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《从接触式表面分析转向非接触式表面分析》

  • 来源专题：智能制造
  • 编译者： icad
  • 发布时间：2023-10-08

  • 计算机辅助设计（CAD）大大加快了将创意推向市场的过程。如今，从儿童玩具到客机的各种产品在制造单个零件之前完全在虚拟环境中设计。

    当零件表面是用户的第一印象，或者他们需要与配合零件上的表面交互或执行特定功能时，真正的设计工程就开始了。由于我们知道表面光洁度会影响零件反射光线、与其他零件相互作用甚至分布润滑的方式，因此使用正确的程序测量表面光洁度非常重要。近 100 年来，二维粗糙度和波纹度分析一直是质量控制不可或缺的一部分。无论是使用撬装探测系统的粗糙度参数，还是使用无滑撬测量系统的波纹度/轮廓，都可以使用许多系统。使用2D工具对表面进行一条或多条迹线，以记录粗糙度/波纹度测量所需的关键特征。当垂直观察时，生成的表面图提供了横跨平面的偏差，并且通过使用特定的表面/波纹度/轮廓分析，提供了表面的指示。

    这些 2D 系统仍然是最常用的表面分析工具，因为它们具有价值、便携性、易于操作以及行业标准和制造商之间的通用语言。然而，随着表面公差缩小到亚纳米级，新的制造工艺不会产生与典型机床相同的“图案”。此外，对设计师涂层、粘接、润滑、摩擦等的需求也更高，这意味着单个轮廓可能无法提供足够的数据来分析表面积。这就是3D表面测量可以提供所需分析的地方。如今，可以使用视觉、共聚焦图像分析和干涉测量的光学表面分析系统。当需要关注功能结构（如突起或凹陷）以及确定核心参数或表面的承载能力时，使用光学测量技术的 3D 测量非常有用。在评估不均匀和多孔表面（如陶瓷和铸造材料）时，还需要非破坏性、与材料无关的表面定量。图片来源：Mahr Inc.3D 光学表面系统在地形图上提供有关测量区域每个点的高度、强度和颜色的高度详细信息，使操作员能够获得表面的真实表示。通过更大的数据集大小提供更大的统计确定性，系统可提供微米和纳米分辨率的表面光洁度和微几何信息，包括 2D 和 3D 表面粗糙度、轴承面积、平面度、深度等等。产品表面的外观将决定高端电子产品、汽车甚至家用触摸表面的购买决定。在涂覆涂料、油漆或粘合剂时，表面必须具有一定的、指定的粗糙度，以确保可持续的粘合。通过 2D 测量，仅检查特定线条的粗糙度质量，而 3D 表面分析可为更广泛的区域提供保证，从而避免代价高昂的工艺中断和粘合失败。

    3D 测量目前用于航空航天、汽车、电气工程、机械工程、医疗技术、光学和可再生能源等尖端行业的实验室或生产环境。国际标准提供了执行粗糙度测量所需的步骤，以便进行测试的每个人都遵循相同的规则并达到相同的结果。虽然 2D 和 3D 的许多测量参数是相同的，但某些特定参数只能通过 3D 测量来实现（因为这些表面参数需要面积而不是单个轮廓）。ISO 4287 和 ISO 13565 是常见的二维表面测量标准。ISO 2定义了使用触针轮廓仪进行表面测量的4287D技术表面纹理，并详细说明了评估的规则和程序，并且通常记录长度为几毫米的轮廓。ISO 2 详细说明了用于具有分层功能属性的表面的过滤方法。ISO 3 标准定义了 25178D 全球可追溯性的基础，该标准详细介绍了 3D 表面纹理参数及其识别方法。这是第一个同时考虑3D表面纹理的测量和规范以及涵盖非接触式测量技术的国际标准。

    总之，二维表面测量是快速验证广为人知的产品和工艺表面光洁度的绝佳选择。另一方面，当表面技术复杂、需要更高的统计确定性或材料需要非接触式方法时，2D 非接触式测量可能是更好的选择。

  • 原文来源：https://www.mmsonline.com:443/articles/moving-from-contact-to-noncontact-surface-analysis
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Think近期分析显示，尽管2023年约50%的期刊文章以开放获取形式发表，但在价值约110亿美元的学术期刊市场中，开放获取出版仅占出版商收入的20%左右。 图1.2023年开放获取文章占比与收入占比     这一分析揭示了两大核心结论：     ·开放获取出版对研究机构更具成本效益：即便尚未深入探究“谁付费”“付多少”“如何付”等深层问题，开放获取出版已展现出远高于传统订阅模式的资金使用效率。     ·订阅付费墙对学术界的财务负担远超开放获取：尽管消除付费墙的努力已持续数十年，基于订阅的收入模式仍占据主导地位。 虽然对文章处理费（APC）的担忧确有其道理——尤其是作者端APC可能形成新壁垒的风险——但更严峻的挑战在于订阅商业模式对付费墙的长期固化。TAs的根本逻辑，正是基于重组学术期刊出版领域的机构投资，以直面并瓦解传统订阅模式的必要性。     二、何以至此？     过去几十年间，随着开放获取需求增长，订阅出版商推出了混合开放获取模式，即在订阅期刊中发表单篇开放获取文章需额外收费。这种“双重收费”行为为出版商创造了两个独立收入流。混合开放获取费用大多游离于图书馆监管之外，导致机构或国家层面的学术共同体成本呈指数级增长。     TAs的核心理念在于，将订阅期刊转型为开放获取无需额外资金支持——从根本上反对在图书馆订阅费之外叠加混合APC；它主张围绕开放获取重组图书馆订阅投资。正如Schimmer等人在《MPDL白皮书》中所强调的：“若不同时消除或系统性改革订阅费用，出版成本支付机制的创新将无法全面铺开。图书馆现有文献采购预算必须成为这场变革的核心资金池”。     MPDL白皮书通过扎实的数据分析首次证明，机构对订阅系统的资金投入已足以支撑大规模开放获取转型，而无需向作者收取APC费用。但这一理念并非全新，Peter Suber在其开创性著作《开放获取》中早有相同论断“要支持各类高质量开放获取期刊，我们不需要新资金，只需重新调配当前用于同行评审付费期刊的支出”。     在早期实践中，TAs通过将订阅与开放获取支付体系整合为图书馆及联盟主导的统一框架，改变了学术出版格局。通过深度介入开放获取出版领域（不仅限于协议谈判，还包括系列配套行动），图书馆拓展了服务范围，开启了重新定义自身学术交流角色的进程——从内容采购者转变为出版生态的塑造者。 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    TAs的基本框架为机构与出版商提供了兼顾双方利益的综合性方案。出版商通过维持稳定收入流获益，从而实现向新型开放获取商业模式的平稳过渡，机构则大幅提升其最新研究成果的即时开放比例，确保作者保留作品使用权与二次创作权，并免除同一期刊中作者端的APC费用，更积累了开放获取流程管理的重要经验。     然而，对于参与协议概念设计的早期实践者而言，始终存在一项共识：若持续依赖预付费模式下的固定发文量上限，我们将陷入“大宗订阅交易”的固化逻辑陷阱。正因如此，绝不能允许初期版本的TAs成为未来标准。      ESAC Spectrum（ESAC倡议组织，2022年）为协议升级规划了路径，第二阶段协议应涵盖开放获取出版权、支付模式、风险共担机制、可持续性保障、开放获取流程优化、资金透明度，以及对开放获取转型的实质承诺。这意味着协议设计需突破现有框架，通过动态定价模型取代固定发文配额，建立基于实际出版量的弹性付费机制，并将资金流向与学术质量指标挂钩，从而构建真正以知识共享为导向的出版生态。     四、TAs第二阶段：如何退出     虽然第一阶段的成本中性协议为机构和出版商提供了“入场”的便捷路径，并实现了资金流的透明监管，但下一阶段的目标是重组订阅预算，彻底摆脱传统印刷支出。为此，需引入客观的、数据驱动的成本标准——即将投资规模与协议框架下实际发表的文章数量挂钩。     为避免TAs沦为新一代“大宗交易”、防止图书馆陷入转型停滞期，有效策略是拆分固定的一次性开放获取费用或设置发文量上限，转而采用后付费模式。通过标准化流程、验证机制及完善元数据的支撑，使资金投入与实际发文量形成动态关联。这种转变能确保费用分配基于协议下的真实出版活动或服务提供，而非受限于出版商基于历史收入预期的预设配额。     初级阶段的协议谈判通常基于历史订阅成本，但在完全开放获取商业模式中，阅读费用已失去存在意义。因此，要彻底摆脱传统付费墙费用结构，关键举措是在协议签署初期或通过多个周期逐步淘汰所有阅读费用。目前，瑞典Bibsam联盟等先行者已在实践这一策略，其最新谈判正聚焦“出版即服务”（publishing as a service）模式。下文将以马克斯·普朗克数字图书馆为例展开具体分析。     在订阅模式和预付式TAs下，机构资金被长期锁定，限制了其战略投资开放获取的灵活性。而采用后付费模式，图书馆可确保资金承诺与作者的实际出版偏好直接匹配，使资源分配更契合机构使命。后付费模式解放了机构预算，让资金能够跟随作者的出版选择流动。     五、让资金跟随作者选择     研究人员往往与知名期刊有深厚联结，这些期刊常被视为学科共同体的代表，承担着内容筛选、质量把控等核心功能。作者在选择投稿期刊时，除开放获取因素外，还会权衡期刊声誉、领域契合度、读者群体、影响因子、录用概率、审稿周期、主编及编委构成等要素。     在此背景下，TAs也是对过往资助机构开放获取政策教训的回应。近几十年开放获取运动进展缓慢，很大程度上源于对作者的负担——他们面临快速变化且常互相冲突的政策要求，合规成本陡增，导致向新出版模式和平台转型困难重重。     相比之下，TAs为作者创造了在其熟悉的环境中零负担实现开放获取出版的路径。它无需强制改变作者行为，而是通过在其信赖的期刊中嵌入开放获取选项，将开放获取融入科研流程，最大程度减少阻力并提升参与度。     六、马克斯·普朗克数字图书馆的实践路径     MPDL是TAs的早期践行者，将其作为改革学术出版支持体系的核心战略，并深度参与协议演进的全球讨论。     我们以成本中性协议成功开启转型，但很快发现，要实现财务可持续性，必须从传统预付费模式转向包含后付费机制的协议。随着协议重心从“阅读权”转向“开放获取出版权”，我们意识到，机构对某家出版商的订阅投入与其科研人员的实际发文量未必匹配。因此，需基于预算规模与作者发文趋势的战略分析，构建以实际出版量为基准的公平分担机制。这一战略评估推动我们采用资金再分配谈判策略，减少对高额且不透明订阅费出版商的过度投入，将资金转向亟需支持的领域，使采购预算真正跟随作者选择流动。 图2 按出版商划分的马克斯·普朗克学会科研人员期刊发文量分布 注：长尾区域出版商标识代表已签署协议，数据来源于MPDL大数据分析团队     德国Projekt DEAL项目为数百家公共机构谈判达成的全国性协议，通过引入“出版即阅读”（PAR）费用概念，建立基于单篇文章的出版商补偿框架，极大推进了我们的战略。但我们并未止步于DEAL覆盖的大型出版商，而是刻意将协议范围扩展至科研人员关注的所有重要出版商——从行业巨头到小型学协会期刊，由此构建开放获取出版的公平支持体系，确保资金覆盖作者选择的任何出版平台。 图3.通过TAs削减订阅过度投入，基于机构作者发文趋势将预算转投开放获取出版     这场变革绝非坦途。我们历经数年筹备，例如在团队内建设开放获取交易管理能力以处理每年数千篇文章、将预算重组为开放获取导向的灵活信息经费、与多方利益相关者紧密协作，甚至在谈判中采取强硬举措（包括终止部分协议）。但回报同样可观。 图4 MPDL年度文献访问许可费与开放获取出版支出对比     七、开放获取转型并非零和博弈     在我们的战略中，TAs发挥着关键作用：摆脱订阅逻辑桎梏，尽可能减少传统期刊订阅投入，并将资源重新配置以支持更广泛的开放获取模式。     TAs虽至关重要，但并非唯一选项。我们的战略映射出版业生态的多样性及服务对象的多元需求：既通过中央谈判扩展开放获取协议覆盖的完全开放获取期刊范围，也支持钻石开放获取（Diamond OA）、预印本社区评议、协作式开放专著模型、“开放订阅”（Subscribe to Open）及开放基础设施等新兴模式。     在传统订阅模式及当前基于预付款的TAs下，预算被长期锁定，我们支持这些多元模式的能力将严重受限甚至完全丧失。实践表明，在支持不同开放获取模式与TAs之间做选择实为伪命题——二者并非互斥关系。     八、系统性变革始于个体承诺     MPDL的实践经验挑战了普遍认知——TAs并非仅仅是“大宗交易”的延续，将其纳入图书馆战略也不会必然耗尽预算。事实上，正是订阅逻辑通过固化机构支付结构限制了灵活性，阻碍了适应作者快速演变的出版需求的能力。     MPDL的实践表明，当资金跟随研究者流动，出版商将在公平环境中展开竞争。这种以作者出版选择为导向的图书馆预算系统性重组不仅可行，更能通过消除作者端付费彻底破除壁垒。文章处理费（APC）的症结，在于其作为附加费用叠加在本就存在不平等问题的陈旧订阅体系之上。正如本文开篇Delta Think图表所示，订阅模式本身的问题同样不容忽视。     或许有人质疑，马克斯·普朗克学会作为资金充裕的顶尖研究机构，在谈判TAs时享有特权，更容易主张学术出版作为科研流程的有机组成部分应获得相应资助。但我们的案例恰恰证明：TAs可在不增加总成本的前提下成功实施，其经验可为不同规模、不同资金状况的机构提供借鉴基础。我们在转型中取得的进展，基于扎实数据分析的顶层设计与战略谈判——这些务实举措无需庞大资源支撑，具有广泛适用性。     全球范围内日益普及的TAs表明，各类规模、地域的图书馆及联盟均可利用现有资源“启动”开放获取转型。而要最终“完成”转型阶段，需重组投资策略，将作者需求与开放获取出版服务置于核心。转型管理绝非易事，但OA2020、ESAC等倡议通过构建知识共享网络，确保谈判始终服务于学术共同体的核心利益。     开放获取转型充满挑战，推动者常陷于两难境地：既要应对既得利益者的阻挠，又需承受来自改革阵营的尖锐批评——指责其进展迟缓、方法不当或成效不足。     TAs谈判能否解决学术出版的所有弊端与不公？答案显然是否定的。我们面对的是系统性难题，无法奢望单一方案破解全局。TAs虽不能根治结构性问题或颠覆科研文化，却能为现行学术出版体系注入亟需的透明度——这种积极变化既促进责任共担，也推动持续改良。它揭示深层矛盾，为探索未来商业模式与学术交流形态提供对话基础。     实现研究成果无障碍自由共享的愿景，是一项需要时间与毅力的艰巨使命。每个图书馆都应以负责任的姿态，从优化自身投资与满足作者需求起步。通过逐个协议的积累，我们终将共同推动学术交流生态迈向更开放、更公平、更具活力的未来。
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