测试技术的社会作用及发展方向

2013-08-05 13:33:24来源: 21ic
1.测试技术在社会发展中的作用

1.1 测试是现代生产的推动器

生产力是社会发展的决定因素,一个国家的国力首先取决于它的生产能力,特别是它的制造能力,而测试技术是决定制造水平的因素之一。
自古至今,衡量生产水平的两大指标一直是质量和效率。测试对于保证质量的重要性是不言而喻的,没有测试就无法评定产品质量的优劣,更无从保证产品的质量。何况现代生产都是通过测试,实现反馈,控制产品的质量。

生产效率同样也离不开测试。一台高速切削机床必须要有良好的轴系,包括回转精度、动平衡等,而这一切都需要测试。生产效率是以每一个人在单位时间内的产值来衡量的,为了提高生产效率必须实现自动化。制造业的自动化起源于上世纪初,主要是利用凸轮、挡块等在纺织、钟表等大规模生产中实现刚性自动化。科学技术的进步要求产品不断更新、工艺技术不断进步。这种刚性自动化在多数情况下已经成为生产发展的障碍,现代的自动化是柔性自动化,越是柔性的系统越需要测量。没有测量就无法获得反馈信息,正确、准确地控制工艺过程和执行部件的运动。

生产过程包括物质流、能源流与信息流,其中信息流是最活跃的,物质流与能源流在信息流的指挥下运动。信息技术与制造技术的融合是机械制造技术发展的主要方向,这些年制造业的最大进步是实现制造业的信息化,而作为提供源头信息的测试技术在这里起关键作用。越是现代化的企业,测控设备在总投资中的比例越大。例如,宝山钢铁公司建设中仪器仪表测试装备占总投资1/3。仪器仪表、测试装备对整个国民经济的推动作用很大。国家中长期科学技术发展规划指出,仪器仪表是国民经济的倍增器。美国上世纪90年代仪器仪表只占工业总产值4%,但它对国民经济的影响面占66%。

作为自动化的进一步发展就是智能化。智能化生产要求生产过程能自动适应环境、原材料、工具和装备条件的变化,使生产系统工作在最佳状态,获得最优的产品与效益。智能化生产要求在整个生产过程中,对环境、原材料、工具和装备的状态进行检测,并在此基础上做出决策,使生产过程按最佳方式进行。

在2002年的国际生产工程学会(CIRP)第52届年会上,德国H K Toenshoff教授做了题为“磨削中的过程控制”的主题报告。磨削过程是一个相当复杂的加工过程。加工精度要求高、机床转速高、砂轮磨损快、影响因素多,因而磨削中的过程监控也显得特别迫切。磨削中的过程监控包括三个方面:(1)及时发现磨削过程中的任何不正常现象,防止废品与事故;(2)根据测量得到的数据,实现过程的优化与最佳控制;(3)根据测得的磨削过程输入与输出参数建立磨削过程的模型。为了精确获得工艺状态数据,要求测量位置尽可能靠近磨削刃,通过在砂轮内部安装微型传感器,实现了温度、切削力、振动等多参数测量,然后通过数据处理、判断和控制于一体的智能系统,来实现以最小的代价获得最优的产品质量。所以精确测试是智能控制的关键。

1.2 没有测试,就没有科学

国力竞争的关键是科技水平,我国与发达国家的差距也主要是科技上的差距。我国已将科技兴国作为我国的基本方针,而测试技术是科学发展必不可少的手段。伟大的化学家、计量学家门德列耶夫说过:“科学是从测量开始的,没有测量就没有科学,至少是没有精确的科学、真正的科学”。我国“两弹一星”元勋王大珩院士也说过:“仪器是认识世界的工具;科学是用斗量禾的学问。用斗去量禾就对事物有了深入的了解、精确的了解,就形成科学”。

科学上的发现和技术上的发明是从对事物的观察开始的。对事物的精细观察就要借助于仪器,就要测试,特别是在自然科学和工业生产领域更是如此。在对事物的观察、测试基础上经过分析推导,形成认识。到这一阶段还只能是假说、学说。实践是检验真理的唯一标准,只有在经过测试和考核,才能真正形成科学,所以说在科学发展的哪一阶段都离不开测试。国家中长期科学技术发展规划指出,仪器仪表和测试是"新技术革命"的先导和基础。

纵观科学发展史和科技发明史,许多重大发现和发明都是从仪器仪表和测试技术的进步开始。从20世纪初到现在,诺贝尔奖颁发给仪器发明、发展与相关的实验项目达27项之多。众所周知,没有哈勃望远镜就难以进行天体科学的研究,天体科学上的许多重大发现都是依靠哈勃望远镜的观测而得到的。扫描隧道显微镜的发明对纳米科技的兴起和发展可以说起到决定性作用。

苹果落在牛顿的脑袋上,启发了牛顿的灵感。但真正导致万有引力的发现还是星球的运动。按照牛顿第一定律,在没有外力作用下,月亮应该做等速直线运动,为什么月亮不飞出去,而是绕地球转动?这是困惑牛顿的一个问题。只有在有向心力作用的情况下,月亮才会绕地球转动。苹果落在牛顿的头上,启发牛顿意识到一定是地球对月亮有一个引力。牛顿根据他假设的万有引力公式和向心力的公式进行了计算,由于当时测量技术的限制,牛顿没有获得正确的答案。牛顿是一个科学家,没有得到实践证明的东西,还不是科学,他没有发表。只有在他故去之后,由于测试技术的进步,在测得了地球与月亮的较精确的距离和地球的质量的情况下,万有引力学说才得到了证实,是他的学生发表了牛顿论文,使牛顿万有引力成为科学。测试在将“学说”发展为科学中往往起着关键作用。

1.3 测试在信息科技中的地位

当今时代是信息时代。信息科技包括信息的获取、处理、传输、存储、执行。测试是科技、生产领域获取信息的主要手段,在这个信息流中处于源头位置,所以从一定意义上说,没有测试,信息科技就成了无源之水、无本之木。处于源头的信息是最微弱、最容易受到干扰的。信息的准确性首先取决于源头信息,取决于测试。为了提高所获取信息的准确性,现代的测试系统往往还包括信息的预处理、预存储、传输和控制,把从信息的获取到控制作为一个整体来对待。

谈到信息科技,人们往往首先想到的是计算机。信息时代的主要标志是高性能的电子计算机的发展与广泛应用。确实,高性能计算机的发展将信息处理和存储技术发展到空前高度,使信息流在推动科技和生产的作用发生了革命性的变化。需要指出的是,计算机的发展也离不开制造技术和测试技术。

计算机的性能指标首先是它的运算速度和存储容量,这些都取决于在一块芯片上能集成多少个晶体管,后者又取决于大规模集成电路的线条能做得多细。目前,大规模集成电路的线宽已做到0.1μm左右,进一步的发展要求将线条做到纳米级。知名的摩尔定理说芯片上开关器件的密度每18个月翻一番,其实这是在N Taniguchi于1974年提出的制造误差按指数曲线下降的预测基础上得出的。正是精密工程按N. Taniguchi预测的曲线发展,保证了计算机工业的发展,保证了摩尔定理的兑现。

一度困扰大规模集成电路发展的是芯片引脚数目的限制,正是机械工业提供的端面安装技术、测试技术提供的端点球形与平面性的准确测量,使大规模集成电路实现了引脚数目的突破。

1999年,笔者在美国完成了一项光学三坐标测量机和光刻机误差补偿误差的研究工作。该研究利用一块标准网格板,通过网格板的翻转和转动,可以确定光学三坐标测量机和光刻机误差的各项误差,并对它们进行误差补偿。通过误差补偿可使光刻机的误差减小一半,从而使集成电路的密集度增至4倍。从这一成果也可以清楚地看到测试技术在促进计算机发展中的作用。
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关键字:测试技术  社会作用  发展方向

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0805/article_7659.html
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