計量測試
——新工業革命的引擎

馬愛文

(中國計量測試學會，北京 100029)

工業是經濟發展的基礎，是立國之本、興國之器、強國之基。新工業革命呼之欲出。那么，新工業革命“新”在何處？過去經常講：計量是工業企業的“眼睛”。在新工業革命中，計量又將扮演什么樣的“新”角色？如何才能演好“新”角色？

一、新工業革命的新特征

(一)科技將成為新工業革命的主導

科技是推動工業發展的核心力量。在任何產品領域，科技都發揮著重要的支撐甚至是引領作用。科學技術是第一生產力。在未來的新工業革命中，科技的主導作用將更加突顯。從產品的設計研發，到生產車間的裝配，再到產品的智能制造，甚至在智能物流、現代營銷中，科學技術將成為新工業革命的黏合劑、催化劑，更將成為新工業革命的引領者。任何與工業革命相關的領域都要朝著“科技化”方向發展。

(二)“大批量定制”將成為新工業革命的主流

隨著社會的進步與發展，個性化需求變得更加豐富。產品的個性化是由人的個性需求、制造業的柔性化性能以及社會物質的極大豐富所決定的。著名經濟學家，美國得克薩斯大學管理學院教授J·K·加爾布雷斯指出：工業的進步不僅是經濟問題，它還可以通過產品為滿足人類各種需求而偏離標準設計的程度來衡量。產品的功能設計將不再由集合的市場或者說是全社會共同的需求來決定，而是由社會上大多數個人的個性需要來決定。在智能化程度越來越高、物質財富越來越豐富的將來，滿足大批量產品定制將變得越來越容易。個性化定制是新工業革命發展的主攻方向，它將成為新工業革命的新業態。

(三)“綠色可持續”將成為所有制造者的自覺和共識

前幾次工業革命的一個重要特征是對資源的肆意揮霍：制造商使用天然材料，并且將有害的人造物質釋放到環境中。在新工業革命時代，生產方式將會有很大的不同，所有制造業的目標都是在制造出符合要求產品的同時，最大限度地減輕生態失調。這就需要開發出新的生產工藝，制造出更加環保的產品，最小化地使用資源和破壞環境，以應對緊迫的環境挑戰。產品生產將用“從搖籃到搖籃”取代“從搖籃到墳墓”的制造過程。堅持循環可持續性原則，做出優于市場上其他任何產品的東西，這不再是法律或制度的約束，而是新工業革命時期的企業自覺和共識。習近平總書記提出的“構建人類命運共同體”將在制造業得到全面落實和體現。

(四)工業將進入“民主化制造”新時代

由于生產標準化、通信技術和物流網絡的全面發展，傳統的大而全，一個單位融合設計、研發、制造、銷售、服務為一體的局面將很快被打破。這些環節將分散在不同的國家、不同的地區、不同的單位來進行。制造分工將越來越細，企業間協作將越來越強，制造價值鏈將被世界拆分。“純設計”、“無工廠”的制造商將越來越多，未來的產品制造業將遍布全球各個國家。互聯制造將改變傳統生產模式，“自由聯合”“工業民主化”將成為新工業革命的最大特點。

二、計量測試將在新工業革命中發揮重要的引擎作用

計量是關于測量及其應用的科學。計量是工業發展的基礎，計量在新工業革命中將發揮更加重要的引擎作用。

(一)計量測試是科技創新的引擎

牛頓三大定律的提出帶來了蒸汽機的發明，引領了第一次工業革命；電的發明和應用，帶來了新的動力源，引領了第二次工業革命；無線電、電磁、時間頻率、長度、化學等更多計量測試技術的發展，帶來了控制技術、信息技術、生命科學以及計算機技術的全面發展，引領了第三次工業革命。2018年，七個基本單位中將有四個量(質量、溫度、電流、物質的量)重新定義，它將為其他領域的科技創新奠定量子化基礎，使測量精度大幅度提升，測量范圍大幅度增寬。計量單位的重新定義也將使高精度的計量基準直接應用于工業成為可能，它必將進一步促進工業企業迅速發展，成為新工業革命的重要科技引擎。

(二)計量測試將成為產品全壽命周期管理以及個性定制的重要核心技術

在新工業革命中，計量測試的作用將不僅僅是產品質量的檢驗、生產過程的質量控制、安全生產的技術保障，而將滲透到產品的全壽命周期管理。以發動機制造為例：設計階段，發動機的各種性能指標都要以計量參數的形式固定下來；研發階段，要通過計量測試檢驗其性能是否達到設計指標；制造過程，要通過各種計量測試手段保證產品質量的符合性和一致性；售后服務階段，還要在發動機上安裝上千個傳感器，實時監測發動機運行情況，對發動機的壽命、運行情況等進行監測、預判和診斷；即使發動機報廢時，還要對發動機的材料等進行檢測和分析，以便回收利用，減少對環境的危害。

在個性制造中，必須根據個性需求及時調整生產工藝，調整制造流程，調整組配車間，改變制造參數，而這些都必須以計量測試為基本技術，保障每個環節調整到位，保證每次加工都能與下一環節相匹配。計量測試將在產品全壽命周期的各個環節中發揮著工業引擎的作用。

(三)計量測試是實現綠色可持續制造的重要技術依據

環境保護已不再僅僅是減少污染物的排放，循環利用才是最終的解決方案。把產品的回收利用納入階段設計是解決綠色發展的關鍵。要對廢舊物品進行改造或回收再利用，就必須了解該物質的材料性質，了解物質的結構和性能，特別是在研發階段就要盡量使用可以或容易循環利用的材料，這些都需要先進的計量測試手段。實現“從搖籃到搖籃”，需要通過各種技術對產品制造過程或產品結構進行改造。改造過程中，計量測試的重要性也非常突出，為何改造？如何改造？改造后的效果如何？這些都需要計量測試數據作為分析的依據。計量測試在可持續制造中發揮綠色引擎作用。

(四)計量測試是實現“工業民主化”的重要技術支撐

生產活動能夠以理性的方式在世界的高成本地區和低成本地區、富裕地區和貧窮地區進行制造，關鍵是計量測試標準的統一和一致。隨著制造精細化發展，最小的計量單位將成為最為直接、最為有效、最容易統一的“標準”。一個產品從設計到制造，計量測試標準必須統一，一納米的長度在任何一個國家都必須是一納米，這樣才能把從世界各地制造出來的零配件組裝成一個符合客戶需求的產品。全球單位量值的統一為實現全球工業民主化發揮著標準引擎作用。

三、加強計量測試技術的創新與發展

要引領和推動新工業革命的發展，計量測試應重點加強以下幾方面的研究：

(一)加強計量基標準等高端基礎技術研究

隨著基本物理量的重新定義以及量傳溯源體系的扁平化，七個基本量基準將可能分布在世界上的不同國家。誰的量值定義最準確，誰就可能成為該物理量的溯源基準。從產品價值鏈分析的角度，這是價值鏈的最高端。誰掌握了計量價值鏈的尖端技術，誰就掌握著這個領域的話語權。因此，必須加強計量基標準的研究，讓我國的計量基標準處于世界領先地位，以此帶動我國工業革命的發展。

(二)加快國家現代測量體系重構研究

在黨中央國務院近期印發的“關于開展質量提升行動的指導意見”中，提出要“構建國家現代先進測量管理體系”。這不僅是從質量提升的角度，更是從應對國際單位制變革、應對新工業革命的高度提出來的。國家現代測量體系的重構要從計量基標準的重新確立、量傳溯源體系的扁平化發展、計量技術機構的重新定位、先進計量測試技術在工業企業的新應用等多個環節上綜合思考。而這項任務必須抓緊進行，以引領國家在新工業革命中占得先機。

(三)加強計量測試技術應用研究

技術發展的目的是為了應用。技術的研發與應用之間還有一定的距離。要發揮計量測試技術在新工業革命中的引擎作用，必須及時把計量測試新技術、新成果轉化為新工業革命的新動力，這樣才能更快地推進新工業革命的前進。理論創新需要一定的積累，而應用創新很快就能見到效果。創新的方式有多種。單項技術自身的不斷改進和發展是一種創新；多項技術的結合也是一種創新，可能更直接、更容易產生影響和效益；將一個領域中的技術應用于其他領域，也是一種創新。雷尼紹公司研制的高科技探測器，能夠確保工具精確地完成切割任務，既能應用于航天領域，也能應用于除草機。

(四)加強計量測試中不確定度影響的研究

不確定度是指測量結果偏離真實值的程度。不確定度愈小，測量結果與被測量的真值愈接近。隨著計量測試精度的不斷提高，不確定度的影響將會被放大。就相對精度而言，越小的測量結果其相對不確定度就可能越大。在生活方面，人們對產品精細程度的要求越來越高，小的誤差就會引起客戶的不滿；在科研方面，精密測量中的小誤差可能會影響到科學結論的正確與否；在工業制造方面，不確定度的評定將會成為影響產品質量、影響企業效益、影響節能減排和環境保護的重要技術指標。

(五)加強計量交叉學科的研究

新工業革命中，越來越多的技術被放在一起研究。生物合成技術中要融合材料性能、信息處理、生物化學、計算機輔助設計以及機械工程等相關技術。納米技術和生物技術結合促進了生物特性和生命機理的研究。在很多產品領域，技術的“并行開發”將越來越多。在未來制造中，十大計量的界限將越來越模糊，十大計量內部的交叉研究以及計量與其他技術的交叉研究將對新工業革命的發展起到非常重要的作用。

(六)加強計量測試數據的研究

新工業革命中，計量測試數據將占到所有數據的80%以上。對這些數據的分析和應用將至關重要。通過對控制過程數據的分析，不僅能診斷制造過程出現的問題，還能預判可能要出現的問題。對企業質量相關數據的分析，不僅能分析質量是否合格，還能分析影響質量的因素，控制并提升產品質量。對企業能耗數據的分析，不僅可以找出節能減排的切入點，還能對碳排放、碳交易提供強有力的技術支撐。計量測試數據的分析要從準確性入手，從大數據間的關系著力。要研究現代先進的數據分析方法，通過數據建模等方式指導新工業革命的發展。

(七)加強產業計量測試相關性的研究

產業是由相互聯系的多個制造業通過一定的聯系構成的。在一個產業中，會涉及多項計量測試技術；同樣，一項測試技術也會貫穿整個產業。對產業中相關計量測試技術的研究，找出他們的相關性，并對他們進行綜合分析，將對推動整個產業的快速發展起到重要的推動作用。

計量測試技術就像一個引擎，它不僅引領著新工業革命的發展，還給新工業革命注入不竭動力。