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新中国工业化进程中的计量发展

2022-10-10 16:15:05

来源:电子与电气计量测试

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自第一次工业革命以来,工业化发展一直是世界经济的主题。中国的工业化道路非常曲折。鸦片战争,让闭关锁国的清政府看到了工业的重要性,虽经洋务运动、民族资产阶级发展,也引进一些工业生产设备,但大都是西方国家落后或淘汰设备,中国工业没有太大的进展,经济状况比同期的印度还落后。

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民国时期,连年战争,使中国工业发展缓慢。中国真正走上工业化道路应该说是从新中国成立后才真正开始的。民族救亡运动、抗日战争、解放战争以及朝鲜战争,让中国共产党充分认识到工业的重要性。

毛泽东指出:“没有工业,便没有巩固的国防,便没有人民的福利,便没有国家的富强。”经过70多年的工业化道路,中国国民生产总值已跃居世界第二,在多个工业领域生产能力已达到世界第一。

以史为鉴,可以知未来。当前世界工业化格局在发生深刻变化,德国工业4.0、美国战略伙伴计划、日本智能制造战略、英国制造业回归等,都给中国的工业化道路带来新的发展机遇和挑战,而中国的工业化道路还在继续推进。

在这样的历史时期总结工业化进程中的计量经验,可以充分认识工业计量的重要地位和作用,进一步明确工业计量发展方向,更好地为实现第二个百年奋斗目标而不懈努力。


1 中国工业计量发展

阶段性特征回顾

计量是工业企业的眼睛。在中国工业化发展过程中,计量发挥了积极作用,计量的重要地位也越来越突显。从计量在企业产品制造过程中作用点不同,可以大致把工业计量分为四个阶段:产品检验阶段、产品自动化制造阶段、产品节能与效益阶段以及产品全面生产管理阶段。

1.1 产品检验阶段

这一阶段主要是指新中国成立后到改革开放前。新中国刚成立时,中国工业落后,一穷二白。党中央提出要以钢铁为重点,大力发展重工业和国防工业,实现 “赶英超美”。

经过近三十年的发展,兴建了一大批新的工业基地;发射 “两弹一星”,建立了相适应的国防工业体系;煤炭、石油、天然气等资源勘探及相关炼化工业取得巨大成绩;铁路运输、公路交通、航空和邮电等各重点行业也都有较大发展。

同1952年相比,1980年全国工业固定资产按原价计算增长26倍多。在这个历史时期,由于前期苏联的指导以及后期中国工业建设的不断探索,逐渐认识到:计量是保障产品质量的重要手段,计量的统一是工业协作的重要基础。

因此,中国颁布了统一计量单位的令,建立了国家计量研究机构、省级计量检定机构和企业计量站 (室) 等各级工业计量保障体系。在企业配备了大量的计量检测仪器用于原材料检验、产品质量检验等,有力促进了全国工业量值的统一以及企业产品出厂质量的保障。

1.2 计量参与产品自动化制造过程阶段

到改革开放前,经过工业化发展,中国工业产能有了大幅度提升,产品质量经检验后有了一定提高,但产品合格率不高,生产效率低。经多方调研分析,逐渐认识到: 产品质量不是检验出来的,而是制造出来的。

国外发达国家制造业,在加工装备上看,中国和他们差距不大,但产品质量和生产效率却相差很大,原因是由于他们在老设备上装了现代化的计量检测仪器仪表和自动监控设备,能够精确地测量出生产过程中各种参数,经计算机处理,并反馈到生产过程中进行最佳控制。

因此,改革开放后,一些大型国有企业进行了大量的技术引进和生产过程改造,在制造过程中增加了一些相对先进的计量检测手段用于过程控制,不仅实现自动化生产,也通过对制造过程中的参数控制,大幅度提高了产品质量和生产效率。计量从产品检验延伸到自动化过程控制,为提升产品合格率,提高生产效率发挥了积极作用。

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1.3 计量工作扩展到节能降耗阶段

随着市场经济不断深入,产品质量的不断提升,企业的成本和效益成为关注的焦点。企业效益的基础是节约原材料成本、节约使用能源资源,减少安全事故。

此前,由于企业管理落后,原材料检验手段不足,能源资源使用过程中没有计量检测手段,跑、冒、滴、漏现象严 重,消耗多,能源浪费大,而安全事故不仅要停工停产,相关的赔偿也数额巨大。

国务院多次发文要求:企业计量工作要紧紧围绕提高企业经济效益,为完善企业经济责任制、搞好质量管理、能源管理和安全管理提供可靠的计量保证。

1983年颁发 《企业能源计量器具配备和管理通则 (试行) 》,明确规定了进出用能单位的能源计量计量器具配备率100%,主要次级用能单位和重点用能设备的计量器具配备率100%的强制要求。

之后,针对石油石化、化工、有色金属冶炼、钢铁、火力发电等重点行业,专门制定了更高标准的能源计量器具配备管理要求。

《节约能源法》中也明确规定:用能单位应当加强能源计量管理,按照规定配备和使用经依法检定合格的能源计量器具。为促进企业加强各环节计量器具配备、管理和使用,1984年在全国范围内开展企业计量定级、升级工作。

国务院把计量定级、升级作为企业上等级、上水平的重要内容,国家经委把这项工作做为推动企业管理现代化的重要措施,有三十多个部委 (局) 和原国家计量局联合发出了四十余个企业计量管理办法和实施细则,计量定级、升级还发展到建筑、交通、港口、地质、铁道、民航等部门。

通过企业定级、升级,增强了企业计量意识,促进企业建立了相对完善内部量传溯源体系,促进了企业计量设备的配备和管理,为企业提质增效发挥了积极作用。

1.4 计量工作扩展到企业全面生产管理阶段

1987年,国际标准化组织 (ISO) 制定了ISO 9000族质量管理体系标准,在标准中指出:“对产品开发、制造、安装和服务中的全部测量系统进行必要控制,以保证根据测量数据所作出的决策或活动的正确性”;“对计量器具、仪器、探测设备、专门的试验没备以及有关计算机软件都应进行控制”等。

为配合ISO 9000族质量标准的实施,做好测量设备控制,1992年ISO推出ISO 10012—1《测量设备的计量确认体系》,1997年推出ISO 10012—2《测量过程控制指南》,2003年将这两个标准合并,推出ISO 10012《测量管理体系—测量过程和测量设备的要求》。

同年,中国等同转化为国家标准 GB/T 19022,自2005年开始,通过认证的方式在中国工业企业推行该标准。

该标准一个重要的特点就是把测量过程与测量设备一同进行合格性确认。其中明确规定:测量过程不仅包括质量检验、过程控制,还包括能源资源使用、污染物排放、安全生产、精细化管理等各个环节,让计量管理真正全面融入到企业精细化管理之中,成为企业全面生产管理的重要技术基础。截止2021年底,全国共有1万多家企业通过了测量管理体系认证。


2 工业化发展新特点

及工业计量新机遇

当今世界仍处于工业化不断深化时期。习近平总书记在 2021 年初提出: 中国经济进入新发展阶段,要贯彻新发展理念,构建新发展格局,也是基于新时代工业化进程出现的新特点提出的,这些新特点也给计量测试带来新的机遇和挑战。

2.1 科技的引领作用更加突显

科学技术是第一生产力,从第一次工业革命到现在的工业4.0,每一次工业革命都离不开科技的进步与发展。从产品设计、研发,到生产车间设备安装、调试,再到智能制造,甚至在产品使用、报废整个过程中,科学技术都将成为新工业革命的动力源。

高质量发展必须以高科技为引领。工业互联网、智能制造、新材料、新工艺,都是新技术的进步、融合和应用。任何与工业革命相关的领域都要朝着“科技化”方向发展。

门捷列夫讲:没有测量就没有科学。数字化、互联网、智能化都是基于计量测试高精度发展为前提的,这就要求计量必须走在前面,给工业化提供新引擎。

2.2 定制化将成为制造新业态

随着社会的进步与发展,个性化需求将变得越来越丰富。未来的产品功能设计将不再由所有的市场需求或者说是全社会多数人的共同需求来决定,而是由社会上单个人或少数个体的个性需要来决定。

著名经济学家、美国得克萨斯大学管理学院教授J·K·加尔布雷斯指出:工业的进步不仅是经济问题,它还可以通过产品为满足人类各种需求而偏离标准设计的程度来衡量。产品的个性化是由人的个性需求决定的。

高质量最基本特征就是满足少数人的个性化需求的高质量,这就要求企业开展定制化生产。定制化就需要企业制造过程柔性化性能。个性化定制要求计量测试更加精细、精准、及时、快速,这些都对计量测试技术带来新的挑战。

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2.3 民主化制造特点越来越突出

互联网技术的快速发展,使得一个单位包打天下的局面将很快被打破,设计、研发、制造、销售、服务这些环节将被分散在不同国家、不同地区、不同单位甚至是某些个体来进行。制造过程中的分工将越来越细,企业间协作将越来越紧,制造价值链将被不同单位拆分。

纯设计、无工厂的制造单位将越来越多。互联制造将改变传统的生产模式,自由组合、工业民主化将成为新工业革命的最大亮点。而民主化进程要求必须有统一的计量标准、统一的计量测试方法和评价标准,这就要求必须大力发展产业计量测试技术,以满足整个产业的民主制造需求。

2.4 智能化是工业化未来主流

无论定制化还是柔性化,无论机器人还是智能设备、智能产品,智能将是未来工业的主流和主攻方向。智能制造过程中,要实现智能原材料与智能设备的有效沟通,制造出高质量的智能产品,必须需要先进智能的计量技术提供支撑。

精准的在线计量测试技术、自动化测控方式,使产品质量与生产工艺高度融合,不仅可以动态完成过程质量控制,避免原材料浪费,还可以极大限度地降低制造成本,使产品质量的一致性得到保证。

在智能产品使用过程中,可以通过智能产品采集使用过程中的大量有关数据,不仅可以分析智能产品的性能状况,保障智能产品始终处于良好状态,还可以通过智能产品了解用户的使用习惯,以便开发出更适合用户使用的新产品。

实现这些智能,高精度的传感、高可靠的测试是基础,嵌入式、自校准、自学习、自统计、自分析对计量测试技术带来新的机遇和挑战。

2.5 零排放将成为制造业发展的刚性约束指标

前几次工业革命都是以资源的肆意挥霍和环境的严重破坏为代价的。新工业革命时期,要求所有制造业在制造符合要求产品的同时,必须最大限度地减少环境污染,减轻生态失调。这就需要用新的生产工艺制造出更加节能环保的产品,以期达到 “零污染”、“零排放”。

这些将不再是法律或制度的约束,而是新工业革命时期的企业自觉和共识。在这个 “零排放”、“碳中和”过程中,计量测试必须走在前面,为评价标准的确立、评价方法的实施以及准确的评测提供技术支撑。



3 新形势下充分发挥

工业计量的重要作用

从阶段性特点分析可以看出,计量工作是围绕产品,依据不同时期的关注点依次展开,呈递进关系 (当然也包括计量技术的迭代关系) 。

从最初的计量仅用于产品检验 (这是工业化初级阶段的重点) ,到计量参与产品质量过程控制,再到参与产品的成本与效益核算,当前,已经有部分先进的企业、部分行业开始迈入全寿命周期、全产业管理阶段。那么全面做好计量工作要适应新时代工业化发展的新阶段、新特点、新要求。

(1) 加强计量基础研究,为工业化发展新阶段提供新动力。科技要发展,计量须先行。2019年,国际单位制进行变革,这给计量测试技术带来新的理论体系和新的发展空间。

要以这次变革为主攻方向,加强计量基础性、前沿性技术研究,全面带动工业计量测试能力提升;加强量子芯片、量子测量、嵌入式技术、无线校准方法等新技术的研究,为企业提供先进、实用的计量测试技术;加强新型量传溯源体系研究,为企业提供在线、实时、准确的计量检定或校准,确保计量测试符合工业化发展新阶段的新需求。

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(2) 全面提升企业计量测试研发能力,让先进计量测试技术应用与工业计量测试需求相伴相生。有研发能力的企业要根据企业参数测试、工艺设计、过程控制、产品后期服务以及报废处理等环节全面梳理计量测试需求,加强企业计量测试技术、测试方法以及测试仪器的研究,不断提升自主研发能力,为企业高质量发展提供原动力和基础支撑技术。

没有研发能力的企业,要充分利用社会上的计量技术机构或产业孵化服务机构的能力和资源,采取联合研发的模式,助力企业计量向高、精、专方向发展。企业中任何与质量、生产相关的问题都可以从计量测试方面找出原因或找到解决方案。

(3) 建立完善的测量管理体系,为数字化转型、智能化制造打好计量测试基础。数字化、信息化、智能化是工业化发展的进程特征,也是工业化发展的技术手段,其基础技术是计量测试。

中国的企业由于基础不同,所处发展阶段不同,因此采取的路线也将不同。但都要在充分分析当前工业化发展方向和特点的基础上,把计量测试技术做为发现问题的 “眼睛”和解决问题的“手”,依据ISO100012标准中风险控制、计量确认等先进的管理方法,以计量测试技术的改造和应用为基础,建立适合企业未来发展的测量管理体系,为企业数字化转型、智能化改造以及高质量发展建立相对完善的测量管理体系。

(4) 加强计量数据分析,向计量要发展、要效益。企业的高质量、低能耗、零排放都是基于精准的计量测试数据为前提,计量精度的微小提高,就会带来巨大效益。

据欧洲有关组织统计:在欧洲国家,计量投入一欧元将产生四欧元的效益;在精益要求最高的德国,计量投入一欧元将产生六欧元的效益。

量子化发展给计量测试精度带来很大地提升机遇和提升空间,提高工业化过程中的计量测试精度和计量测试数据分析能力,实现实时、高精度在线测量,通过对计量数据的有效分析、精准分析实现精准预测、精准把控,以达到精准实现高质量发展的目标。

(5) 全面参与全寿命周期管理。计量测试不仅仅是产品质量检验、智能制造过程中的自动检测控制,更应通过现代互联网技术,在产品全寿命过程中发挥作用。

世界上先进制造企业,计量测试已全面参与到企业新产品的研发、设计、制造、使用及报废各环节。数字孪生就是应用计量测试技术,通过建立物理模型,及时进行历史数据更新,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。美国GE公司,在发动机上安装6000多个传感器,实时监测发动机的运行状态。

汽车行业,如何把汽车使用过程中的情况作为设计、研发、制造新产品中的重要影响因素,已成为汽车行业全力以赴的研究课题。

(6) 全面参与全产业链管理。随着企业深入发展,工业化过程中民主进程的加速推进,互联网技术的快速应用,企业上下游的共同协作、相互配合、快速反应、“零链条”、无缝对接将成为重点。

这其中也必然存在大量的、统一的计量测试技术问题,这些问题的统一解决、测试技术的相互渗透就是产业计量测试关注的重点。产业计量测试研究和应用将成为一个重要的发展方向和领域。


4 结束语

总之,工业进程进入了新的历史时期,显现出新的阶段性特征,而这些特征都需要计量提供技术保障。加快推进量子测量等先进计量测试技术的发展,研制出高精度、高稳定、高可靠、小型化的计量测试仪器,充分利用计量技术服务新工业革命,将成为工业现代化发展的自觉与共识。