計量，質(zhì)量的保證、創(chuàng)新的基礎(chǔ)

2018-09-12 07:21:34◆邵力/文

上海質(zhì)量 2018年8期

◆邵力/ 文

在質(zhì)量這個大主題下，從不同的視角切入，能讓我們對質(zhì)量的理解更加全面、更加深刻。今天，我想從基礎(chǔ)的也是專業(yè)的計量視角，談一談質(zhì)量。

什么是計量

計量是測量及其應(yīng)用的科學(xué)，是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、保證量值準(zhǔn)確可靠的活動。計量和測量是兩個詞，在含義上有所不同。計量不是一個單純的測量活動，也不是單一的技術(shù)行為或動作，而是圍繞測量的一系列活動。

計量離不開國家行為。它起源于原始社會，是伴隨著制造生產(chǎn)工具、分配生活物品、交換剩余物品等社會生產(chǎn)力的發(fā)展而產(chǎn)生的。度量衡制度，是計量最早的、比較完整的管理制度。整個封建社會，每逢改朝換代常常要重新頒布“度量衡”制度，因此計量是國家管理和國家制度當(dāng)中的一個重要的基礎(chǔ)部分。

近代計量的標(biāo)志是國際《米制公約》的簽訂，它意味著計量的統(tǒng)一從國家層面走向了國際，通過采用某些統(tǒng)一的國際單位制，保證測量結(jié)果的一致。它逐步引入了物理量的概念，計量參數(shù)多以實物為基準(zhǔn)。米，就是依據(jù)國際米原器，用薄鋁合金制作成一種實物，再傳遞到各個國家，然后由這個國家作為國家的基準(zhǔn)，再一級級傳下去。

現(xiàn)代計量的標(biāo)志是1960年國際計量大會通過并建立的國際單位制（SI），這意味著單位制在國際上走向了統(tǒng)一。在此之前，各國單位制可謂五花八門。如中國，中藥店有中藥店的單位制，珠寶行有珠寶行的單位制。在推行國際單位制實施方面，中國是走在前面的，而且力度很大。就目前而言，除了局部領(lǐng)域，比如航空制造業(yè)、公共事業(yè)管理中的煤氣管、消費領(lǐng)域的電視機等產(chǎn)品，其部件和零部件因為長期歷史形成的原因還大量存在著英尺等單位外，其他領(lǐng)域都施行了國際單位制。

從具體的內(nèi)容實施來說，計量是以科學(xué)計量為基礎(chǔ)，一方面廣泛地應(yīng)用于工業(yè)和產(chǎn)業(yè)，與企業(yè)密切相關(guān)，另一方面作為技術(shù)支撐和保障，被應(yīng)用于政府主導(dǎo)的各項社會事業(yè)中。從專業(yè)領(lǐng)域來說，計量工作分為幾何量、熱學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、無線電、聲學(xué)、時間頻率、電離輻射十大類。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，十大計量的邊界越來越模糊，已經(jīng)打破了專業(yè)的十大計量分類。計量因為是有基準(zhǔn)的，所以到應(yīng)用層面是有溯源的。除了七個基本量，其他的都是導(dǎo)出量。

計量所發(fā)揮的作用，主要還在整個生產(chǎn)過程中，來自企業(yè)和生產(chǎn)一線的人應(yīng)該有這方面的體會。因為計量不準(zhǔn)（包括計量單位換算的問題），歷史上曾出現(xiàn)過一些重大的傷害實踐。比如，公制和英制沒有銜接好，美國的飛機報廢；計量出問題了，炮彈和炮筒型號對不上，導(dǎo)致戰(zhàn)爭失利；等等。

計量由上往下傳遞叫量傳，計劃經(jīng)濟時代常用這種方式；由下往上叫溯源，未來市場主導(dǎo)的就是這種溯源方式，由使用者（比如企業(yè)）自己主導(dǎo)如何溯源，通過尋找正確的路徑，確保包括產(chǎn)品、設(shè)備、參數(shù)的準(zhǔn)確、可靠。準(zhǔn)確性、一致性、法制性和溯源性是計量的特性。從這些特性可以看出，它不是純技術(shù)性的，而是包含了管理的特性。

計量像空氣一樣，與人類生活緊密相連，無處不在、無時不有，涉及社會經(jīng)濟活動的各個領(lǐng)域，是維護秩序重要的基礎(chǔ)。盡管重要，但經(jīng)常扮演的是默默無聞的配角，發(fā)揮的作用也不是一目了然。但大多數(shù)歐美發(fā)達國家對計量工作都極為重視，投入也非常大，每年都要做出相應(yīng)的評估報告。

計量是國家主權(quán)的象征。說到國家統(tǒng)一主權(quán)，大家就會想到領(lǐng)土、領(lǐng)空、領(lǐng)海、貨幣、軍事、外交等，其實計量也是國家主權(quán)統(tǒng)一的重要標(biāo)志。在未來，這種主權(quán)意味將更加明顯。

計量事關(guān)國家核心利益，是國防的重要支撐。這個提法，在過去提的很少，現(xiàn)在則在突顯。比如說，導(dǎo)彈準(zhǔn)不準(zhǔn)主要是時間頻率問題。時間準(zhǔn)了，導(dǎo)彈就準(zhǔn)。時間是計量最基本的參數(shù)，時間準(zhǔn)不準(zhǔn)決定了武器裝備在什么能級、什么水平上?，F(xiàn)在，時間計量最準(zhǔn)的是美國，我國還在“追趕”階段，追趕上去之后才能“并跑”、“領(lǐng)跑”。

計量是保證國民經(jīng)濟正常運行和公平貿(mào)易的基礎(chǔ)。如貿(mào)易結(jié)算采用誰的計量基準(zhǔn)，關(guān)系到每個國家的GNP。根據(jù)國外分析數(shù)據(jù)，計量對國民生產(chǎn)總值（GNP）的貢獻率在4%～6%之間，計量的投入效益比在1:5～37之間。我們國家現(xiàn)在還沒有形成一套類似的評估體系，但美國隸屬于商務(wù)部的國家計量院，每隔一段時間就會做出一份類似的評估報告。

計量是科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，工業(yè)生產(chǎn)中從原材料的篩選到定額投料，從工藝流程監(jiān)控到產(chǎn)品的品質(zhì)檢驗，都離不開計量。近年來，國外經(jīng)濟發(fā)達國家，把優(yōu)質(zhì)原材料、先進工藝裝備和現(xiàn)代計量檢測手段，視為現(xiàn)代化生產(chǎn)的三大支柱。而對于我國“9+X”戰(zhàn)略中提到的新興產(chǎn)業(yè)，沒有相應(yīng)的計量保證是無法想象的。

同樣，計量和我們的生活也密切關(guān)聯(lián)。圖1列舉了國家強制檢定計量器具的四大領(lǐng)域。

計量是建設(shè)質(zhì)量強國的基礎(chǔ)

最近，質(zhì)量相關(guān)領(lǐng)域比較關(guān)注的國家質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)NQI，不僅僅與我們的生活息息相關(guān)，更是一個國家走向質(zhì)量強國、經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的根基。NQI已經(jīng)成為科技部的一個重大專項科研項目，就像原來“863計劃”一樣在進行專項實施。

談質(zhì)量，離不開一些基本要素，比如計量、標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證認(rèn)可等。三者相互關(guān)聯(lián)，密不可分。計量是質(zhì)量提升的基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)是引領(lǐng)質(zhì)量提升的依據(jù)，認(rèn)證認(rèn)可、檢驗檢測是傳遞質(zhì)量信任的手段。沒有計量測量就沒有標(biāo)準(zhǔn)，也沒有所謂的認(rèn)證認(rèn)可。所以這些基礎(chǔ)要素中，計量更為基礎(chǔ)。

從歷史層面來看，計量在前三次工業(yè)革命中發(fā)揮了重要作用。第一次工業(yè)革命，計量的統(tǒng)一和力學(xué)的發(fā)展是基礎(chǔ)；第二次工業(yè)革命，電的發(fā)明和應(yīng)用成為主要驅(qū)動力；第三次工業(yè)革命，計量領(lǐng)域的拓展和精度的提高為其提供了強有力的技術(shù)支撐。

圖1 計量與日常生活

從科技層面來看，計量是科技創(chuàng)新的源泉?？茖W(xué)中的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)都離不開計量測試。以往的諾貝爾獎獲得者中，有不少是從事計量基礎(chǔ)參量、方法等研究的學(xué)者。德國聯(lián)邦物理研究院介紹手冊，封面貼滿了照片，每一個都是諾貝爾獎獲得者。

從企業(yè)層面看，質(zhì)量是企業(yè)的生命。沒有計量就沒有質(zhì)量，沒有質(zhì)量當(dāng)然就沒有效益。計量，是保證質(zhì)量的技術(shù)手段。這里有兩個案例，都是企業(yè)因計量失準(zhǔn)而造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

案例一：江蘇某動力機生產(chǎn)廠在制造S195型柴油機時，曾因測量含磷量的分析儀器失準(zhǔn)，導(dǎo)致測量的生鐵含磷量值不準(zhǔn)，投料澆出兵球墨鑄鐵全部開裂，造成經(jīng)濟上的巨大損失。

案例二：西安某電機廠使用了一批不合格的軸承和電機配套，未經(jīng)檢驗就投入總裝出廠，在香港外銷時，不得不全部換成國外生產(chǎn)的軸承，造成國家和企業(yè)在經(jīng)濟和信譽上的損失。

計量和企業(yè)效益密切關(guān)聯(lián)，效益是企業(yè)的發(fā)展動力。精打細算、精細化管理、經(jīng)濟效益測算等，都離不開精準(zhǔn)的計量。企業(yè)降成本，通常都有一些硬性指標(biāo)。很多企業(yè)把降成本的首選目標(biāo)放在了計量口，讓計量的人員和設(shè)備降到最低。其實，更應(yīng)該利用計量的手段，通過管理計量在原材料和能耗等方面下功夫、降成本。如某石化公司結(jié)合企業(yè)計量實際，將原油卸船、原煤入廠、成品油出廠，以及與公司關(guān)聯(lián)交易的外供能源等列為效能監(jiān)察重點工作，通過計量效能監(jiān)察為企業(yè)挽回損失400多萬元。

計量是企業(yè)的安全基礎(chǔ)，很多生產(chǎn)企業(yè)出現(xiàn)事故，最后排摸安全原因時都能看到計量方面的問題，比如報警器受損失靈、壓力表沒按規(guī)定及時檢測等。高鐵動車的主要受力部分——車輪和輪軸，如果出現(xiàn)1毫米的裂紋，就是很嚴(yán)重的“內(nèi)傷”，但肉眼難查，需要利用精密的測量工具——超聲波儀器來對動車車輪、輪轂、輪輻內(nèi)部進行深度檢測。如果計量不準(zhǔn)，就無法保障列車的安全。

現(xiàn)在是大數(shù)據(jù)的時代，而計量是大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)（見圖2）。數(shù)據(jù)有很多種類型，基礎(chǔ)來源是傳感器。而傳感器傳出來的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確、可靠，依靠的便是計量測試。對于計量領(lǐng)域來說，大數(shù)據(jù)是新的資源、新的礦藏。

此外，企業(yè)新產(chǎn)品的論證、研發(fā)、技術(shù)改造、市場分析等也離不開計量，計量是企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的基礎(chǔ)。

圖2 計量是大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)

計量服務(wù)社會支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展

計量作為國家的基礎(chǔ)戰(zhàn)略資源，關(guān)系到整個國家戰(zhàn)略的實施。計量未來的發(fā)展趨勢將越來越聚焦于國家的戰(zhàn)略，貼近產(chǎn)業(yè)的一線，走向國際。

順帶介紹一下上海市計量測試技術(shù)研究院的情況，從中可以了解計量在服務(wù)于社會發(fā)展和支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起到的作用。

我院是市財政差額撥款的公益性科研事業(yè)單位，掛“上海計量測試技術(shù)研究院”、“華東國家計量測試中心”、“中國上海測試中心”三塊牌子。通俗地講，這三塊牌子一個反映了我們的法律地位，一個反映了能級地位，一個反映了國家級的平臺地位。我們計量院不僅是上海的最高標(biāo)準(zhǔn)，也是華東六省一市的最高標(biāo)準(zhǔn)。

從某種意義上說，計量院從事的也是現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的一種。從事服務(wù)、為社會出具數(shù)據(jù)和報告，前提條件是要獲得相應(yīng)的資質(zhì)。計量院的資質(zhì)有很多，有政府的、第二方的、第三方的、國際的。其中比較突出的，是我們擁有兩項國家計量基準(zhǔn)。國家基準(zhǔn)在地方上（除了北京、四川）的很少，這也反映了計量院的地位和上海的能級水平。

我院年檢測臺件數(shù)約為148萬，服務(wù)涉及鋼鐵、石化、航空、汽車、船舶、醫(yī)藥、儀電、紡織、計算機、電氣、廣電、輕工、城建、機場、電力、交運等各個行業(yè)的企事業(yè)單位近2萬家，業(yè)務(wù)覆蓋全國絕大部分省、市、自治區(qū)。市場服務(wù)注重人性化，包括“最后一公里”溫馨服務(wù)，定時、定點、定人、定承諾、定費用的“五定”上門接送服務(wù)，以及開展顧客滿意指數(shù)（CSI）調(diào)查，展示了計量院良好的社會形象和服務(wù)品牌。我院的業(yè)務(wù)已經(jīng)拓展到了境外，因此我院在我國的香港地區(qū)和臺灣地區(qū)，以及韓國、新加坡、澳大利亞等地都進行了商標(biāo)注冊，作為機構(gòu)形象和品牌建設(shè)的一個組成部分。

圍繞國家戰(zhàn)略實施，我院建立了國家衛(wèi)星導(dǎo)航與定位服務(wù)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（上海）等機構(gòu)以服務(wù)于國家北斗導(dǎo)航建設(shè)，是國內(nèi)服務(wù)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)綜合實力最強、檢測范圍最全的高端檢測實驗室。

我院也為我國自主研發(fā)新型核電技術(shù)提供計量測試技術(shù)支撐，為核電設(shè)施的安全運行提供保障，圍繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全溯源鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈、全壽命周期，使核電產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略定位和戰(zhàn)略目標(biāo)更具有前瞻性，提供的全過程計量技術(shù)服務(wù)。

我院還為空氣凈化產(chǎn)品提供檢測服務(wù)。中國的空氣凈化產(chǎn)品無論品種、質(zhì)量，還是水準(zhǔn)都是世界一流的。

此外，我院還為國家節(jié)能減排、大飛機建設(shè)、公共安全和人體健康提供專業(yè)的服務(wù)。這里要專門提一下公共安全方面的服務(wù)。計量院這類機構(gòu)在整個社會平穩(wěn)安全的時候，作用并不顯現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)突發(fā)狀況，機構(gòu)的作用就顯現(xiàn)出來了，比如幾年前的奶粉事件、日本福島核危機、甲流等。

計量發(fā)展前沿和未來的趨勢

現(xiàn)代計量的特點是以量子理論為基礎(chǔ)，將計量基準(zhǔn)由宏觀的實物基準(zhǔn)向微觀的量子基準(zhǔn)推進。當(dāng)然，這個過程所花費的時間比較長，大概要用幾十年的時間完成。將來，所有的參量特別是基本參量，全部要過渡到量子基準(zhǔn)。

計量是人類共同的技術(shù)語言，是人類共有的基礎(chǔ)工具。我們正處在國際單位制量子化的變革之中，量子基準(zhǔn)逐漸取代實物基準(zhǔn)，國際單位制開始了使用基本物理常數(shù)或自然常數(shù)定義的新紀(jì)元，復(fù)現(xiàn)基本單位具有了獨立性。這種獨立性意味著多中心化，只要掌握了一些參數(shù)，基準(zhǔn)不再限定于國家、國際，實驗室就可以成為基準(zhǔn)。就像現(xiàn)在所謂的自媒體，每個人都可以成為媒體一樣，計量也在向這個趨勢發(fā)展，逐漸扁平化。以后，隨著溯源和量產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和改進，將省掉很多中間環(huán)節(jié)，使計量的實施更為便捷。而先進國家計量院的發(fā)展具備了自身研制并保存基準(zhǔn)的能力，從而成為計量學(xué)研究的主體。

七個國際單位均被重新定義，除質(zhì)量單位（kg）之外，均實現(xiàn)了基于自然常數(shù)下的復(fù)現(xiàn)。比如，長度單位——米（m），被定義為“1/299792458秒的時間間隔內(nèi)，光在真空中行程的長度”，從而替代了原來基于光譜線波長的米的定義。

計量的新領(lǐng)域，包括化學(xué)計量、生物計量、醫(yī)學(xué)計量等?；瘜W(xué)計量的標(biāo)準(zhǔn)是消耗型的標(biāo)準(zhǔn)，不像物理量傳遞好參數(shù)之后，這個產(chǎn)品或裝備還繼續(xù)存在，因此不存在像物理計量溯源那樣清晰的鏈路，而是通過核心測量能力的建立來實現(xiàn)對各類物質(zhì)分析測量能力的覆蓋。還有生物計量。大家知道，生物最重要和最基本的特征是進行新陳代謝及遺傳。所有生物都具備合成代謝以及分解代謝的能力——這是相反的兩個過程，并且繁殖下去——這是生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)。在這個新興領(lǐng)域，我同樣非常期待新的表征生命基本量的誕生。

未來計量發(fā)展的新趨勢，我歸納為三方面的特征：計量的嵌入、實時校準(zhǔn)和溯源鏈扁平化。

計量在設(shè)計階段就已經(jīng)或?qū)⒈磺度氲疆a(chǎn)品和系統(tǒng)中，作為其部分功能被使用，以發(fā)揮技術(shù)融合的優(yōu)勢。

關(guān)鍵的測量系統(tǒng)實現(xiàn)“一直開啟”和“一直實時校準(zhǔn) ”，在測量當(dāng)時就可實現(xiàn)直接溯源，使得用戶可以將“計量”植入到生產(chǎn)過程，產(chǎn)品和服務(wù)中。

具有自我校準(zhǔn)和溯源功能的機器工具，可被用于現(xiàn)場測量設(shè)備，這些設(shè)計到產(chǎn)品中的計量方案多采用基準(zhǔn)級計量方案，從而帶來量值溯源鏈扁平化的變革。

實際上，日常生活中這三個特征都已經(jīng)表現(xiàn)出來了。我們的手機、電腦、部分可穿戴設(shè)備等，隨時隨地處于時間的校準(zhǔn)狀態(tài)當(dāng)中，這就是扁平化的一個狀態(tài)。只是我們校準(zhǔn)的，都是GPS（全球定位系統(tǒng)）時間，GPS是成功地將計量校準(zhǔn)嵌入到系統(tǒng)中從而實現(xiàn)高精度定位授時的一個實例。不過，GPS時間是美國人掌控的，對于我國而言存在很大的安全隱患。包括整個國家和很多的交易中心、交易所，它的基礎(chǔ)時間頻率用的都是GPS。

小結(jié)

1.計量測試關(guān)系到各個層面，深入人類發(fā)展的所有領(lǐng)域。

2.當(dāng)前，我國進入新時代中國特色社會主義時期，建設(shè)質(zhì)量強國需要計量測試提供更有效的支撐。

3.徐匡迪到上海市質(zhì)技監(jiān)局調(diào)研時講過，“上海的計量測試工作在全國是基礎(chǔ)最好的”，現(xiàn)在看來也是如此。但計量測試要適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還有很多工作要做。