韩瑞+兰建利+刘文健

摘 要：机械制造与运行参数测量是针对机械工程学科发展过程中科研或工程中的需要，对具体的测量问题提出解决方案，并经过更深层次的归纳总结和提炼，得出更为基础、更具普适性的共性测量方法，在技术或工程上得到提高推广。按照测量技术的应用场合，可以分为加工和运行过程中的在线测量和对加工后产品的测量，前者旨在为加工制造水平的提升或机械系统的安全运行提供测试方面的技术支撑；后者探索和研究新的测试理论与方法，以解决计量测试领域的一些共性问题，同时也针对具体问题研究新的测量系统与误差理论。测量学科的发展目标是积极应对这些挑战，并根据国家重大工程背景需求和学科发展趋势，挖掘机械测试领域一些支撑近期并牵引未来的基础性共性测量问题，如测量范围变化导致的测量精度问题、测量环境变化导致的干扰问题、测量参量增多导致的误差耦合问题以及测量精度提高导致的现场溯源问题等。

关键词：运行参数；中国制造；测试技术；机械制造

1 运行参数测量的内涵及研究范围

1.1 内涵

机械的制造与运行参数测量涉及面广，无论是在机械加工、装配过程中还是加工产品的检验都离不开测量。本文中所指的机械制造参数主要是加工过程中或加工完成后产品的各种静态参数，而机械运行参数主要是加工过程中或系统运行中的动态参数，但多数情况下，动、静态参数是同时存在的。为丁使测量问题更加明确，本文将重点讨论获取被测参量的新型传感器与仪器、保证传感器与仪器量值准确统一的计量新方法，以及新型测试与传感器技术在机械制造参量和机械运行参量测量中的应用。具体包括以下四方面：新型传感器原理与仪器；计量与测试新原理、新方法；系统运行参数检测与表征；制造参数高精度测量与误差理论。第一、第二方面是测量技术基础，目标是提升传感器及仪器装备自身水平；第三、第四方面是新测量技术在国家重大工程中的应用，目标是针对具体问题研究新的测量方法与系统，并从中提取一些典型和共性的测量问题进行深入研究，以牵引更多学科的发展。

1.2 研究范围

（1）新型传感器原理与仪器

该方向的研究目标是研究用于机械制造和运行参数检测的传感器原理与仪器，提升我国机械制造水平和系统运行检测水平。

（2）计量与测试原理和新方法

该方向的任务是探讨计量与测试领域存在的共性问题，研究给予新物理效应的测量原理、方法及其应用。为了突出共性的计量测试问题及测量方法本身的新颖性，研究内容按测量尺度分为这么几类：微尺度范围的计量测试原理与方法；跨尺度范围的计量测试原理与方法；超大尺度范围的计量测试原理与方法。

（3）系统运行参数检测与表征

系統运行参数包括机械加工制造过程和机械装备运行过程中的参数。前者的有效检测是控制制造过程，确保制造精度和质量的关键；后者的有效检测则为监控重大机械设备系统状态，为其安全高效运行提供关键数据。在运行参数测量中，新型传感器和新测量技术的应用十分重要。这部分的研究包括了测量系统的误差分析，特别需要注意的是多因素的相互作用问题。

（4）制造参数高精度测量与误差理论

这部分将共性测量方法有机结合，针对具体问题研究合理的测量系统与误差理论，为重大工程中装配测试和运行检测提供测量技术基础。主要研究内容按测量尺度分为这样几类：微尺度范围内的高精度测量；跨尺度范围内的高精度测量；超大尺度范围内的高精度测量；误差理论与精度技术。

2 研究现状与发展趋势的分析

2.1 系统运行参数检测与表征的发展现状

系统运行参数检测包括加工运行系统检测，如对机床的加工过程进行检测，当然也包括装备运行系统检测，如对高速火车的检测。本文仅以加工系统为例，讨论系统运行参数检测与表征问题。运行参数包括加工设备自身的运行参数和加工设备与被加工零件相互作用时的参数。

对不同的加工设备，其运行参数检测方法是不同的。目前，激光干涉测量仪是机床平动轴几何误差检测众多手段之中同时具有检测精度高、检测功能完善以及检测技术成熟等优点的手段之一，可以测量偏移直线度以及偏摆、俯仰等误差项，且可进行长度溯源。

2.2 复杂机电系统的技术发展趋势

在超精度加工的监测方面，迄今为止尚未有一种规范性、系统性、通用性和完整性的机床精度建模理论和严格统一数学公差表述方法和模型。随着机械零件的加工精度要求越来越高、复杂程度越来越大，对加工过程中的监测和反馈补偿也提出了越来越高的精度要求。未来5～10年。随着加工用微型传感器质量的不断提高，对测量过程中多参数的同步检测将逐渐成为可能。同时，动态误差理论和加工过程中的反馈补偿技术，也有助于提高复杂形面的加工精度。刀具、工件的在线监测都将逐步实现，减少刀具磨损的各种技术将在较大程度上扩大加工范围和提高加工精度。

3 结语

本学科的主要目标在于近期为国家重大工程项目提供必要的测量技术基础：争取利用10～20年的时间实现面向重要工程应用的国产仪器性能指标达到以及赶超国外仪器。在家来的科学研究中，我们应围绕国家重大工程项目的一些典型测量问题，研究针对性的测量方法，通过多方位测量和误差理论，进行误差分离和补偿，提高测量精度。在误差理论的方面，需重点关注动态测量系统的基础理论及其应用技术研究，以满足现代化高精度生产的需求。尤其是在测量系统的模型建立、传递函数的参数选择、系统的稳定性检验和测量实践等方面开展深入细致的研究工作，着力探索出一些新的误差理论与精度技术，实现动态测量系统的科学分析与优化设计。

参考文献

[1]国家自然科学基金委员会工程与材料科学部·学科发展战略研究报告（2011～2020）：机械工程学科·北京：科学出版社，2010

[2]叶声华，秦树人·现代测试计量技术及仪器的发展·中国测试，2009，35（2）：1—6

[3]张钟华·计量测试技术的新动态·中国计量学院学报，2009，20（1）：1—7