制造發(fā)展的新趨勢

編者按2024年8月，時(shí)任國際生產(chǎn)工程院（CIRP）主席的教授在第73屆CIRP大會上以《制造變革性發(fā)展的新時(shí)代》為題作開幕致辭，致辭以傳承性的歷史縱深感與前瞻性的技術(shù)洞察力引發(fā)制造領(lǐng)域研究人員的廣泛共鳴。致辭不僅追溯了古代東西方文明對“物質(zhì)本質(zhì)\"的哲學(xué)共通性，更以量子計(jì)算、原子及近原子尺度制造（亦即原子級制造）、人工智能等前沿技術(shù)為錨點(diǎn)，勾勒出一幅由“制造范式躍遷”驅(qū)動的未來圖景。這篇演講的獨(dú)特價(jià)值在于，它既是對CIRP七十余年學(xué)術(shù)使命的傳承，更是對全球制造業(yè)邁進(jìn)“技術(shù)革命臨界點(diǎn)\"的宣言，其背后隱含的范式邏輯亟待去深入挖掘。本刊曾于2020年5月發(fā)表教授的《原子及近原子尺度制造——制造技術(shù)發(fā)展趨勢》一文，該文一經(jīng)刊發(fā)即受到廣泛關(guān)注，當(dāng)年11月，“極紫外光原子尺度可控去除的物理機(jī)制”入選中國機(jī)械工程學(xué)會“機(jī)械工程重大科學(xué)問題”，2021年底出版的《機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告（2021一2035）》將原子級制造列為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。房豐洲教授在CIRP大會的致辭是他對制造發(fā)展內(nèi)在規(guī)律長期思考的凝煉，其內(nèi)容兼具技術(shù)洞見與人文關(guān)懷，提示我們：當(dāng)代制造技術(shù)的變革不僅是工具的革新，更是認(rèn)知的革命。當(dāng)人類首次在原子尺度實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的精確操控時(shí)，制造業(yè)的終極目標(biāo)便已跨越“生產(chǎn)產(chǎn)品”層面，邁向追求重塑物質(zhì)存在的本體論意義。這種轉(zhuǎn)變要求研究者兼具科學(xué)家的嚴(yán)謹(jǐn)與哲學(xué)家的思辨，在量子世界的概率論與宏觀世界的確定性之間構(gòu)筑新的技術(shù)文明。致辭所展現(xiàn)的謙遜姿態(tài)恰是對這個(gè)探索時(shí)代的精準(zhǔn)注解——在已知與未知的邊界上，制造技術(shù)的每一次突破都是對人類認(rèn)知疆域的進(jìn)一步拓展。為饗讀者，本刊特刊出該英文致辭的中文譯稿，并特邀房豐洲老師撰寫解讀文章，既為閱讀導(dǎo)引，亦是他制造理念的進(jìn)一步闡釋。

中圖分類號：TH-3

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.026

0 引言

成立于1951年的國際生產(chǎn)工程院（CIRP）是生產(chǎn)工程領(lǐng)域最權(quán)威的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，總部設(shè)在法國巴黎，現(xiàn)有成員包括來自全球數(shù)十個(gè)國家的600余名領(lǐng)軍科學(xué)家（leadingprofessors）和工業(yè)領(lǐng)袖（industrialleaders）。2024年8月19日，第73屆國際生產(chǎn)工程院大會正式開幕，我在會上發(fā)表了題為《制造變革性發(fā)展的新時(shí)代》的開幕式致辭。致辭回顧了CIRP的發(fā)展歷史與傳承，匯報(bào)了過去一年CIRP的工作進(jìn)展，并展望了未來制造科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展方向。致辭一經(jīng)發(fā)表，便獲得熱烈反響和持續(xù)的積極反饋，我想這對促進(jìn)國際學(xué)術(shù)交流和構(gòu)建跨文化共識是有益處的。這場盛會在地中海文明的發(fā)源地希臘塞薩洛尼基召開，本身就承載著跨越古今、文明互鑒的象征意義。我在撰寫致辭時(shí)嘗試用一條連接歷史規(guī)律與技術(shù)前沿的線索，將古希臘原子哲學(xué)、中國道家宇宙觀與當(dāng)代制造技術(shù)并置，隱含了制造科學(xué)從經(jīng)驗(yàn)技藝（制造范式I，簡稱制造I）到機(jī)器控制（制造范式Ⅱ，簡稱制造Ⅱ），再到原子操控（制造范式Ⅲ，簡稱制造Ⅲ）的演化脈絡(luò)[1-3]。致辭中明確了原子級制造的量子效應(yīng)是制造Ⅲ的核心命題。我嘗試用這種從哲學(xué)思辨到技術(shù)革命的敘事方式，開辟一個(gè)理解制造科學(xué)的新維度：制造變革不僅是技術(shù)迭代，更是人類認(rèn)知邊界與文明形態(tài)的突破。事實(shí)上，通過研究制造范式躍遷與文明轉(zhuǎn)型升級的深層關(guān)聯(lián)，可清晰追溯制造業(yè)重塑人類文明發(fā)展進(jìn)程的底層邏輯。

應(yīng)《中國機(jī)械工程》之邀，我從不同維度對致辭進(jìn)行解讀，并加入一些進(jìn)一步思考。

1歷史哲學(xué)維度：東西方文明的制造思想共鳴與范式轉(zhuǎn)型

公元前5世紀(jì)，古希臘的德謨克利特提出“原子是萬物根基”，而中國的老子通過“道生一，一生二，二生三，三生萬物\"（《道德經(jīng)》第四十二章）揭示宇宙生成邏輯。李約瑟在《中國科學(xué)技術(shù)史》第二卷中指出，道家思想的“道\"作為未分化整體（undividedwhole）的概念，本質(zhì)上不同于西方原子論的機(jī)械分割觀，但是其層級衍生規(guī)律（“三生萬物\"的遞進(jìn)結(jié)構(gòu)）確實(shí)為技術(shù)演化提供了離散化認(rèn)知框架（discretization epistemology）[4]。葛榮晉[5]進(jìn)一步論證，老子提出的“三生萬物”中的“三\"并非固定數(shù)值，而是象征“從簡單到復(fù)雜的離散躍遷節(jié)點(diǎn)”。盡管古希臘原子論強(qiáng)調(diào)物質(zhì)基元的不可分割性，道家思想側(cè)重生成過程的階段性，但二者共同構(gòu)成了“物質(zhì)控制由宏觀連續(xù)向微觀離散演進(jìn)”的哲學(xué)基礎(chǔ)。這種跨越文明的哲學(xué)共識，本質(zhì)上指向人類對制造本質(zhì)的終極追問：如何通過最小單元的控制實(shí)現(xiàn)物質(zhì)形態(tài)的精確重構(gòu)。當(dāng)代原子級制造并非憑空出現(xiàn)，而是對古老哲學(xué)命題在技術(shù)維度的歷史性回應(yīng)。

這些哲學(xué)觀點(diǎn)為制造技術(shù)鋪就了演進(jìn)之路：從依賴經(jīng)驗(yàn)積累（制造I）到如今精準(zhǔn)操控原子（制造Ⅲ），本質(zhì)上是千年智慧在當(dāng)代的技術(shù)顯現(xiàn)。古希臘的原子論與青銅時(shí)代的“百煉鋼\"技藝雖分屬理論與實(shí)踐，卻共同揭示了“微觀控制決定宏觀性能”的底層邏輯。致辭中特別強(qiáng)調(diào)的蘇格拉底“無知之知”，則是范式轉(zhuǎn)型的認(rèn)知前提——唯有人類承認(rèn)對物質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)知局限時(shí)，方能突破經(jīng)典力學(xué)的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)（制造Ⅱ的根基），直面原子尺度下離散化制造的技術(shù)革命。這種歷史縱深與哲學(xué)思辨的雙重審視，不僅揭示原子級制造在文明進(jìn)程中的歷史必然性，更將技術(shù)變革升華為對人類認(rèn)知邊界的突破。

2技術(shù)變革維度：從“宏觀機(jī)器運(yùn)動控制”到“原子級物質(zhì)操控”的范式革命

致辭中提到的數(shù)字制造、增材制造、生物制造等不同制造模式的發(fā)展趨勢指向一個(gè)共同命題：制造業(yè)正從“機(jī)器可復(fù)現(xiàn)的精度極限\"轉(zhuǎn)向“原子尺度的精準(zhǔn)操控”。這種技術(shù)躍遷的背后是制造范式從“連續(xù)介質(zhì)假設(shè)\"到“離散量子態(tài)\"的認(rèn)知重構(gòu)。傳統(tǒng)制造（制造Ⅱ）基于材料連續(xù)性，其技術(shù)工藝精度受限于機(jī)床誤差與刀具磨損等宏觀因素；而原子級制造（制造Ⅲ）的新興技術(shù)群（如原子層沉積、單原子操縱等）則建立在量子隧穿效應(yīng)、電子自旋調(diào)控等原子尺度機(jī)制上。致辭提出的“原子尺度物質(zhì)操控”，實(shí)為對“德謨克利特之問”的技術(shù)回應(yīng)一—通過電場、磁場、化學(xué)勢等量子層面的調(diào)控，人類首次具備“撥動單個(gè)原子\"的能力。這種制造過程與設(shè)計(jì)目標(biāo)之間的零偏差映射的制造模式，不僅將芯片制程推向埃米級（ 1AA=0.1 ），更可能催生拓?fù)淞孔悠骷、DNA納米機(jī)器人[7等顛覆性產(chǎn)物，重新定義“制造\"的邊界。

作為制造Ⅲ的核心驅(qū)動力，“人工智能”與“量子計(jì)算\"共同支撐原子級制造的“認(rèn)知一執(zhí)行”閉環(huán)，將理論層面的量子級操控轉(zhuǎn)化為工程實(shí)踐。

人工智能具備“優(yōu)化決策”的能力，為原子級制造提供了動態(tài)調(diào)控的“神經(jīng)中樞”。例如，在原子層沉積工藝中，傳統(tǒng)方法需依賴人工反復(fù)調(diào)整參數(shù)（如溫度、氣體流速）以控制沉積質(zhì)量，而人工智能可通過監(jiān)測處理原子級沉積過程的海量多維度微觀數(shù)據(jù)（如表面吸附率、能量分布），預(yù)測工藝效果并修正工藝偏差，縮短原本耗時(shí)的試錯(cuò)過程，顯著提升制造效率與精度。同時(shí)，生成式學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等人工智能方法則有望提升原子級操控在復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性和魯棒性。與此同時(shí)，量子計(jì)算在特定算法或場景下展現(xiàn)出的“無與倫比的算力”，則直接對應(yīng)“量子理論替代經(jīng)典力學(xué)\"的制造Ⅲ核心特征：當(dāng)加工尺度逼近原子直徑（約 1～3AA ，即0.1～0.3nm 時(shí)，唯有量子模擬能精確預(yù)判原子鍵合/斷裂能、晶格畸變量等參數(shù)，使制造從“宏觀統(tǒng)計(jì)式控制\"升級為“單原子確定性操作”。

3產(chǎn)業(yè)倫理維度：原子級制造的技術(shù)紅利與責(zé)任

原子級制造的技術(shù)突破正在重塑全球產(chǎn)業(yè)鏈的價(jià)值分配邏輯。致辭提到的“制造倫理”與“可持續(xù)制造”，實(shí)為對制造Ⅲ時(shí)代“技術(shù)雙刃劍\"的預(yù)警。以芯片產(chǎn)業(yè)為例，當(dāng)制程進(jìn)入埃米級（ 1～3 個(gè)原子層）時(shí)，制造過程可能涉及稀土元素原子級提純、量子點(diǎn)陣列合成等跨境協(xié)作[8]。與此同時(shí)，原子級制造的“超低能耗\"特性（如等離子體能量精準(zhǔn)投放）與“零廢料生產(chǎn)\"潛力，為碳中和目標(biāo)提供了新路徑，但其大規(guī)模應(yīng)用仍需解決量子計(jì)算的高能耗悖論：超導(dǎo)量子比特需接近絕對零度的巨量制冷能耗[9]

這一維度要求制造業(yè)從“效率優(yōu)先\"轉(zhuǎn)向“倫理嵌入”。致辭提出CIRP的“橋梁角色”，并針對全球技術(shù)治理發(fā)出呼呼：需協(xié)同推進(jìn)原子級制造的標(biāo)準(zhǔn)化、原子數(shù)據(jù)歸屬、量子安全協(xié)議等議題[10]，其擴(kuò)散管控需依賴“原子技術(shù)倫理公約”。這種責(zé)任的本質(zhì)，是將古希臘“知識即美德”的哲學(xué)傳統(tǒng)注人技術(shù)開發(fā)——唯有結(jié)合蘇格拉底式“自知無知”的謙卑，方能避免技術(shù)奇點(diǎn)引發(fā)的文明失控。

4范式轉(zhuǎn)換維度：制造Ⅲ的意義與全球發(fā)展新格局

“制造Ⅲ”的核心內(nèi)涵是以原子及近原子尺度制造（ACSM）為標(biāo)志的技術(shù)革命。致辭中對“量子計(jì)算賦能原子操控”、“最小功能結(jié)構(gòu)探索”的強(qiáng)調(diào)，正是制造Ⅲ中“量子理論替代經(jīng)典力學(xué)”

的實(shí)踐映射。這種范式轉(zhuǎn)換的意義在于：它打破了摩爾定律終結(jié)后半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的困局，將制造創(chuàng)新的主戰(zhàn)場從“工藝微縮\"轉(zhuǎn)向“原子重組”，使材料、信息、生物等領(lǐng)域的底層技術(shù)得以在原子尺度融合。這種變革印證了庫恩（ThomasKuhn）在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中提出的范式轉(zhuǎn)換理論[11]：當(dāng)“反?，F(xiàn)象\"（如摩爾定律失效）在舊范式（制造Ⅱ）框架下無法解釋時(shí)，必然催生新范式（制造Ⅲ）的建立。例如，使用原子級制造得到的新型三元邏輯系統(tǒng)運(yùn)行人工智能任務(wù)[12]，能夠超越當(dāng)前二進(jìn)制技術(shù)，在運(yùn)行速度、功耗、可擴(kuò)展性方面具有量級式提升。

當(dāng)前，美歐正在通過“原子到產(chǎn)品（A2P）計(jì)劃”、“原子精度制造（APM）計(jì)劃\"等開展布局。我國若能在原子級制造工藝、拓?fù)淞孔悠骷确较驅(qū)崿F(xiàn)自主突破，便可繞過傳統(tǒng)技術(shù)，在6G通信等未來產(chǎn)業(yè)建立“原子級技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。這種變革性的發(fā)展是制造內(nèi)在規(guī)律使然，是產(chǎn)品性能與功能躍升的有效途徑[13]

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（編輯盧湘帆）

作者簡介：房豐洲，男，1963年生，國際納米制造學(xué)會首任主席、國際生產(chǎn)工程院主席（2023—2024）、NanomanufacturingandMetrology期刊主編。主要研究方向?yàn)槌芗庸づc測量、光學(xué)設(shè)計(jì)制造與檢測、原子及近原子尺度制造。先后被選為國際納米制造學(xué)會、國際工程與技術(shù)科學(xué)院、國際生產(chǎn)工程院、美國制造工程師學(xué)會、愛爾蘭皇家科學(xué)院及歐洲科學(xué)院的會士或院士。2024年獲希臘亞里士多德大學(xué)榮譽(yù)博士學(xué)位，同年獲國際納米制造學(xué)會終身成就獎(jiǎng)。

本文引用格式：

房豐洲.制造發(fā)展的新趨勢——解讀《制造變革性發(fā)展的新時(shí)代》[J].中國機(jī)械工程，2025，36（4）：882-887.FANG Fengzhou. New Era of Manufacturing Development[J].China Mechanical Engineering，2025，36（4）：636-654.