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关于构建国家先进测量体系的设想
来源: | 作者:南京明瑞 | 发布时间: 2022-01-06 | 1219 次浏览 | 分享到:

计量作为现代工业的三大支柱之一,如何充分发挥计量基础作用,通过构建国家先进测量体系,提升国家核心竞争能力是一项亟需解决的问题。

一、测量能力

测量是指通过实验获得并可合理赋予某量一个或多个量值的过程。测量是对被测量而言,被测量一般用参数表征。参数是描述总体特性的概括性数字度量,它是研究者想要了解的总体的某种特性值,总体未知的指标叫做参数。

参数测量就是实验中待测量或正在测量的参数,测量什么参数,什么参数就叫测量参数,不确指固定的物理量。

材料和产品都有其本身的参数,参数则是材料和产品各方面测量的具体指标,例如耐热性能参数(包括热熔点、马丁耐热、耐低温冲击等)、机械性能参数(包括冲击强度、弯曲强度、拉伸强度等)、耐电性能参数(包括介电常数、介电损耗因子、介电强度等),是评价该材料和产品的性能强弱和等级的依据。

测量的目标是为了获得测量结果的可信度。测量用于不同领域时具有不同的特定形式。如测量仪器的检定、校准,产品质量检验和工程质量检测等。

检定的核心是通过参数测量来确定测量仪器的特性参数值是否符合法定要求。

校准的核心是通过参数测量来确定测量仪器的示值和测量标准提供的量值之间的关系。

检验是指通过一组特性参数测量来确定给定产品的特性参数值是否符合标准规定的技术要求。

检测的核心是通过特性参数测量来确定给定产品的特性参数值是否符合规定要求。

由此看出,检定、校准﹑检验和检测的共同点是参数测量,其核心是通过参数测量实现预期目的。可以说参数测量是所有检定、校准、测试、检验、检测、检疫的基本要素和通用技术手段,检定、校准、测试、检验、检测、检疫等都是测量的一种特定形式,其核心是用计量保证测量的准确可靠。

测量是对被测量而言,是一个具体的合理赋予量值的操作过程,其量值的准确可靠通过计量保证实现。计量支撑所有应用领域的测量,计量是所有应用领域任何特定测量形式的技术基础,计量所关注的是所有测量应用领域中测量结果的可信度。检定、校准、检验、检测、检疫、测试等都属于以计量为核心的测量能力的范畴。

以计量为核心的测量能力是国家核心竞争力的重要标志之一。构成国家核心竞争力的要素包括科学技术水平、企业规模和生产能力、产业集聚发展程度、国际经济交往,以及国家军事力量等,这些要素是起决定性作用的因素。而测量能力是这些重要要素的技术基础和技术保障,测量能力在一定程度上决定着这些要素的能力和水平,反映了国家核心竞争力的水平。所以,以计量为核心的测量能力关系到国家发展战略和公众利益,在国家发展战略中具有重要的技术基础和技术保障地位,以计量为核心的测量能力是国家核心竞争力的重要组成部分。

一个国家的测量能力的国际互认对于消除贸易技术壁垒,进而参加多边贸易协议(如世界贸易组织)是关键性的。因此,国家测量能力与水平通过国际互认,就可以保障国家在国际竞争中赢得胜机的超常发展能力,可以增强国家在国际上的话语权。

二、国家先进测量体系

国家先进测量体系是指面向国家经济﹑社会和国防发展的重大技术需求,以需求牵引为导向,以支撑技术和科技发展为使命,以提高国家核心竞争力为目标的测量体系。国家先进测量体系由国家计量体系﹑国家产业计量测试体系(或国家产业测量体系)构成。国家先进测量体系的主要特征是,以量子计量基准为核心、以扁平化量值溯源为特征﹑以超精密参数测量技术和计量科技创新能力为重点的国家先进测量体系。国家先进测量体系,是指包括战略性新兴产业、高技术产业、现代服务业、现代农业、传统产业等经济社会重点领域中的测量技术支撑体系。它是涉及全社会现代产业体系领域的测量技术活动的统称。    

(一)国家计量体系

国家计量体系要素包括:法制计量体系、计量技术体系和行政监管体系。

计量技术体系主要包括:法定计量检定机构体系、测量标准体系、量值传递体系。计量是以技术为手段,由各级计量技术机构组成的国家法定计量检定机构体系,是满足法制计量要求的技术基础。

国家量值传递体系将计量基准复现的量值逐级传递到各个区域的社会公用计量标准,并由各级人民政府组织建立社会公用计量标准进行量值传递,统一本地区的量值。计量检定是量值传递体系运行的主要技术手段,分级设置的计量检定机构是国家量值传递体系的主体。

建立测量结果的计量溯源性,其核心是建立计量溯源链。建立和完善国家量值传递体系,通过对测量仪器的检定或校准,将国家测量标准所实现的单位量值通过各等级的测量标准传递到工作测量仪器,以保证测量所得的量值准确一致。国家量值传递体系的能力和水平决定了国家整体测量能力和水平。

2018年11月16日,第26届国际计量大会通过了以基本物理常数重新定义国际计量单位的决议。新定义将利用“自然法则创建测量法则”,将原子及量子级的测量与宏观世界的测量关联在一起。国际单位制(SI)新定义彻底改变了人类测量活动采用实物基准的历史,全面开启了以量子基准为核心的现代先进测量时代。世界测量技术规则将予重构,国际计量体系正发生历史性重大变革,由此带来的影响广泛而深远。

SI重新定义最显著的特点就是未来所有测量活动都将不再依赖于实物基准,而是依赖特征物理量和网络传输,同时依托准确的时间基准,实现无处不在的准确测量。目前,德国、英国、日本等国家在竞相研究和布局以量子计量基准为核心、扁平化量值溯源为特征的新一代国家计量体系。

对此,中国计量科学研究院方向院长建议:高度重视SI全面重新定义带来的重大发展机遇,将以量子计量基准为核心、扁平化量值溯源为特征的“国家先进测量体系”作为国家科技基础设施发展的优先领域,并纳入新一轮国家科技中长期发展规划。

(二)国家产业计量测试体系

国务院印发的《计量发展规划(2013-2020年)》提出:“在高技术产业、战略性新兴产业、现代服务业等经济社会重点领域,研究具有产业特点的量值传递技术和产业关键领域关键参数的测量、测试技术,开发产业专用测量、测试装备,研究服务产品全寿命周期的计量技术,构建国家产业计量测试服务体系。” 

计量服务和支撑现代产业发展的重大举措是构建国家产业计量测试服务体系,国家产业计量测试服务体系是现代产业体系的重要技术基础,是提高产业核心竞争力的重要组成部分。

国家产业计量测试服务体系是指面向产业发展的重大技术需求,以需求牵引为导向,以服务和支撑产业发展为使命,以提高产业核心竞争力为目标,以计量测试技术能力、计量科技创新能力、产品全寿命周期计量保证能力为手段,为促进、引领和创新产业发展提供全方位计量技术服务的体系。

1.战略定位

通过国家产业计量测试体系的建设,创新计量服务模式,延展计量服务链,拓宽计量服务领域,以前瞻性的战略定位和战略目标,即以服务于全溯源链、全寿命周期、全产业链的战略定位,实现促进、引领和创新产业发展的战略目标。

(1)全溯源链的内涵是延伸计量溯源链。从传统对计量器具的检定和校准,将国家计量基准所实现的单位量值通过各等级的计量标准传递到工作计量器具的量值传递活动,延伸到参数测量应用领域。以参数测量所得量值的准确应用为核心,不仅要确保测量仪器的准确可靠,还要确保参数测量所得量值的准确一致,确保参数测量所得量值的准确应用,建立所有应用领域测量结果的计量溯源性,以保证所有应用领域测量结果的可信度。

(2)全寿命周期的内涵是延伸计量服务链。从传统的实验室检定/校准服务活动延伸到产业产品生产领域,主动和产品生产企业合作,通过延伸计量服务链,将计量技术服务融入产品的设计、研制、试验、生产、使用全过程所有环节。在产品设计阶段完成计量保证和计量控制设计,完成产品技术指标参数的可计量性分析与设计。产品技术指标可计量性的三要素:一是可测量性;二是可溯源性;三是符合要求。可测量性是指产品技术指标是否可用现有的测量方法和测量仪器实施测量;可溯源性是指用于产品检测的测量仪器是否具备完整的溯源链;符合性是指产品技术指标的测量结果不确定度是否符合产品技术指标的要求,在产品全寿命周期全过程所有环节实施计量保证服务。

(3)全产业链的内涵是延伸计量产业链。将计量服务于产业链的路径延伸到满足需求程度的全产业链,从上游产业、中游产业和下游产业等多个层次和环节构成的完整的产业链系统,以及产业的层次程度、关联程度、资源加工深度、满足需求程度等方面。科学界定所服务的产业链与服务范围,全面梳理产业发展的计量技术需求,确定适应产业发展技术需求的计量技术服务的重点领域和重点项目,并与所界定的产业名称和范围相适应。

 (4)前瞻性是要求从发展的眼光,着眼产业发展的未来,了解产业未来发展的大趋势,预见未来产业发展的重大需求。以前瞻性的视野、预见性的分析和主动性的规划,确定国家产业计量测试中心的战略定位和战略目标。

2.总体结构

国家产业计量测试体系包括:国家产业计量测试中心、国家产业计量测试平台、国家产业计量科技创新联盟。

国家产业计量测试体系、国家产业计量测试中心、国家产业计量测试平台、国家产业计量科技创新联盟是一个整体概念,其宗旨是计量以服务、支撑和引领产业发展为使命;以提供“三全一性”服务为重点任务。

(1)国家产业计量测试中心是指按照国家发展现代产业体系的总体战略要求,以需求牵引为导向,以服务和支撑产业发展为使命,以提高产业核心竞争力为目标,以计量测试技术和计量科技创新为手段,创新计量服务模式,以前瞻性的战略定位和战略目标,即以服务于全溯源链、全寿命周期、全产业链的战略定位,实现促进、引领和创新产业发展的战略目标。为产业发展提供计量测试技术和计量科技创新服务的专业计量技术机构,是构建国家产业计量测试服务体系的重要组成部分。

国家产业计量测试中心应突破以往的计量技术服务领域和工作模式,在稳固和完善现有计量检定/校准服务的基础上,向关键参数测量技术和计量科技创新能力的方向发展。开展关键参数测量是为了证明产业关键参数指标使用要求是否得到满足,而满足参数测量有效性应当满足三个基本要求:一是要测得出;二是要测得准;三是测得结果的一致性或与可比性。这不仅是测量结果有效性的标志,也是测量能力有效性的标志。

计量服务产业发展的关键是参数测量。参数测量延伸了量值的应用范围,实现了参数测量的可溯源性。美国国防部对承担武器研制承包商的计量校准要求已从设备数据的可溯源性提升到武器技术参数的可溯源性。也就是说,过去要求的是测量仪器的可溯源性,而现在要求的是武器技术参数的可溯源性,即所有应用领域技术参数测量的可溯源性。可见,参数测量技术在计量服务产业、经济、社会和国防发展中具有重要地位。

所以,国家产业计量测试中心的核心技术能力是关键参数测量技术能力和计量科技创新能力,核心服务能力是产品全寿命周期计量保证能力。关键领域关键参数测量的核心是实施超精密参数测量技术,提高超精密参数测量技术能力与水平。

关键参数测量技术是全方位的,涉及计量参数测量技术﹑产品质量参数测量技术﹑工程质量参数测量技术﹑环境质量参数测量技术﹑生命安全参数测量技术等。因此,关键参数测量技术是面向所有应用领域的测量技术。

支持新一代信息技术、高端装备、新材料、生物医药、新能源汽车、新能源、节能环保等产业领域的关键参数超精密测量技术服务。

支持互联网技术、物联网技术、智能传感技术、太赫兹技术、大数据技术、云计算技术、纳米技术、激光技术、量子技术、人工智能技术、智能芯片技术等关键共性技术领域的计量科技创新服务。

为国家重大工程技术创新平台的主要基础性、关键性和共性的工程提供测量技术和计量科技创新服务;支持产业关键领域的非常态量、动态量、连续参量的自动测量系统、智能测量系统、动态测量系统的研制与应用。开创产业产品全寿命周期的计量保证服务领域;为热点领域的新技术、新工艺、新材料研究与应用提供计量支撑。应用现代通信网络、传感技术、远程数据安全传输技术,实现远程测量及现场计量集成控制。

(2)国家产业计量测试平台是面向产业发展技术需求,以产业计量测试需求信息牵引为导向,遵循“自愿、平等、合作、共赢”的原则,以国家产业计量测试中心为依托,通过牵头组织产业相关计量技术机构、重点实验室、高等院校、科研院所,以及骨干企业等优势单位的计量资源联合共建的合作平台,是具有产业公共服务功能的互联产业计量信息平台,是国家产业计量测试服务体系的组成部分。

(3)国家产业计量科技创新联盟是面向产业发展重大需求,以产业计量科技创新需求牵引为导向,以实现产业计量科技创新合作与协调发展为目的,以产业关键共性技术在产业领域广泛应用为重点,遵循“自愿、平等、合作、共赢”的原则,以国家产业计量测试中心为依托,牵头组织产业内相关计量技术机构、重点实验室、高等学校、科研院所,以及骨干企业等优势单位的计量科技创新资源联合共建的联盟组织,是国家产业计量测试服务体系的组成部分。

因此,国家先进测量体系包括:以量子计量基准为核心、扁平化量值溯源为特征的国家计量体系,以超精密参数测量技术和计量科技创新能力为重点的国家产业计量测试体系。