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求精準(zhǔn) 度萬物 量天地 衡公平
——淺析計量的基礎(chǔ)作用
□ 方 向
什么是計量
從詞源上看，計量一詞雖未見在我國古代典籍中出現(xiàn)，但可以推斷它是由“度量衡”的概念逐步衍生而來。度是長度，量是容量，衡是重量。在古代，所謂“權(quán)衡”其實(shí)是指用權(quán)（砝碼、秤砣）來稱量，而“衡器”其本意是天平，后引申為所有確定重量的量器。計量一詞對應(yīng)英語metrology，根據(jù)維基百科，metrology由希臘語measure加上后綴logos構(gòu)成。希臘文中的logos有“宇宙萬物之規(guī)律，絕對之準(zhǔn)繩，以及人類一切的依歸”的意思。那么這兩個詞聯(lián)系到一起，我們是不是可以說“計量是測量的絕對準(zhǔn)繩和一切的依歸”？
作為一門現(xiàn)代科學(xué)，計量（metrology）在國際計量術(shù)語中已經(jīng)有了明晰的概念——計量是關(guān)于測量的科學(xué)，包括涉及測量理論和實(shí)用的各個方面，不論其不確定度如何，也不論其用于什么測量技術(shù)領(lǐng)域。這個關(guān)于計量的定義是由有關(guān)測量的數(shù)個國際組織（包括BIPM、IEC、IFCC、ISO、IUPAC、IUPAP、OIML和ILAC）聯(lián)合組成的計量學(xué)聯(lián)合導(dǎo)則委員會（JCGM，Joint Committee for Guides in Metrology）給出的。該定義的核心指向是：計量是關(guān)于測量的科學(xué)。
需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然計量是關(guān)于測量的科學(xué)，但它不同于測量。測量是為確定量而進(jìn)行的全部操作，是對非量化實(shí)物的量化過程，其目的是用數(shù)據(jù)描述事物。而計量是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、保障量值準(zhǔn)確可靠的活動，計量的目的是確保測量結(jié)果準(zhǔn)確。準(zhǔn)確性、一致性、溯源性和法制性是計量最重要的4個特征，而測量并不必須具備以上這些特征。因此計量屬于測量的一種，它源于測量而又嚴(yán)于測量。狹義地講，計量是與測量結(jié)果的置信度相關(guān)、與不確定度相聯(lián)系的一種規(guī)范化測量，具備計量特性的測量活動才能獲得有效的測量結(jié)果。
計量和標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系
計量和標(biāo)準(zhǔn)的目的都是為了追求統(tǒng)一。計量是為了實(shí)現(xiàn)測量活動、測量結(jié)果的全球統(tǒng)一。從本質(zhì)上講，計量就是現(xiàn)代社會中最基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化活動。大數(shù)據(jù)時代的今天，計量更是一切數(shù)據(jù)有效性的源泉。計量科學(xué)的本身就是為了建立和優(yōu)化不斷進(jìn)步、永無止境的計量標(biāo)準(zhǔn)。計量標(biāo)準(zhǔn)是物化的標(biāo)準(zhǔn)、是客觀的標(biāo)準(zhǔn)，是建立在科學(xué)真理基礎(chǔ)上的準(zhǔn)繩。我們在談到質(zhì)量時，經(jīng)常說“沒有規(guī)矩不成方圓”，所謂規(guī)、矩，分別是指校正圓和方的兩件計量器具。當(dāng)規(guī)和矩合二為一時，便為規(guī)矩，指的是法度，標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)、矩和規(guī)矩之間，就形成了內(nèi)在聯(lián)系。可以說，沒有規(guī)、矩，何來規(guī)矩？沒有規(guī)矩，規(guī)、矩何用？如果我們認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)確定了需要方、圓及其規(guī)格大小，則計量確保方是方、圓亦為圓，以及方圓之規(guī)格符合標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定，也就是確保了質(zhì)量的預(yù)期。因此，可以說，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了質(zhì)量的要求，計量確保了質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)，計量是標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，更是質(zhì)量的基礎(chǔ)。
計量的作用和戰(zhàn)略地位
從政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會、國防等多個領(lǐng)域來看，計量是國家主權(quán)的象征，是統(tǒng)一國家的工具。計量是社會進(jìn)步的重要基石，不僅是維護(hù)公平正義的法度和準(zhǔn)繩，更是改善生態(tài)環(huán)境、提高生活質(zhì)量、促進(jìn)社會和諧的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。計量是科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，歷史上3次技術(shù)革命都和計量測試技術(shù)突破息息相關(guān)。計量還是保證國民經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行和公平貿(mào)易的基礎(chǔ)。沒有計量就沒有現(xiàn)代制造。計量也支撐國防建設(shè)，事關(guān)國家核心利益。在航空母艦、核潛艇、隱形飛機(jī)、洲際導(dǎo)彈、衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、核武器等武器裝備與設(shè)施中，需要大量計量技術(shù)的支撐。
計量的基礎(chǔ)作用，一般認(rèn)為主要體現(xiàn)在兩個方面：一是建立信心。計量通過建立測量的溯源性，獲得可靠的測量結(jié)果，使標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果可以檢驗(yàn)，過程可以復(fù)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人們對質(zhì)量信賴。二是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。計量通過測量科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步之間的相互依存和相互促進(jìn)推動創(chuàng)新；新的測量技術(shù)也必然刺激新的產(chǎn)品、流程和服務(wù)的創(chuàng)新，同時也會推動勞動力新技能的產(chǎn)生和掌握。
回顧科技發(fā)展歷程，計量一直和創(chuàng)新密切相關(guān)。一方面計量正是建立在最新科學(xué)理論和最先進(jìn)的技術(shù)基礎(chǔ)上的，很多最新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象和理論第一次就是被用于新的計量基準(zhǔn)。原子噴泉理論孕育了原子噴泉鐘的誕生，奠定了原子時的基礎(chǔ)，將時間基準(zhǔn)提升到3000萬年不差1秒的水平；飛秒激光光梳技術(shù)架起了光頻與微波頻率的橋梁，將光鐘變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，從而有可能將時間頻率標(biāo)準(zhǔn)的不確定度再提高10-18量級。最近的幾十年里，共有14位計量科學(xué)家獲得諾貝爾物理學(xué)獎。計量學(xué)往往是最新科學(xué)特別是物理學(xué)理論的最先應(yīng)用和最佳載體，是科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新走向應(yīng)用最重要的橋梁。
另一方面，計量技術(shù)的發(fā)展，支撐著社會發(fā)展的各個方面，計量技術(shù)的創(chuàng)新，引領(lǐng)了科技和產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新。沒有相應(yīng)的測量技術(shù)不可能有新的科學(xué)知識，“凡是可以測量的，就要實(shí)現(xiàn)對它的測量；凡是還不能測量的，也要實(shí)現(xiàn)對它的測量”。準(zhǔn)確有效的測量是認(rèn)識世界的基礎(chǔ)，更是改造世界的前提。秦始皇統(tǒng)一的度量衡制度促進(jìn)了社會、軍事、制造標(biāo)準(zhǔn)化的快速發(fā)展，鞏固了其統(tǒng)治地位。美國首任總統(tǒng)華盛頓確定的聯(lián)邦中央政府六項(xiàng)主要政權(quán)就包含度量衡管理權(quán)。
在現(xiàn)代社會中，計量更是舉足輕重。80%以上的貿(mào)易必須通過測量才能夠完成，工業(yè)化的國家測量活動對國民生產(chǎn)總值貢獻(xiàn)率達(dá)到4%-6%。貿(mào)易結(jié)算與公平交易，火箭發(fā)射與衛(wèi)星導(dǎo)航，精密制造與健康安全，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與智能電網(wǎng)等，無一不與計量密切相關(guān)，無一能離開精密測量技術(shù)。計量影響工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)例很多，比如光伏產(chǎn)業(yè)，這是我國重要新興產(chǎn)業(yè)，以275W的標(biāo)準(zhǔn)太陽電池組件為例，在企業(yè)設(shè)備測量能力不變的情況下，標(biāo)準(zhǔn)組件的測量準(zhǔn)確性提升0.5%，則可讓企業(yè)產(chǎn)品平均功率波動減小1W，若按我國每年光伏企業(yè)產(chǎn)能5GW來計算，每提升0.5%計量不確定度，至少可以節(jié)約6700萬元人民幣的成本支出。
由此可見，計量是一個國家的重要技術(shù)基礎(chǔ)，具有不可取代的戰(zhàn)略地位。
國家計量院的使命和責(zé)任
進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科技的不斷進(jìn)步和全球化的演進(jìn)，計量在世界范圍內(nèi)呈現(xiàn)出兩大趨勢。第一，全球計量體系基本形成，保障世界主要國家量值等效，為全球化市場提供支撐。1999年，全球38個國家簽訂了《國家計量基準(zhǔn)和國家計量院出具的證書互認(rèn)協(xié)議》。目前，世界上主要經(jīng)濟(jì)體都在努力使本國校準(zhǔn)測量能力能夠覆蓋自身國際貿(mào)易和參與國際競爭的需求。美國的校準(zhǔn)測量能力數(shù)量達(dá)到2169項(xiàng)，列世界第一；我國為1224項(xiàng)，列世界第四、亞洲第一。第二，計量技術(shù)正在發(fā)生重大變革，以量子物理為基礎(chǔ)的自然基準(zhǔn)取代實(shí)物基準(zhǔn)，測量準(zhǔn)確度等技術(shù)指標(biāo)得以大幅度提高，帶動大部分量的測量準(zhǔn)確度得到提高，進(jìn)而對科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展產(chǎn)生重大促進(jìn)作用。
正是基于計量的戰(zhàn)略地位，發(fā)達(dá)國家普遍高度重視計量。美國、德國、英國等20多個國家把計量（度量衡）寫入憲法，作為中央事權(quán)和統(tǒng)一管理國家的基本要求。美國和德國的國家計量院院長都是由總統(tǒng)任命。美、德、英等主要發(fā)達(dá)國家政府對計量有統(tǒng)一、穩(wěn)定的專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)支持，并逐年增長。各國也都建立了本國的國家計量院，為保證在激烈的國際競爭中占有優(yōu)勢地位，美、英、德、法、俄羅斯及日、韓等發(fā)達(dá)國家都十分重視國家計量院的建設(shè)和計量科技的發(fā)展，紛紛加大對計量科學(xué)研究在人力、物力和財力等多方面的投入，以切實(shí)保證并有效提高本國計量科技在科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中的支撐能力。
以美國為例，2009年，美國政府投入國家計量院（NIST）的計量科研經(jīng)費(fèi)達(dá)16億美元，其中6.1億美元是美國在新頒布《復(fù)蘇與再投資法案》之后專項(xiàng)撥款，用于研究建立智能電網(wǎng)、太陽能發(fā)電和儲能等先進(jìn)能源技術(shù)，綠色節(jié)能建筑、碳排放限制和交易體系等方面的計量標(biāo)準(zhǔn)。
隨著我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，國家對計量科技的投入持續(xù)增加，“十一五”以來累計投入超過20億元。建成了國際一流的實(shí)驗(yàn)基地，開展了應(yīng)對SI基本單位重新定義的相關(guān)基本物理常數(shù)測量等前沿研究，啟動了能源、生物、環(huán)境、微納技術(shù)、醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)等服務(wù)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展的計量新領(lǐng)域研究工作，獲得國際互認(rèn)的國家校準(zhǔn)測量能力數(shù)量躍居世界第四。通過不懈努力，我國計量科技水平已得到全面提升，基本實(shí)現(xiàn)了從望其項(xiàng)背到并駕齊驅(qū)，具備了趕超發(fā)達(dá)國家的基礎(chǔ)條件。
今年，國務(wù)院發(fā)布《中國制造2025》，該規(guī)劃無疑對于制造的關(guān)鍵組成要素——測量，將是利好的消息，計量產(chǎn)業(yè)應(yīng)抓住新一輪科技浪潮所形成的機(jī)遇期。如《中國制造2025》提出了互聯(lián)網(wǎng)+的概念，將量子基準(zhǔn)和信息技術(shù)結(jié)合，并將校準(zhǔn)模塊植入測量終端上，可以大大縮短溯源鏈，將最精準(zhǔn)的量值傳遞給用戶，支撐工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為中國制造2025提供最直接有效的支撐。與《中國制造2025》主攻方向智能制造所密不可分的智能測量已成為大勢所趨，包括智能數(shù)據(jù)管理及報告、智能掃描、智能軟件及智能能源管理等智能測量技術(shù)將成為智能制造的重要環(huán)節(jié)。
今后，中國計量科學(xué)研究院作為我國唯一的國家計量院將以保持國家最高測量能力、滿足經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級需要、支撐人民生活質(zhì)量提升、迎接新領(lǐng)域新技術(shù)挑戰(zhàn)為使命，充分發(fā)揮和平里、昌平兩個院區(qū)不同的特色和作用，聚焦于復(fù)現(xiàn)并不斷提升SI基本量量值水平，建立并不斷完善國家計量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)體系；研究并完善測量理論和技術(shù)方法，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性、一致性和可溯源性；開展復(fù)雜系統(tǒng)、多參量綜合測量技術(shù)和應(yīng)用研究，提升現(xiàn)場、多參量校準(zhǔn)能力；攻關(guān)極端條件和極端量的準(zhǔn)確測量技術(shù)，不斷提高認(rèn)識自然和改造自然的能力。
求精準(zhǔn)，度萬物，量天地，衡公平，是計量人的不懈追求，也是我們的莊嚴(yán)承諾。
（作者為中國計量科學(xué)研究院院長）
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