什么是现代社会?有很多种定义方式。


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《追求精确》一书作者、历史学家西蒙·温切斯特认为,现代社会发展的一条主线是对越来越高的精确度的追求。他刚到访过中国,在华为,任正非对他说:“这本书对中国的工业会有很好的促进作用。”

要衡量精确,就要用到一个概念:公差,即“机器工艺中允许存在的误差范围”。比如拖鞋,公差可能是0.5英寸,这意味着鞋的内侧和脚之间的摆动空间很大。而皮鞋的公差大约是1/8英寸,这样脚和鞋的贴合程度就会紧密得多。

鞋子的公差这么大,所以和精密制造无缘。精密制造的主要对象,是适合机械加工的硬质材料,如金属、玻璃、陶瓷等。精密制造的目的,是追求极小化的公差。差之毫厘,就可能诱发重大问题的出现,甚至是一场灾难。

1776年,英国铁匠威尔金森将蒸汽机气缸的公差控制在0.1英寸,相当于1先令硬币的厚度(注:先令为英国旧币,1英镑为20先令)。此举帮助瓦特解决了蒸汽机漏气的难题,这一年也是精密制造的开端。

今天,精密制造中对公差的极限要求已达到公差10的负35次方,即在0.1的1之前加上34个0。精确不仅从源头上定义了现代世界,更一步步塑造了现代世界。

前年我写过《从指甲钳和笔尖钢看中国与世界还差多远?》,当时采访了中山圣雅伦董事长梁伯强。他说,圣雅伦指甲钳所用的碳素钢都从日本进口,因为中国钢的含碳量的公差范围比日本高一倍,每一卷钢材的含碳量不一样,在淬火热处理时会出现软硬度不均匀,导致每个批次产品的稳定性不同。

通过对类似案例的调研,我意识到中国制造的一大问题就是“博大有余,精深不足”。

影响精确、精深的因素很多。温切斯特讲述了一个故事。正是这个故事触发了他写精密制造史的想法。

那是“二战”时期,美国制造的反坦克炮的炮弹,在用于英国生产的火炮时,部分炮弹会出现卡弹现象。英国驻美国大使馆的机械工程专家波维先生来到底特律,考察那里的弹药制造商,测量发现每一批炮弹都能完美地装填在对应口径的火炮炮膛中,绝对精确。接着他奔赴东海岸,抵达了弹药运输中转站费城。每天他都会测量炮弹,但无论弹体还是外壳,都完美地符合设计师的参数。最后,他登上了通往北非的运送弹药的货轮。

不幸的是,货轮在航行中先是抛锚,后来又陷入了一场海洋风暴,所有船员都严重晕船。但这种极端的环境,却帮助他最终找到了炮弹哑火的原因——货轮的严重颠簸,导致有一些炮弹受损。

通常炮弹被堆放在货仓深处的板条箱里,但风暴来袭时,那些堆叠在边缘的板条箱就会撞向货场两边的墙壁。一次次撞击下,有的弹头会撞上货舱的墙壁,并被向后推入炮弹后部的黄铜装药桶里。虽然只带来几毫米的形变,但如果多次重复碰撞,就会导致装药桶的外壳变形,炮弹的边缘膨胀。这种改变肉眼几乎难以察觉,但逃不过他行李中的千分尺的丈量。

一旦船靠岸,装卸工人就会卸下板条箱,把成箱的炮弹拆散,配发给前线的各个团。由于没有人知道炮弹之前的摆放顺序,也没有人清楚哪个炮弹来自哪个板条箱,所以变形了的炮弹会被随机分配至前线,随后就会出现卡顿现象。

波维发电报向伦敦建议:只要底特律的工厂加固一下弹药箱的纸板和木料,炮弹的外壳变形和反坦克炮的卡顿就会解决。他由此被政府视为英雄。

其实波维发现的,只是包装和运输的问题。但这恰恰说明,精确贯穿于我们周围的一切环节之中。没有精密而精确的特性,现代社会无法成立。

6月22日,我在上海和温切斯特做了一次访问。他给我留下了深刻印象,但并不是关于精密、精确的观点,而是“保持对不精确的事物的喜爱”的看法,以及对保持乐观、好奇心、独立思考的强调。

追求精确,必须充满热情

秦朔:从高铁到飞机,现代生活越来越依靠精密制造的机器。机器放大了人的力量,而它们在运行中的任何一点瑕疵也可能带来灾难。你应该经常想到这一点吧?

温切斯特:是的。通过精密制造的机器,制造出了很多人类可能从未想过自己想要的东西。

在20世纪早期,精确度的推广应用有两种截然不同的方式,一种是亨利·罗伊斯制造的劳斯莱斯,一种是亨利·福特制造的T型车。前一个亨利致力于为少数人制造世界上最好的汽车而不计成本,后一个亨利决心以工业流水线所能达到的最低成本,让尽可能多的人拥有私人汽车。但无论是谁,采用更精密的生产设备都是实现精密制造的关键。

罗伊斯的一句名言是“细节成就完美”,他们生产的劳斯莱斯银魅汽车在1907年首次表演,由工作人员把一枚硬币立在散热器上,然后启动发动机直至最大功率,硬币一直保持直立和稳定。他们又把一杯装满马提尼酒的高脚杯放在散热器上,司机将油门踩到底,6缸引擎在瞬间释放出最大能量,然而酒的液面没有晃动。有一位汽车杂志的观察者说,劳斯莱斯的引擎非常安静,仿佛藏在引擎盖下的不是汽车发动机而是缝纫机。

劳斯莱斯的制造过程很慢,像造船厂一样。在银魅车型的20年历程中,工厂每天的生产速度只有2辆。为什么不多生产呢?他们的答案是:“能胜任一般加工任务的工人多数达不到我们的标准,我们必须雇佣最完美的工人并培训他们……,劳斯莱斯的实验室不断进行科学设计、基础研究和对金属材料的应用研究,从而能用更轻的汽车重量实现同样的刚度和强度。这些研发部门可能是汽车工业中最重要的部门。”

福特的T型车则是为大多数人所用的精密制造。最初福特汽车和劳斯莱斯的生产方式是一样的:汽车零件、组件和结构件放在生产线上的一个特定位置,然后由一群工人对其锤击、焊接、栓接、剪切、翻面、转动螺丝和锉削等,工人们还要用锉刀打磨工件之间贴合的不够好的地方,以保证所有零件能精准地拼在一起。

但T型车改变了这一切:所有零件、组件、结构件在进入工厂组装之前都要严格执行标准的公差,以确保交到福特的零件极其精确,无需由工人再进行最细小的调整。福特要求任何零件都要对应一系列精密制造标准,再通过流水线的方式把基础零件组装成汽车。

这是一种全新的生产方式——在生产线上安排了成百上千的“一次一种加工”的工位,只要工件在工人面前移动,每个工人都可以毫不费力地执行加工。它带来了生产效率的提升,而生产效率的提升带来了革新性的生产力。

到了20世纪六七十年代,电脑成为精密制造的代表。想一想,那就是一个带按钮的盒子,但按下按钮,你可以做你所能。再往后,移动互联网更是神奇,在没有互联网和智能手机之前,我们无法想象它是这样的存在。

所有这些都和精密工程、精密制造有关。精密的电子产品为我们打开了很多扇门,我们永远不知道门外还有什么新的东西。

但随着我们得到了越来越多的东西,能做越来越多的事情,我们想要的也越来越多,想走得更快,走得更高,走得更远,但机械领域的追求精度是有极限的。在这样的限制下,我们的材料可能已经无法再进行更精确的加工了。

光刻机的运行环境是精确度要求最高的环境之一,它要求每立方米空气中只能含有10个大小不超过0.1微米的微粒,否则一粒极微小的灰尘会在瞬间毁掉数百颗即将制成的芯片。相比之下,生活在正常环境下的人类就像游走在由空气和蒸汽构成的瘴气之中,这种瘴气的清洁度只是生产光刻机的阿斯麦工厂内房间清洁度的500万分之一。

同时,现代的精密制造也越来越复杂,一旦某个细微之处达不到公差要求,就可能引发整个产品的重大问题。

2010年11月4日,一架在新加坡维护的澳航A380飞机从新加坡起飞不久,发动机起火,紧急返航,最后发现问题是机翼里连接翼肋和蒙皮的非关键连接件出现了1毫米的裂缝。

2013年6月,澳航的另一架空客A380飞机也出现发动机故障,调查结果显示,根源在于一根长度不超过5厘米、直径不超过0.75厘米的小小金属管上的一个钻偏的小孔。生产金属管的罗罗公司向澳航支付了8000万美元的赔偿金。

还有哈勃望远镜的例子,它被送入距地球380英里的轨道时,由于主镜头上只有人的头发粗细的1/50的误差,经历了1300天毫无意义的漂泊。原因是技术人员的一个极小疏忽,矫正用的金属棒的盖子上少了一小块油漆。

最近的泰坦潜艇的悲剧,我也一直在关注。我还不知道原因究竟是什么,但你在海底3000米深处的时候,如果有一个小错误,结果就是灾难。

不过,虽然机械的精确度可能有极限,但人类的追求是没有极限的。在对极小物质的研究方面,我认为中国正走在世界的前面。

秦朔:从中国制造的角度来看,要解决“精深不足”的问题,你有什么建议?

温切斯特:追求精确,追求完美,这是一个过程。中国制造的一个问题是用于制造产品的机器还不够好,不如德国、日本的机器。我上周在华为,他们的制造很了不起,26秒钟就可以生产一台手机,但生产设备都是国外的。如果能够和国外的企业有充分合作,华为可以做更多令人惊叹的事情。

我还有一个建议,就是对于精密制造,必须充满热情。我的父亲是一个工程师,一生从事精密机械的工作。把一大块不规则的金属变成美丽而实用的物体,当每一个金属部件经过精心加工被安装在所有你能想到的地方,父亲和他的同事们都会乐在其中。父亲教我用千分尺去度量精确度,他真的对此充满热情。我知道中国大学里的年轻人都非常聪明,但他们是不是喜欢精密制造?有没有激情和研究的快乐?还是他们更喜欢IT、金融?

既尊重钛,也尊重竹子

秦朔:你的书中说,不断提高的精确度定义了我们周围的事物,但这种对完美的追求真的是现代人实现健康快乐的必要条件吗?你也提到了“对不完美的热爱”。你是怎么思考的?

温切斯特:我有时确实在思考,我们是不是过于看重精确度了,虽然不断提升事物的精度也是我们的渴望。也许在某种程度上,精密度剥夺了我们的一部分快乐。比如AI是目前最精密的工具,它提供了无数的机会,也存在着潜在的危险,我感觉我们处在一个重要的时间点,我们做出的决定将是非常重要的。

人类需要在不完美和完美之间找到一种平衡。大自然本身就是不精确的,但也带来了独一无二的魅力。我觉得德国人更像精密度的“奴隶”,他们有梅赛德斯·奔驰和莱卡相机,非常精确,但德国的木工、工业品被忘记了。而在中国等一些地方,仍然可以见到用古老的手法来制作手工艺品,比如竹器、漆器和书法。这些器件的制造并不是追求绝对的精密。

中国可以造出像C919大飞机这样的精密科技的产物,也要坚持自己的历史,坚持那些不精密、不准确、非机械、非电子的东西,这会让人们有更完整的体验,更幸福。

我自己经常举日本的例子。日本有高度的精确性,比如镜头打磨和抛光的完美无瑕,发动机、测量和机械手表的质量,简直就是精确的代名词。日本铁路服务的准时程度堪称传奇,2017年末铁路公司曾因一辆快铁提前20秒发车而致歉。

但日本对不精确的事物也有真正的喜爱,日本人能同时珍视这两种看法,还有敏锐的行动能力。我去过日本的盛冈市看他们造的铁茶壶,感到相当一部分日本人仍然对手工艺品充满崇敬和自豪。他们对自然的、粗糙的、未加工的事物,对于不对称和无常,赋予了与精确、完美一样多的权重。

我也去过日本的精工表。精工表在1969年推出的石英电子表,因为便宜、结实、抗震、耐热、防水和出其的准确,成为有史以来最精确的计时器,问世不到5年就差点把瑞士手表工业拖垮,直到1983年斯沃琪手表出现,瑞士手表工业才重现生机。

然而,80年代后,精工表管理层却遭遇了一场良心危机,他们思考的是,一味追求机械精度的行为,是否和真正的制表工艺已经毫无关系了?在机器人扮演主角的生产线之外,他们尝试留存一个看不到生产线、没有机器人的空间,生产手工机械手表。

空间里有24个封闭的工作间,每个工作间用黑檀木围起来,里面是一个270度的工作台,配备了强光灯、放大镜、计算机屏幕、个人工具架、镊子、微型螺丝刀、针手钳、抛光器、灰尘刷、钳子、显微镜、超声波清洗机、小珠宝盒、主轴、齿轮、主发条、计时装置。

每位制表工匠头戴棉布白帽,身穿棉布白大褂,坐在定制的椅子上用双手制作手表。从摆轮到游丝,从轮系夹板到擒纵轮,从上链表到擒纵叉,所有零件都在另一边手工制造,然后由工匠们放入这个极小的洞、那个微小的空间或极小的螺丝槽口。公差可以控制到仅为0.01毫米甚至更低。每隔1小时,人们会休息10分钟,伸展四肢,然后继续手工制作那些低调非凡、不断赢得各种瑞士计时奖的手表。

精工每天生产2.5万块石英表,每周7天不停生产。而手工机械表这部分,20多名工匠一周五天的产量大致为120块,这还是在运气好的时候的情况。我在那里参观时,制表师说,石英表比他制的表精确很多,但他不会戴,而且“想想就浑身发抖”。我想用我戴的劳力士“探索家”手表换一块他们的手工机械表,但是不行。手工制表的精确性不如石英表,但它太漂亮了,充满魅力。

我认为日本做的是对的。很多制造特别是工艺品制造,重要的是人的参与,是人的耐心、细心和温柔。世界上很少有国家能像日本这样充分表明,必须同等重视、尊重和赞赏精确与不精确,机器与手工艺。既尊重钛,也尊重竹子。既着迷于未来,也尊重过去。

人类迷恋于精密加工和完美球面轴承的价值,也应该学会接受自然秩序的同等重要性。在不精确的自然界面前,一切都会衰落,无论多么精密都无法幸免。

中国需要更多的Pony Ma

秦朔:让我们谈谈中国的创新,过去有“李约瑟之问”,现在人们也经常问“为什么中国没有乔布斯和比尔·盖茨”,你是英国人,长期居住在美国,你怎么看?

温切斯特:从我的理解看,工业革命发生在英国,但很快就转到了美国。英国是有伟大想法的国家,但不适合把想法开发(develop)出来;美国是有伟大想法的国家,而且善于开发这些想法;中国比较擅长造东西,把(别人的)好的想法开发出来。

为什么英国没有美国那样的高科技企业家?因为他们不愿意为风险而投资,澳大利亚也是这样。他们仿佛患上了“高大罂粟花综合症”(Tall Poppy Syndrome),对自己身边那些出类拔萃的人,总是不约而同、集体性地进行批评和怀疑,想把他们砍掉,而美国对于创新者则很敬慕,鼓励不同凡响。

我的看法是,创新需要一种文化的基础,就是鼓励人们有不一样的想法。我觉得中国和日本的传统里都有“面子”的文化,怕失败和丢脸。但是作为科学家,是必须失败的,如果从不失败那不是创新。科学家需要一次次摔倒后再起来,再试一次。如果怕摔倒,怕丢面子,摆脱不了这种东西,那是很难创新的。

中国历史上有过很多发明创造,比如中国发明了马镫,让骑兵与马融为一体,是中国的第五大发明。中国发明(invent)了太多东西,但突然在清朝停止了,好像这个国家不再有发明的想法了。一直到最近几十年,中国又开始发明了。

我这样谈论中国也许有些粗鲁,但我的确认为,中国擅长制造东西,但在想法方面并不是那么出色。我希望大学里的年轻人,不要那么厌恶风险,而是有一些跳出框框思考的勇气,敢于冒险做一些让人惊叹的东西,有一些“我不在乎失败”的勇敢。

我看到的一个中国创新案例是微信,真的太棒了,我竟然发现有人给乞讨者10块零钱,他却说“用微信给我吧”。有微信这样产品想法的人都是天才,是Jack Ma做的吗?

秦朔:不是,是Pony Ma的腾讯公司做的。Jack Ma的公司是阿里巴巴。

温切斯特:Jack Ma我们都知道,Pony Ma和他是亲戚吗?

秦朔:不是。

温切斯特:中国需要更多的Pony Ma、Jack Ma这样有想法的企业家。

秦朔:你的书开头引用了刘易斯·芒福德的话,“我们必须像重视科学、发明创造和务实组织一样,重视情感的激发、道德与美学价值的表达。忘记该死的汽车,为爱人和朋友建造城市吧”,你还说“对于各位读者而言,最好将这些话铭记于心”。这是为什么?

温切斯特:当人类通过更好的精确性去实现以前无法实现的目标时,我们也必须开始思考我们真正追求的是什么。人类保有善良,比任何机器都重要。

机器可以帮我们做太多事情,我们自己不必计算、拼写、正确地使用语法、从A地走到B地,机器都会帮我们完成。有越来越多节省体力的设备,比如电梯、吸尘器和电动牙刷,或者像电影《机器人总动员》(WALL·E)里面的情景,地球污染太严重,人类搬到了人造卫星上,一切都是自动的,人什么都不用干,只需要躺着看电视喝饮料。如果都这样的话,我们的身体就会变懒。

如果你去看伟大的希腊哲学家,苏格拉底、亚里士多德、希罗多德、毕达哥拉斯,他们只懂一种语言,没有多少书面历史可以学习,他们也不太了解地理,因为没有去过多少地方。我们呢,我们似乎知道很多知识,但真的需要知道吗?我的感觉是,不能让电子设备掌控你的大脑,要把大脑放在清水中洗一洗,把不必要的信息全部洗掉,让我们自由地思考重要的事情,就像苏格拉底、柏拉图和亚里士多德那样纯粹、专注地做出有深度的思考。这可能会改变社会的走向。

《沉思录》的作者帕斯卡说:“人类所有的问题都源于人类无法独自安静地坐在房间里。”现在无论是气候变化,欧洲大陆的战争,中美的冲突,人工智能的冲击,等等,世界处于悲观情绪之中。人们需要安静下来,带着乐观情绪去思考如何解决问题,让自己变得更好。

也许从来都没有完美,只有平衡。像意大利,一个历史上充满混乱和战争的地方,却产生了那么多美妙的艺术和美妙的汽车。瑞士100多年来完全和平,但除了钟表,好像没有产生什么。

就个人而言,我居住在美国,一个并不安全的地方,假如我从曼哈顿的第14街走到时代广场,路上很多人看起来都不怀好意。但让我选择的话,我还是选择住在这里,这里有奇奇怪怪的创意,有这样那样的争论,共和党和民主党,黑人和白人,支持堕胎的和反对的,同性恋的和不同性恋的,很动荡,很混乱,但在混乱中,史蒂夫·乔布斯这样的人也出现了。这是一个不完美的国家,非常不完美,但到生命的尽头我还是会在这里。

秦朔:你去了上海、苏州,这些地方是非常安全的。

温切斯特:是的,极其安全。人们很有礼貌,很干净。

秦朔:中国正在推动创新驱动,你有什么建议吗?

温切斯特:希望这不是冒犯,我认为在历史上,你们更加儒家主义,我们更加亚里士多德主义。这种文化根植在彼此心中。儒家主义建立了很多的法令(a lot of rules),亚里士多德主义打开了很多的门(a lot of doors)。

对我来说,我不在乎是否会丢面子,不会因为失败而僵化,我对失败免疫了,因为我知道不断尝试和失败后就会成功。

中国现在已经开始了创新的旅程,我希望中国的年轻人,聪明的年轻人,能够用新的方式去思考,保持乐观和好奇心,保持独立的思考,这样国家的创新就是有希望的。

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