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精确的力量:人类追求精确的历史
这些细节控,对“细微和细节”极为敏感,极致追求精确。
正如西蒙·温切斯特《追求精确》一书所言:
对精确的极致热爱塑造了现代世界。
那么,人类对精确的最初认识和探索是从何时开始的?
那些精密工程的先驱又如何用他们的发明改变了人类社会的进程?
诚如西蒙·温切斯特在《追求精确》中所说:“事实上,精确是我们现代社会、商业、科学、机械和文化景观中不可或缺的组成部分,已经彻底地渗透到我们的生活中。”
“精确”是人类迈向现代社会的一个转折点。人类对“精确”的痴迷,造就了量产、电子学、电脑晶片、太空旅行、现代机械、战争等等的革命性发展。
不过,“精确”之所以能成为这个转折点,则源于一个新事物的发明。
我们可以把人类对精确的追求,回溯到古代埃及人、希腊人、中国人,可是要说“精确”真正成为现代社会的一个转折点,那必须要提到18世纪的一个英国人——约翰·威尔金森。
威尔金森被称为精密工程之父,因为他发明了现代意义上的第一台机床——炮管镗床。
这标志着精密制造的概念的诞生和工业革命的开始。
威尔金森的炮筒镗床
谈到工业革命,很多人知道瓦特改进了蒸汽机,却很少人知道瓦特第一台没有漏汽的蒸汽机,正是依靠威尔金森的技术才得以诞生——威尔金森用炮筒镗床技术制造蒸汽机气缸,彻底解决了瓦特的蒸汽机一直存在的蒸汽泄漏问题,从而使蒸汽机的发展成为第一次工业革命的核心。
瓦特蒸汽机的横截面
温切斯特赞扬道,威尔金森的镗床、镗削技术产生了更直接的级联效应。
所谓级联效应,是指由一个动作影响系统而导致一系列意外事件发生的效应。
机床诞生以前,人类制造的器物或许也很精确,可只能通过手工的方式精雕细琢,它们的精确度只是为少数人服务。只有当精确度为大多数人服务时,“精密制造”这种概念才能对整个社会产生深远的影响。
精密制造要想成为一种彻底改变人类社会的现象,“必须能以相同的制造方式制造出同样精密程度的加工产品,而且还需要具备加工工序相对容易、生产频率不能太低、制造成本可以接受这几大特点。”
正是机床,让精密制造以一种可以复制的形式出现,可以更精确地控制公差,形成低成本、高效率地进行可互换零件式的规模化生产,从而让“精确”变得普遍,得以服务更多的人。
因此,威尔金森成为精密制造历史的关键一环。
威尔金森镗削几个直径50英寸的圆筒,公差只有0.1英寸。
这是那个时代,所能接受的公差,几乎精密得没有误差。
人类的细节控,当然不会止步于此。
随后近3个世纪,工业制造的公差要求,从0.1英寸不断突破到0.01英寸、0.001英寸、…,直到——
0.00000000000000000000000000000000001英寸。
精密的前沿技术不断超越自身原有的极限,仿佛跨过了一扇看不见的大门,从纯粹的机械和宏观物理世界,进入到电子级、原子级的世界和一个静止无声的宇宙。
在这个宇宙中,电子、质子、中子取代了铁、螺丝、燃油、轴承、润滑油、耳轴和改变范式的可互换零件理念。精确度从毫米、微米、纳米,突破到接近原子级别。这种精确度所适用的设备都已普遍电子化,它的代表就是光刻机和激光干涉引力波天文台巨型仪器。
1947年美国贝尔实验室的科学家发明第一个晶体管
阿斯麦公司生产的EUV扫描仪
芯片上的晶体管数量
从0.1英寸突破到小数点后的亿级数,人类可及的精确度达到了微小的极限。
当然,我们的工业制造里,各种各样的工业品依然需要按照毫米级、微米级、纳米级的精确要求进行标准化生产。不同层级的精确度,随着各种工业产物,渗透到人们生活的方方面面。
汽车、电池、半导体、计算机、笔记本电脑、智能手机、智能穿戴等等,各行各业的工业产品与零部件,都按照各自行业的公差要求进行精细化生产。
一个共同点是,为达到精确的公差要求,现代工业制造,越来越多地采用光学、AI算法等技术进行生产与检测,从软硬件等多个维度,去改善工艺、提高良品率。
我们借助精密的设备,制造或检测更精确的东西;借助光,谱写更精美的文明故事。