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马爱文:工业4.0给计量测试带来6点思考

2015/4/16    来源:互联网        
关键字:工业4.0  计量测试  
工业革命又称产业革命。每一次工业革命都对产业的发展、社会的进步、人类的文明起着重要的促进作用,并且每一次工业革命的时期都在缩短,速度在加快,能量也在不断加大。

  工业革命又称产业革命。每一次工业革命都对产业的发展、社会的进步、人类的文明起着重要的促进作用,并且每一次工业革命的时期都在缩短,速度在加快,能量也在不断加大。2013年4月,德国在汉诺威工业博览会上正式推出工业4.0的概念,即第四次工业革命(德国称第一次工业革命为工业1.0,第二次工业革命为工业2.0,第三次工业革命为工业3.0)。李克强总理访问德国时,也强调要加强中德“工业4.0”合作。那么,什么是工业4.0,或者说第四次工业革命到底是什么样子?对计量测试发展带来什么样的机遇和挑战?

  一、前三次工业革命的简单回顾及计量测试在工业革命中的地位和作用

  第一次工业革命诞生于18世纪晚期,以珍妮纺纱机和蒸汽机的发明为标志,机械代替人工,大大推动了人类社会机械化进程。第二次工业革命以电力的广泛应用和内燃机的发明为标志,工业生产更为集中,出现了大企业的批量生产、流水线生产,生产力大大提高。第三次工业革命以原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用为主要标志,科学技术在原子能、电子计算机、微电子技术、航天技术、分子生物学和遗传工程等领域取得重大突破,开辟了信息时代,全面促进了人类文明进程。

  从以上三次工业革命不难看出,科学技术是推动工业革命的重要动力。计量测试技术做为基础科学,在前三次工业革命中发挥了重要的作用。

  (一)计量的统一和力学的发展为第一次工业革命打下了基础

  16世纪末,文艺复兴运动的扩展促进了人的思想解放,也对科学研究产生了重要影响。伽利略基于观察、实验以及实验与数学相结合的科学研究,发现了自由落体定律。牛顿在伽利略研究的基础上发现了万有引力定律和物体运动三定律,这三者共同形成了经典力学体系。经典力学的建立,也促进了光学、电磁学等学科与力学的统一。而蒸汽机、科尔尼锅炉的发明以及将蒸汽机应用于火车,都是基于对力学、温度的研究和测试基础之上的。而当时英国度量衡的高度统一,也为工厂之间的分工协作打下了良好的基础。

  (二)电的发明和应用成为第二次工业革命的主要驱动力

  从1732年美国富兰克林主张电为一流体学说,到19世纪初电磁感应现象的发现、电报的发明等,人类经历了漫长的对电的研究和应用过程。也正是对电的测量与研究以及对电特性的广泛应用,大大推动了工业企业的自动化进程,提高了工业企业的生产效率。所以人们习惯称第二工业革命为电气时代。为纪念科学家对电及其特性的发现以及对电测量所做出的卓越贡献,国际上以相关科学家的名字来定义电学的有关计量单位。如:以法国科学家库仑的名字做为电量的计量单位;以意大利科学家伏特的名字做为电压的计量单位;以法国科学家安培的名字做为电流的计量单位;以英国科学家焦耳的名字做为电能的计量单位。

  (三)计量领域的扩展以及计量精度的不断提高为第三次工业革命提供了强有力的技术支撑

  第三次科技革命是涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。这是一场全方位、多领域的技术革命。在这次革命中,电的应用和测量仍是主角,但长度、力学、温度、电磁、光学等都在各个领域发挥了重要作用,并且量值的测量向着极大、极小,极高、极低等两极发展。如在长度计量测试领域,随着对计量测试技术的改造和研究,纳米测量应运而生并快速发展。线纹计量从一维测试向二维测试转变,促进了集成电路中高精度电路板的校准和溯源仪器的精度不断提高。真空激光干涉技术的应用将测长精度提高到20nm/m。膜厚计量快速发展,并广泛应用于半导体、微电子、通讯、电镀、核物理研究等行业。时间频率计量,精度已达1600万年不差一秒,并被广泛应用于航空航天、北斗导航、计算机时钟等各个行业。电磁测试向弱磁方向发展,为航空航天等发挥了重要推动作用。

责任编辑:陈浩
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