什么是計(jì)量
從詞源上看，計(jì)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(jì)量一詞對(duì)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(duì)之準(zhǔn)繩，以及人類一切的依歸”的意思。那么這兩個(gè)詞聯(lián)系到一起，我們是不是可以說“計(jì)量是測(cè)量的絕對(duì)準(zhǔn)繩和一切的依歸”？
作為一門現(xiàn)代科學(xué)，計(jì)量(metrology)在國際計(jì)量術(shù)語中已經(jīng)有了明晰的概念——計(jì)量是關(guān)于測(cè)量的科學(xué)，包括涉及測(cè)量理論和實(shí)用的各個(gè)方面，不論其不確定度如何，也不論其用于什么測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。這個(gè)關(guān)于計(jì)量的定義是由有關(guān)測(cè)量的數(shù)個(gè)國際組織(包括BIPM、IEC、IFCC、ISO、IUPAC、IUPAP、OIML和ILAC)聯(lián)合組成的計(jì)量學(xué)聯(lián)合導(dǎo)則委員會(huì)(JCGM，Joint Committee for Guides in Metrology)給出的。該定義的核心指向是：計(jì)量是關(guān)于測(cè)量的科學(xué)。
需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然計(jì)量是關(guān)于測(cè)量的科學(xué)，但它不同于測(cè)量。測(cè)量是為確定量而進(jìn)行的全部操作，是對(duì)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(jì)量是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、保障量值準(zhǔn)確可靠的活動(dòng)，計(jì)量的目的是確保測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。準(zhǔn)確性、一致性、溯源性和法制性是計(jì)量最重要的4個(gè)特征，而測(cè)量并不必須具備以上這些特征。因此計(jì)量屬于測(cè)量的一種，它源于測(cè)量而又嚴(yán)于測(cè)量。狹義地講，計(jì)量是與測(cè)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(cè)量，具備計(jì)量特性的測(cè)量活動(dòng)才能獲得有效的測(cè)量結(jié)果。
計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系
計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)的目的都是為了追求統(tǒng)一。計(jì)量是為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量活動(dòng)、測(cè)量結(jié)果的全球統(tǒng)一。從本質(zhì)上講，計(jì)量就是現(xiàn)代社會(huì)中最基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。大數(shù)據(jù)時(shí)代的今天，計(jì)量更是一切數(shù)據(jù)有效性的源泉。計(jì)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(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)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?cè)谡劦劫|(zhì)量時(shí)，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(jì)量器具。當(dāng)規(guī)和矩合二為一時(shí)，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(jì)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(jì)量確保了質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)，計(jì)量是標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，更是質(zhì)量的基礎(chǔ)。
計(jì)量的作用和戰(zhàn)略地位
從政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)、*等多個(gè)領(lǐng)域來看，計(jì)量是國家主權(quán)的象征，是統(tǒng)一國家的工具。計(jì)量是社會(huì)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(huì)和諧的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。計(jì)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(jì)量測(cè)試技術(shù)突破息息相關(guān)。計(jì)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(jì)量就沒有現(xiàn)代制造。計(jì)量也支撐*，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(jì)量技術(shù)的支撐。
計(jì)量的基礎(chǔ)作用，一般認(rèn)為主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是建立信心。計(jì)量通過建立測(cè)量的溯源性，獲得可靠的測(cè)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(duì)質(zhì)量信賴。二是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。計(jì)量通過測(cè)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(dòng)創(chuàng)新；新的測(cè)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(shí)也會(huì)推動(dòng)勞動(dòng)力新技能的產(chǎn)生和掌握。
回顧科技發(fā)展歷程，計(jì)量一直和創(chuàng)新密切相關(guān)。一方面計(jì)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(jì)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(shí)的基礎(chǔ)，將時(shí)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(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)的不確定度再提高10-18量級(jí)。最近的幾十年里，共有14位計(jì)量科學(xué)家獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。計(jì)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(jì)量技術(shù)的發(fā)展，支撐著社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面，計(jì)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(cè)量技術(shù)不可能有新的科學(xué)知識(shí)，“凡是可以測(cè)量的，就要實(shí)現(xiàn)對(duì)它的測(cè)量；凡是還不能測(cè)量的，也要實(shí)現(xiàn)對(duì)它的測(cè)量”。準(zhǔn)確有效的測(cè)量是認(rèn)識(shí)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(huì)、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(huì)中，計(jì)量更是舉足輕重。80%以上的貿(mào)易必須通過測(cè)量才能夠完成，工業(yè)化的國家測(cè)量活動(dòng)對(duì)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(jì)量密切相關(guān)，無一能離開精密測(cè)量技術(shù)。計(jì)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(cè)量能力不變的情況下，標(biāo)準(zhǔn)組件的測(cè)量準(zhǔn)確性提升0.5%，則可讓企業(yè)產(chǎn)品平均功率波動(dòng)減小1W，若按我國每年光伏企業(yè)產(chǎn)能5GW來計(jì)算，每提升0.5%計(jì)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(jì)量是一個(gè)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(jì)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(jì)量在世界范圍內(nèi)呈現(xiàn)出兩大趨勢(shì)。第一，全球計(jì)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(chǎng)提供支撐。1999年，全球38個(gè)國家簽訂了《國家計(jì)量基準(zhǔn)和國家計(jì)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(cè)量能力能夠覆蓋自身國際貿(mào)易和參與國際競(jìng)爭(zhēng)的需求。美國的校準(zhǔn)測(cè)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(jì)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(cè)量準(zhǔn)確度等技術(shù)指標(biāo)得以大幅度提高，帶動(dòng)大部分量的測(cè)量準(zhǔn)確度得到提高，進(jìn)而對(duì)科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生重大促進(jìn)作用。
正是基于計(jì)量的戰(zhàn)略地位，發(fā)達(dá)國家普遍高度重視計(jì)量。美國、德國、英國等20多個(gè)國家把計(jì)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(jì)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(duì)計(jì)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(jì)量院，為保證在激烈的國際競(jìng)爭(zhēng)中占有優(yōu)勢(shì)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(jì)量院的建設(shè)和計(jì)量科技的發(fā)展，紛紛加大對(duì)計(jì)量科學(xué)研究在人力、物力和財(cái)力等多方面的投入，以切實(shí)保證并有效提高本國計(jì)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(jì)量院(NIST)的計(jì)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(chǔ)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(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。
隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，國家對(duì)計(jì)量科技的投入持續(xù)增加，“十一五”以來累計(jì)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(duì)SI基本單位重新定義的相關(guān)基本物理常數(shù)測(cè)量等前沿研究，啟動(dòng)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(huì)可持續(xù)發(fā)展的計(jì)量新領(lǐng)域研究工作，獲得國際互認(rèn)的國家校準(zhǔn)測(cè)量能力數(shù)量躍居世界第四。通過不懈努力，我國計(jì)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(duì)于制造的關(guān)鍵組成要素——測(cè)量，將是利好的消息，計(jì)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(cè)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(cè)量已成為大勢(shì)所趨，包括智能數(shù)據(jù)管理及報(bào)告、智能掃描、智能軟件及智能能源管理等智能測(cè)量技術(shù)將成為智能制造的重要環(huán)節(jié)。
今后，中國計(jì)量科學(xué)研究院作為我國唯一的國家計(jì)量院將以保持國家最高測(cè)量能力、滿足經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)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(gè)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(jì)量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)體系；研究并完善測(cè)量理論和技術(shù)方法，確保測(cè)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(cè)量技術(shù)和應(yīng)用研究，提升現(xiàn)場(chǎng)、多參量校準(zhǔn)能力；攻關(guān)極端條件和極端量的準(zhǔn)確測(cè)量技術(shù)，不斷提高認(rèn)識(shí)自然和改造自然的能力。
作者：中國計(jì)量科學(xué)研究院院長 方向
