《张江科技评论》是由上海科学技术出版社与上海市张江高科技园区管理委员联合创办的一本科技评论类杂志。该刊报道评价国内外创新性科学技术的发展趋势及其商业价值,介绍上海在建设全球领先科创中心进程中的制度成果、技术成果、创业成果,推动产学研密切协作,促进科技成果转化,服务经济转型发展。

战略新兴产业的大力发展需要关键计量测试技术的支撑,以国际单位制基本单位实现物理常数定义的计量单位量子化为标志的计量测试技术变革,为计量溯源和新型测量仪器创新变革,以及中国国家质量基础设施的进步、发展和突破带来新的机遇与挑战。

为进一步贯彻落实中央国务院《中国制造2025》《关于开展质量提升行动的指导意见》《计量发展规划(2013—2020年)》精神,根据国家市场监督管理总局《关于加强国家产业计量测试中心建设的指导意见》,上海市市场监督管理局、经济和信息化委员会、科学技术委员会、国有资产监督管理委员会发布了《关于促进上海产业计量测试中心建设的指导意见》,明确上海市积极指导、服务国家产业计量测试中心,主动培育、建设上海市级产业计量测试中心,逐步与国家级产业计量测试中心实现技术互补、分工协作和信息对接。这表明从中央到地方对建设产业计量测试中心给予高度重视,说明计量测试作为国家质量基础设施重要组成部分对战略性新兴产业的健康发展具有关键支撑左右,对支撑上海市“五个中心”建设、打响“四大品牌”等具有重要的战略意义。

2006年,联合国工业发展组织(UMIDO)和国际标准化组织(ISO)正式提出国家质量基础设施(NQI)的概念,将计量、标准化、合格评定(主要包括认证认可、检验检测)并称为国家质量基础的三大支柱。其中:计量是基准,是控制质量的基础;标准是依据,用以引领质量提升;合格评定是手段,控制质量并建立质量信任。三者构成一条完整的链条,是保护消费者权益,提高企业生产力和质量、保护环境、维护生命健康安全的重要技术手段,能够有效支撑国际贸易和可持续发展。

国家质量基础设施的概念已被国际社会广泛接受。认可从之前的合格评定中单独列出,与计量、标准共同承担公共机构的角色,合格评定(认证、检验检测)则以第三方的姿态服务于企业。质量基础设施体系依赖于计量、标准、认可、合格评定和市场监督。政府治理表现除市场监督之外,还体现为五大技术要素(计量、标准、认可、认证和检验检测)。我国《计量法》《标准化法》《认证认可条例》为NQI的体系化建设和高效率运行提供了周全的法制保障。

计量是实现单位统一、保证量值准确可靠的活动,关系国计民生,是国际公认的国家质量基础设施的重要组成部分,是相关产业创新、核心竞争力提升以及高质量发展的重要助动力。计量测试技术的发展水平应与战略性新兴产业发展水平相适应,应满足高端计量测试服务需求,具备产业关键领域测量能力,为产业发展提供“全溯源链、全寿命周期、全产业链”计量测试服务,支撑产业高质量发展。

计量发展水平是国家核心竞争力的重要标志之一。国际单位制(SI)是构成国际计量体系的基石,反映了计量发展水平。国际单位制自建立以来就随着计量技术的进步而不断发展。回顾计量学的发展历程,分为3个阶段。

古典阶段,在农牧业和手工业社会背景下,特点是以权力和经验为主的初级阶段,没有或者极少有科学依据。作为最高依据的计量基准,多用身体的某一部分、动物的丝毛或某种能力、植物果实、乐器以及物品等,诸如“结绳记事”“布手知尺”“滴水计时”等计量方法。在公元221年,秦朝“一法度衡石丈尺,车同轨,书同文”,自此,我国有了统一的度量衡单位。

经典阶段,在资产阶级革命和工业革命的社会背景下,特点是计量标准已开始摆脱利用人体、自然物体等的原始状态,进入了以科学为基础的发展阶段。但是,受到科技水平的限制,这个时期的计量基准都是在经典理论指导下的宏观器具或现象。标志性时间是1875年5月20日,《米制公约》在法国签署,米制被认定为国际通用的计量单位,规定了米、千克、秒的定义。

现代阶段,在第二次世界大战后,全球经济快速发展,技术日新月异。特点是参量之间的互相渗透,检测方法与设备的光、机、电结合,标志是由经典理论为基础转为量子理论为基础,由宏观实物基准转为微观量子基准,以期保持基本单位的长期稳定性。1954年至1971年,米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)、坎德拉(cd)、摩尔(mol)被确定为SI的基本单位。1967年,时间单位“秒”率先从“天文时”变更为“原子时”,测量精度提高了1 000万倍上。1979年,发光强度“坎德拉”完成量子化定义,以“光源在给定方向上发出频率为540×1012Hz的单色辐射,且在此方向上的辐射强度为1/683 W/sr时的发光强度”。1983年,长度单位“米”完成量子化定义,“光在线届国际计量大会将SI基本单位中的其他4个:千克、安倍、开尔文和摩尔分别改由自然常数(普朗克常数h,基本电荷e,玻尔兹曼常数k,阿伏伽德罗常数NA)定义,至此实现7个基本单位全部由基本物理常数定义。

新量子化定义已于2019年5月20日正式生效,人类也随之迎来全新的国际单位制量子化新时代。计量科学及其测试技术的发展,以及人们生产和贸易的需求,促进了计量单位制的统一,并最终促进了国际单位制的建立和发展。国际单位制的统一反过来又促进了计量科学向着更高准确度更精尖方向前进。二者是相互依赖、相互促进成为支撑现代产业发展的重要技术基础。

战略性新兴产业是指建立在重大前沿科技突破基础上,代表未来科技和产业发展新方向,体现当今世界知识经济、循环经济、低碳经济发展潮流,尚处于成长初期,未来发展潜力巨大,对经济社会具有全局带动和重大引领作用的产业。战略性新兴产业包括新一代信息技术(人工智能、集成电路、汽车电子、新型显示、卫星应用和位置服务等)、智能制造装备(机器人、精密加工装备、增材制造、高端仪器仪表等)、生物医药与高端医疗器械、新能源与智能网联汽车、航空航天、海洋工程装备、高端能源装备(核电装备、气电装备、智能电网与分布式能源装备等)、新材料、节能环保(先进环保、高效节能、资源循环利用等)。

战略性新兴产业的快速发展涌现出大量的战略性、前沿性和卡脖子计量测试技术难题。例如,在智能制造装备领域,赛迪顾问智能制造产业研究中心发布的《2018年智能制造装备产业发展及投资价值》研究报告显示,2020年智能制造装备的产业规模将突破2万亿元。在该领域,智能测控装置与系统涉及传感器及其系统、智能控制系统、智能仪器仪表三大子领域,包含了智能制造系统最核心的五官、神经和手脚,是我国与发达国家技术差距的主要方面之一。高质量产品的生产制造离不开超精密的计量测量技术、相关标准和合格评定的支撑。在核电领域,截至2019年12月,中国大陆商运核电机组达到47台,约占全国发电量4.88%,比2018年同期上升了18.09%。为确保核电站的安全运行,三门和海阳核电站每年需要向国外公司购买测试服务,解决IE级传感器响应时间的在线测试难题。在国际关系复杂多变的当下,攻克保障安全的关键测试卡脖子技术尤为必要。

因此,支撑战略性新兴产业的发展需要进一步完善国家质量基础设施。计量的任务是保证全国计量量值的准确一致,计量体系是工业测量体系的基础,工业测量体系支撑我国战略新兴产业对测量数据准确可靠的庞大需求,只有检得出、检得准、检得好才能造得出、造得精,而建设产业计量测试中心是完善工业测量体系的重要抓手。

上海市明确将围绕海洋动力、智能测控装置、商用飞机发动机、智能制造、医疗器械、火电装备制造、轨道交通维保等产业建设一批计量测试技术能力强、科技创新水平高的产业计量测试中心,建设10家具有国内外影响力的国家级产业计量测试中心,建设20家具有长三角乃至全国辐射力的上海市级产业计量测试中心,形成不少于30项自主核心测量技术或能力,研制不少于40套专用计量测试设备,申请不少于50项具有自主知识产权的专利,制定不少于60项国家、行业或地方计量技术规范或标准,打造若干个“计量测试服务”品牌,全面提升计量服务本市经济社会转型的能力和水平。

上海工业自动化仪表研究院有限公司按照国家和上海市有关精神主动出击,积极申报筹建国家智能测控装置和系统产业计量测试中心,结合多年国家工控系统安全和自动化仪表产品质量监督检验中心、国家能源核电站仪表研发(实验)中心、国家级仪器仪表防爆安全监督检验站的运行经验,和全国工业过程测量与控制标准化技术委员会第一分技术委员会秘书处在国家、行业标准制修订方面技术积淀,围绕以下6项主要任务,支撑智能测控产业发展的核心需求。

一是开展产业计量测试需求分析,深入了解产业发展现状和重点任务,研究智能测控装置和系统关键计量参数量值传递与溯源和影响产品性能指标的关键参数,持续跟踪产业计量测试技术需求。

二是梳理智能测控装置和系统产业参数量值溯源情况,编制产业参数量值溯源表,建立健全产业参数量值溯源体系。

三是结合智能测控装置和系统产业实际情况,开展环境可靠性试验评估、功能安全检测认证、防爆安全检测认证能力、软件测评、网络信息安全测评等高端能力作为计量测试技术服务产业发展的重点领域和重点项目的进行完善与建设。

四是开展具有智能测控装置和系统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、测试技术研究,研制产业专用测量、测试装备。

五是开展在线监测关键技术研究与建设,为产业提供产品全寿命周期的校准、测量、测试等技术服务。

六是承担产业计量测试平台和产业计量测试联盟的牵头共建任务,汇聚行业技术、人才、信息等优势资源,聚焦产业共性关键检测技术的供给,突破产业“卡脖子”计量测试和标准以及产业溯源难题。

2019年5月20日,一年一度的世界计量日的主题为“国际单位制(SI)——根本性飞跃”。这是极具历史意义的一天,从这一天起,“千克”等国际单位制的所有计量单位正式迎来物理常数新定义,用实物基准定义计量单位的方法成为历史,计量迈入量子化新时代。国际单位制的变革以及正式生效,对我们建设世界科技强国和工业强国是一个绝好的良机。

首先,计量单位的量子化必将带来计量测试技术的新革命。未来,量子测量技术的发展将使计量基准可随时随地复现,量值传递溯源链路实现扁平化,量值溯源链条更短、速度更快、测量结果更准更稳,通过嵌入式芯片级量子计量基准能够更准确地控制产品制造全过程,有力支撑流程再造、节能减排和质量提升等。传统测量原理、测量方法和测量仪器将全面创新,集多参量、高精度为一体的芯片级综合测量使不受环境干扰、无须校准的实时测量成为可能。

其次,我国测量体系中的计量基础技术和设施比较薄弱,对未来颠覆性技术系统性、前瞻性研究和布局不够,很多关键和核心技术受制于人。量子化计量时代的到来使得全球又重新回到了一条新的起跑线上,让中国有了赶超其他国家的机会。中国具有集中力量办大事的体制优势,国家市场监督管理总局将汇聚各方资源,加快制定量子化时代计量发展战略并研究编制新一轮国家计量发展规划,加快推进国家先进测量体系建设,加强量子测量技术产业创新和布局发展。

以国际单位制的量子化为标志的计量测试技术变革,必将极大地推动我国战略性新兴产业的发展,为当前世界范围内正在进行的新一轮以信息技术大数据和人工智能为特征的科技革命、插上“飞翔”的翅膀,为我国实施“科技强国”战略、走向工业制造强国带来新的机遇。

宋延勇,上海仪器仪表自控系统检验测试所有限公司副所长,高级工程师,主要从事工业自动化仪表产品检测、校准方法研究工作。

郭爱华,国家工业控制系统安全和自动化仪表质量监督检验中心主任,国家能源核电站仪表研发(实验)中心常务副主任,教授级高级工程师,长期从事计量检测技术和标准化工作。

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注