计量，质量的保证、创新的基础

2018-09-12◆邵力/文

上海质量 2018年8期

◆邵力/ 文

在质量这个大主题下，从不同的视角切入，能让我们对质量的理解更加全面、更加深刻。今天，我想从基础的也是专业的计量视角，谈一谈质量。

什么是计量

计量是测量及其应用的科学，是实现单位统一、保证量值准确可靠的活动。计量和测量是两个词，在含义上有所不同。计量不是一个单纯的测量活动，也不是单一的技术行为或动作，而是围绕测量的一系列活动。

计量离不开国家行为。它起源于原始社会，是伴随着制造生产工具、分配生活物品、交换剩余物品等社会生产力的发展而产生的。度量衡制度，是计量最早的、比较完整的管理制度。整个封建社会，每逢改朝换代常常要重新颁布“度量衡”制度，因此计量是国家管理和国家制度当中的一个重要的基础部分。

近代计量的标志是国际《米制公约》的签订，它意味着计量的统一从国家层面走向了国际，通过采用某些统一的国际单位制，保证测量结果的一致。它逐步引入了物理量的概念，计量参数多以实物为基准。米，就是依据国际米原器，用薄铝合金制作成一种实物，再传递到各个国家，然后由这个国家作为国家的基准，再一级级传下去。

现代计量的标志是1960年国际计量大会通过并建立的国际单位制（SI），这意味着单位制在国际上走向了统一。在此之前，各国单位制可谓五花八门。如中国，中药店有中药店的单位制，珠宝行有珠宝行的单位制。在推行国际单位制实施方面，中国是走在前面的，而且力度很大。就目前而言，除了局部领域，比如航空制造业、公共事业管理中的煤气管、消费领域的电视机等产品，其部件和零部件因为长期历史形成的原因还大量存在着英尺等单位外，其他领域都施行了国际单位制。

从具体的内容实施来说，计量是以科学计量为基础，一方面广泛地应用于工业和产业，与企业密切相关，另一方面作为技术支撑和保障，被应用于政府主导的各项社会事业中。从专业领域来说，计量工作分为几何量、热学、力学、电磁学、光学、化学、无线电、声学、时间频率、电离辐射十大类。目前，随着科学技术的发展，十大计量的边界越来越模糊，已经打破了专业的十大计量分类。计量因为是有基准的，所以到应用层面是有溯源的。除了七个基本量，其他的都是导出量。

计量所发挥的作用，主要还在整个生产过程中，来自企业和生产一线的人应该有这方面的体会。因为计量不准（包括计量单位换算的问题），历史上曾出现过一些重大的伤害实践。比如，公制和英制没有衔接好，美国的飞机报废；计量出问题了，炮弹和炮筒型号对不上，导致战争失利；等等。

计量由上往下传递叫量传，计划经济时代常用这种方式；由下往上叫溯源，未来市场主导的就是这种溯源方式，由使用者（比如企业）自己主导如何溯源，通过寻找正确的路径，确保包括产品、设备、参数的准确、可靠。准确性、一致性、法制性和溯源性是计量的特性。从这些特性可以看出，它不是纯技术性的，而是包含了管理的特性。

计量像空气一样，与人类生活紧密相连，无处不在、无时不有，涉及社会经济活动的各个领域，是维护秩序重要的基础。尽管重要，但经常扮演的是默默无闻的配角，发挥的作用也不是一目了然。但大多数欧美发达国家对计量工作都极为重视，投入也非常大，每年都要做出相应的评估报告。

计量是国家主权的象征。说到国家统一主权，大家就会想到领土、领空、领海、货币、军事、外交等，其实计量也是国家主权统一的重要标志。在未来，这种主权意味将更加明显。

计量事关国家核心利益，是国防的重要支撑。这个提法，在过去提的很少，现在则在突显。比如说，导弹准不准主要是时间频率问题。时间准了，导弹就准。时间是计量最基本的参数，时间准不准决定了武器装备在什么能级、什么水平上。现在，时间计量最准的是美国，我国还在“追赶”阶段，追赶上去之后才能“并跑”、“领跑”。

计量是保证国民经济正常运行和公平贸易的基础。如贸易结算采用谁的计量基准，关系到每个国家的GNP。根据国外分析数据，计量对国民生产总值（GNP）的贡献率在4%～6%之间，计量的投入效益比在1:5～37之间。我们国家现在还没有形成一套类似的评估体系，但美国隶属于商务部的国家计量院，每隔一段时间就会做出一份类似的评估报告。

计量是科学技术基础，工业生产中从原材料的筛选到定额投料，从工艺流程监控到产品的品质检验，都离不开计量。近年来，国外经济发达国家，把优质原材料、先进工艺装备和现代计量检测手段，视为现代化生产的三大支柱。而对于我国“9+X”战略中提到的新兴产业，没有相应的计量保证是无法想象的。

同样，计量和我们的生活也密切关联。图1列举了国家强制检定计量器具的四大领域。

计量是建设质量强国的基础

最近，质量相关领域比较关注的国家质量技术基础NQI，不仅仅与我们的生活息息相关，更是一个国家走向质量强国、经济持续发展的根基。NQI已经成为科技部的一个重大专项科研项目，就像原来“863计划”一样在进行专项实施。

谈质量，离不开一些基本要素，比如计量、标准、认证认可等。三者相互关联，密不可分。计量是质量提升的基础，标准是引领质量提升的依据，认证认可、检验检测是传递质量信任的手段。没有计量测量就没有标准，也没有所谓的认证认可。所以这些基础要素中，计量更为基础。

从历史层面来看，计量在前三次工业革命中发挥了重要作用。第一次工业革命，计量的统一和力学的发展是基础；第二次工业革命，电的发明和应用成为主要驱动力；第三次工业革命，计量领域的拓展和精度的提高为其提供了强有力的技术支撑。

图1 计量与日常生活

从科技层面来看，计量是科技创新的源泉。科学中的发明和发现都离不开计量测试。以往的诺贝尔奖获得者中，有不少是从事计量基础参量、方法等研究的学者。德国联邦物理研究院介绍手册，封面贴满了照片，每一个都是诺贝尔奖获得者。

从企业层面看，质量是企业的生命。没有计量就没有质量，没有质量当然就没有效益。计量，是保证质量的技术手段。这里有两个案例，都是企业因计量失准而造成的产品质量问题。

案例一：江苏某动力机生产厂在制造S195型柴油机时，曾因测量含磷量的分析仪器失准，导致测量的生铁含磷量值不准，投料浇出兵球墨铸铁全部开裂，造成经济上的巨大损失。

案例二：西安某电机厂使用了一批不合格的轴承和电机配套，未经检验就投入总装出厂，在香港外销时，不得不全部换成国外生产的轴承，造成国家和企业在经济和信誉上的损失。

计量和企业效益密切关联，效益是企业的发展动力。精打细算、精细化管理、经济效益测算等，都离不开精准的计量。企业降成本，通常都有一些硬性指标。很多企业把降成本的首选目标放在了计量口，让计量的人员和设备降到最低。其实，更应该利用计量的手段，通过管理计量在原材料和能耗等方面下功夫、降成本。如某石化公司结合企业计量实际，将原油卸船、原煤入厂、成品油出厂，以及与公司关联交易的外供能源等列为效能监察重点工作，通过计量效能监察为企业挽回损失400多万元。

计量是企业的安全基础，很多生产企业出现事故，最后排摸安全原因时都能看到计量方面的问题，比如报警器受损失灵、压力表没按规定及时检测等。高铁动车的主要受力部分——车轮和轮轴，如果出现1毫米的裂纹，就是很严重的“内伤”，但肉眼难查，需要利用精密的测量工具——超声波仪器来对动车车轮、轮毂、轮辐内部进行深度检测。如果计量不准，就无法保障列车的安全。

现在是大数据的时代，而计量是大数据的基础（见图2）。数据有很多种类型，基础来源是传感器。而传感器传出来的数据是否准确、可靠，依靠的便是计量测试。对于计量领域来说，大数据是新的资源、新的矿藏。

此外，企业新产品的论证、研发、技术改造、市场分析等也离不开计量，计量是企业转型发展的基础。

图2 计量是大数据的基础

计量服务社会支持产业发展

计量作为国家的基础战略资源，关系到整个国家战略的实施。计量未来的发展趋势将越来越聚焦于国家的战略，贴近产业的一线，走向国际。

顺带介绍一下上海市计量测试技术研究院的情况，从中可以了解计量在服务于社会发展和支撑产业发展中起到的作用。

我院是市财政差额拨款的公益性科研事业单位，挂“上海计量测试技术研究院”、“华东国家计量测试中心”、“中国上海测试中心”三块牌子。通俗地讲，这三块牌子一个反映了我们的法律地位，一个反映了能级地位，一个反映了国家级的平台地位。我们计量院不仅是上海的最高标准，也是华东六省一市的最高标准。

从某种意义上说，计量院从事的也是现代服务业的一种。从事服务、为社会出具数据和报告，前提条件是要获得相应的资质。计量院的资质有很多，有政府的、第二方的、第三方的、国际的。其中比较突出的，是我们拥有两项国家计量基准。国家基准在地方上（除了北京、四川）的很少，这也反映了计量院的地位和上海的能级水平。

我院年检测台件数约为148万，服务涉及钢铁、石化、航空、汽车、船舶、医药、仪电、纺织、计算机、电气、广电、轻工、城建、机场、电力、交运等各个行业的企事业单位近2万家，业务覆盖全国绝大部分省、市、自治区。市场服务注重人性化，包括“最后一公里”温馨服务，定时、定点、定人、定承诺、定费用的“五定”上门接送服务，以及开展顾客满意指数（CSI）调查，展示了计量院良好的社会形象和服务品牌。我院的业务已经拓展到了境外，因此我院在我国的香港地区和台湾地区，以及韩国、新加坡、澳大利亚等地都进行了商标注册，作为机构形象和品牌建设的一个组成部分。

围绕国家战略实施，我院建立了国家卫星导航与定位服务产品质量监督检验中心（上海）等机构以服务于国家北斗导航建设，是国内服务卫星导航与位置服务产业综合实力最强、检测范围最全的高端检测实验室。

我院也为我国自主研发新型核电技术提供计量测试技术支撑，为核电设施的安全运行提供保障，围绕产业发展的全溯源链、全产业链、全寿命周期，使核电产业战略定位和战略目标更具有前瞻性，提供的全过程计量技术服务。

我院还为空气净化产品提供检测服务。中国的空气净化产品无论品种、质量，还是水准都是世界一流的。

此外，我院还为国家节能减排、大飞机建设、公共安全和人体健康提供专业的服务。这里要专门提一下公共安全方面的服务。计量院这类机构在整个社会平稳安全的时候，作用并不显现，但一旦出现突发状况，机构的作用就显现出来了，比如几年前的奶粉事件、日本福岛核危机、甲流等。

计量发展前沿和未来的趋势

现代计量的特点是以量子理论为基础，将计量基准由宏观的实物基准向微观的量子基准推进。当然，这个过程所花费的时间比较长，大概要用几十年的时间完成。将来，所有的参量特别是基本参量，全部要过渡到量子基准。

计量是人类共同的技术语言，是人类共有的基础工具。我们正处在国际单位制量子化的变革之中，量子基准逐渐取代实物基准，国际单位制开始了使用基本物理常数或自然常数定义的新纪元，复现基本单位具有了独立性。这种独立性意味着多中心化，只要掌握了一些参数，基准不再限定于国家、国际，实验室就可以成为基准。就像现在所谓的自媒体，每个人都可以成为媒体一样，计量也在向这个趋势发展，逐渐扁平化。以后，随着溯源和量产技术的发展和改进，将省掉很多中间环节，使计量的实施更为便捷。而先进国家计量院的发展具备了自身研制并保存基准的能力，从而成为计量学研究的主体。

七个国际单位均被重新定义，除质量单位（kg）之外，均实现了基于自然常数下的复现。比如，长度单位——米（m），被定义为“1/299792458秒的时间间隔内，光在真空中行程的长度”，从而替代了原来基于光谱线波长的米的定义。

计量的新领域，包括化学计量、生物计量、医学计量等。化学计量的标准是消耗型的标准，不像物理量传递好参数之后，这个产品或装备还继续存在，因此不存在像物理计量溯源那样清晰的链路，而是通过核心测量能力的建立来实现对各类物质分析测量能力的覆盖。还有生物计量。大家知道，生物最重要和最基本的特征是进行新陈代谢及遗传。所有生物都具备合成代谢以及分解代谢的能力——这是相反的两个过程，并且繁殖下去——这是生命现象的基础。在这个新兴领域，我同样非常期待新的表征生命基本量的诞生。

未来计量发展的新趋势，我归纳为三方面的特征：计量的嵌入、实时校准和溯源链扁平化。

计量在设计阶段就已经或将被嵌入到产品和系统中，作为其部分功能被使用，以发挥技术融合的优势。

关键的测量系统实现“一直开启”和“一直实时校准 ”，在测量当时就可实现直接溯源，使得用户可以将“计量”植入到生产过程，产品和服务中。

具有自我校准和溯源功能的机器工具，可被用于现场测量设备，这些设计到产品中的计量方案多采用基准级计量方案，从而带来量值溯源链扁平化的变革。

实际上，日常生活中这三个特征都已经表现出来了。我们的手机、电脑、部分可穿戴设备等，随时随地处于时间的校准状态当中，这就是扁平化的一个状态。只是我们校准的，都是GPS（全球定位系统）时间，GPS是成功地将计量校准嵌入到系统中从而实现高精度定位授时的一个实例。不过，GPS时间是美国人掌控的，对于我国而言存在很大的安全隐患。包括整个国家和很多的交易中心、交易所，它的基础时间频率用的都是GPS。