的智能化程度，能夠適應(yīng)各種環(huán)境，能夠在排除外部干擾的情況下得出真實(shí)的測量數(shù)據(jù)

2.4高端測量設(shè)備幾乎空白。

跟國外的測量設(shè)備相比，我國的測量設(shè)備還比較低端，幾乎沒有高端的測量設(shè)備，因?yàn)楦叨藴y量設(shè)備制作成本高，難度大，附加值高，加上國內(nèi)測量設(shè)備研制中的急功近利，導(dǎo)致我國的高端測量設(shè)備很少，幾乎空白。

3結(jié)語

綜上所述，我國機(jī)械制造中的測量技術(shù)近幾年取得了可喜的進(jìn)步，但與世界發(fā)達(dá)國家相比，還存在比較大的差距。就目前機(jī)械制造中測量技術(shù)發(fā)展的突出的問題，建議如下。

依托國家重大專項(xiàng)，高度重視機(jī)械制造一線的測量技術(shù)重大需求和出現(xiàn)的新的測量問題。重點(diǎn)關(guān)注包括新型傳感原理及傳感器研究、超大尺寸，微納米級精密測量，先進(jìn)制造的現(xiàn)場、非接觸、數(shù)字化測量、儀器智能化、基標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)測量理論研究，復(fù)雜型面的檢測等基本問題。

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