測試技術(shù)的社會(huì )作用及發(fā)展方向
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1.1 測試是現代生產(chǎn)的推動(dòng)器
生產(chǎn)力是社會(huì )發(fā)展的決定因素，一個(gè)國家的國力首先取決于它的生產(chǎn)能力，特別是它的制造能力，而測試技術(shù)是決定制造水平的因素之一。
自古至今，衡量生產(chǎn)水平的兩大指標一直是質(zhì)量和效率。測試對于保證質(zhì)量的重要性是不言而喻的，沒(méi)有測試就無(wú)法評定產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，更無(wú)從保證產(chǎn)品的質(zhì)量。何況現代生產(chǎn)都是通過(guò)測試，實(shí)現反饋，控制產(chǎn)品的質(zhì)量。
生產(chǎn)效率同樣也離不開(kāi)測試。一臺高速切削機床必須要有良好的軸系，包括回轉精度、動(dòng)平衡等，而這一切都需要測試。生產(chǎn)效率是以每一個(gè)人在單位時(shí)間內的產(chǎn)值來(lái)衡量的，為了提高生產(chǎn)效率必須實(shí)現自動(dòng)化。制造業(yè)的自動(dòng)化起源于上世紀初，主要是利用凸輪、擋塊等在紡織、鐘表等大規模生產(chǎn)中實(shí)現剛性自動(dòng)化?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步要求產(chǎn)品不斷更新、工藝技術(shù)不斷進(jìn)步。這種剛性自動(dòng)化在多數情況下已經(jīng)成為生產(chǎn)發(fā)展的障礙，現代的自動(dòng)化是柔性自動(dòng)化，越是柔性的系統越需要測量。沒(méi)有測量就無(wú)法獲得反饋信息，正確、準確地控制工藝過(guò)程和執行部件的運動(dòng)。
生產(chǎn)過(guò)程包括物質(zhì)流、能源流與信息流，其中信息流是最活躍的，物質(zhì)流與能源流在信息流的指揮下運動(dòng)。信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合是機械制造技術(shù)發(fā)展的主要方向，這些年制造業(yè)的最大進(jìn)步是實(shí)現制造業(yè)的信息化，而作為提供源頭信息的測試技術(shù)在這里起關(guān)鍵作用。越是現代化的企業(yè)，測控設備在總投資中的比例越大。例如，寶山鋼鐵公司建設中儀器儀表測試裝備占總投資1/3。儀器儀表、測試裝備對整個(gè)國民經(jīng)濟的推動(dòng)作用很大。國家中長(cháng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規劃指出，儀器儀表是國民經(jīng)濟的倍增器。美國上世紀90年代儀器儀表只占工業(yè)總產(chǎn)值4%，但它對國民經(jīng)濟的影響面占66%。
作為自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展就是智能化。智能化生產(chǎn)要求生產(chǎn)過(guò)程能自動(dòng)適應環(huán)境、原材料、工具和裝備條件的變化，使生產(chǎn)系統工作在最佳狀態(tài)，獲得最優(yōu)的產(chǎn)品與效益。智能化生產(chǎn)要求在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，對環(huán)境、原材料、工具和裝備的狀態(tài)進(jìn)行檢測，并在此基礎上做出決策，使生產(chǎn)過(guò)程按最佳方式進(jìn)行。
在2002年的國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì )（CIRP）第52屆年會(huì )上，德國H K Toenshoff教授做了題為“磨削中的過(guò)程控制”的主題報告。磨削過(guò)程是一個(gè)相當復雜的加工過(guò)程。加工精度要求高、機床轉速高、砂輪磨損快、影響因素多，因而磨削中的過(guò)程監控也顯得特別迫切。磨削中的過(guò)程監控包括三個(gè)方面：（1）及時(shí)發(fā)現磨削過(guò)程中的任何不正?，F象，防止廢品與事故；（2）根據測量得到的數據，實(shí)現過(guò)程的優(yōu)化與最佳控制；（3）根據測得的磨削過(guò)程輸入與輸出參數建立磨削過(guò)程的模型。為了精確獲得工藝狀態(tài)數據，要求測量位置盡可能靠近磨削刃，通過(guò)在砂輪內部安裝微型傳感器，實(shí)現了溫度、切削力、振動(dòng)等多參數測量，然后通過(guò)數據處理、判斷和控制于一體的智能系統，來(lái)實(shí)現以最小的代價(jià)獲得最優(yōu)的產(chǎn)品質(zhì)量。所以精確測試是智能控制的關(guān)鍵。
1.2 沒(méi)有測試，就沒(méi)有科學(xué)
國力競爭的關(guān)鍵是科技水平，我國與發(fā)達國家的差距也主要是科技上的差距。我國已將科技興國作為我國的基本方針，而測試技術(shù)是科學(xué)發(fā)展必不可少的手段。偉大的化學(xué)家、計量學(xué)家門(mén)德列耶夫說(shuō)過(guò)：“科學(xué)是從測量開(kāi)始的，沒(méi)有測量就沒(méi)有科學(xué)，至少是沒(méi)有精確的科學(xué)、真正的科學(xué)”。我國“兩彈一星”元勛王大珩院士也說(shuō)過(guò)：“儀器是認識世界的工具；科學(xué)是用斗量禾的學(xué)問(wèn)。用斗去量禾就對事物有了深入的了解、精確的了解，就形成科學(xué)”。
科學(xué)上的發(fā)現和技術(shù)上的發(fā)明是從對事物的觀(guān)察開(kāi)始的。對事物的精細觀(guān)察就要借助于儀器，就要測試，特別是在自然科學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域更是如此。在對事物的觀(guān)察、測試基礎上經(jīng)過(guò)分析推導，形成認識。到這一階段還只能是假說(shuō)、學(xué)說(shuō)。實(shí)踐是檢驗真理的唯一標準，只有在經(jīng)過(guò)測試和考核，才能真正形成科學(xué)，所以說(shuō)在科學(xué)發(fā)展的哪一階段都離不開(kāi)測試。國家中長(cháng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規劃指出，儀器儀表和測試是"新技術(shù)革命"的先導和基礎。
縱觀(guān)科學(xué)發(fā)展史和科技發(fā)明史，許多重大發(fā)現和發(fā)明都是從儀器儀表和測試技術(shù)的進(jìn)步開(kāi)始。從20世紀初到現在，諾貝爾獎頒發(fā)給儀器發(fā)明、發(fā)展與相關(guān)的實(shí)驗項目達27項之多。眾所周知，沒(méi)有哈勃望遠鏡就難以進(jìn)行天體科學(xué)的研究，天體科學(xué)上的許多重大發(fā)現都是依靠哈勃望遠鏡的觀(guān)測而得到的。掃描隧道顯微鏡的發(fā)明對納米科技的興起和發(fā)展可以說(shuō)起到?jīng)Q定性作用。
蘋(píng)果落在牛頓的腦袋上，啟發(fā)了牛頓的靈感。但真正導致萬(wàn)有引力的發(fā)現還是星球的運動(dòng)。按照牛頓第一定律，在沒(méi)有外力作用下，月亮應該做等速直線(xiàn)運動(dòng)，為什么月亮不飛出去，而是繞地球轉動(dòng)？這是困惑牛頓的一個(gè)問(wèn)題。只有在有向心力作用的情況下，月亮才會(huì )繞地球轉動(dòng)。蘋(píng)果落在牛頓的頭上，啟發(fā)牛頓意識到一定是地球對月亮有一個(gè)引力。牛頓根據他假設的萬(wàn)有引力公式和向心力的公式進(jìn)行了計算，由于當時(shí)測量技術(shù)的限制，牛頓沒(méi)有獲得正確的答案。牛頓是一個(gè)科學(xué)家，沒(méi)有得到實(shí)踐證明的東西，還不是科學(xué)，他沒(méi)有發(fā)表。只有在他故去之后，由于測試技術(shù)的進(jìn)步，在測得了地球與月亮的較精確的距離和地球的質(zhì)量的情況下，萬(wàn)有引力學(xué)說(shuō)才得到了證實(shí)，是他的學(xué)生發(fā)表了牛頓論文，使牛頓萬(wàn)有引力成為科學(xué)。測試在將“學(xué)說(shuō)”發(fā)展為科學(xué)中往往起著(zhù)關(guān)鍵作用。
1.3 測試在信息科技中的地位
當今時(shí)代是信息時(shí)代。信息科技包括信息的獲取、處理、傳輸、存儲、執行。測試是科技、生產(chǎn)領(lǐng)域獲取信息的主要手段，在這個(gè)信息流中處于源頭位置，所以從一定意義上說(shuō)，沒(méi)有測試，信息科技就成了無(wú)源之水、無(wú)本之木。處于源頭的信息是最微弱、最容易受到干擾的。信息的準確性首先取決于源頭信息，取決于測試。為了提高所獲取信息的準確性，現代的測試系統往往還包括信息的預處理、預存儲、傳輸和控制，把從信息的獲取到控制作為一個(gè)整體來(lái)對待。
談到信息科技，人們往往首先想到的是計算機。信息時(shí)代的主要標志是高性能的電子計算機的發(fā)展與廣泛應用。確實(shí)，高性能計算機的發(fā)展將信息處理和存儲技術(shù)發(fā)展到空前高度，使信息流在推動(dòng)科技和生產(chǎn)的作用發(fā)生了革命性的變化。需要指出的是，計算機的發(fā)展也離不開(kāi)制造技術(shù)和測試技術(shù)。
計算機的性能指標首先是它的運算速度和存儲容量，這些都取決于在一塊芯片上能集成多少個(gè)晶體管，后者又取決于大規模集成電路的線(xiàn)條能做得多細。目前，大規模集成電路的線(xiàn)寬已做到0.1μm左右，進(jìn)一步的發(fā)展要求將線(xiàn)條做到納米級。知名的摩爾定理說(shuō)芯片上開(kāi)關(guān)器件的密度每18個(gè)月翻一番，其實(shí)這是在N Taniguchi于1974年提出的制造誤差按指數曲線(xiàn)下降的預測基礎上得出的。正是精密工程按N. Taniguchi預測的曲線(xiàn)發(fā)展，保證了計算機工業(yè)的發(fā)展，保證了摩爾定理的兌現。
一度困擾大規模集成電路發(fā)展的是芯片引腳數目的限制，正是機械工業(yè)提供的端面安裝技術(shù)、測試技術(shù)提供的端點(diǎn)球形與平面性的準確測量，使大規模集成電路實(shí)現了引腳數目的突破。
1999年，筆者在美國完成了一項光學(xué)三坐標測量機和光刻機誤差補償誤差的研究工作。該研究利用一塊標準網(wǎng)格板，通過(guò)網(wǎng)格板的翻轉和轉動(dòng)，可以確定光學(xué)三坐標測量機和光刻機誤差的各項誤差，并對它們進(jìn)行誤差補償。通過(guò)誤差補償可使光刻機的誤差減小一半，從而使集成電路的密集度增至4倍。從這一成果也可以清楚地看到測試技術(shù)在促進(jìn)計算機發(fā)展中的作用。
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