一、引言

　　1998年第4期本刊特稿欄目中發(fā)表了國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局副局長王以銘教授“在全國實(shí)施計(jì)量工作三年計(jì)劃總結(jié)表彰大會上的講話”，第5期又整理發(fā)表了他關(guān)于“對二十一世紀(jì)計(jì)量工作的展望”的講話。在這兩次重要講話以及年初答中國質(zhì)量報(bào)記者問中，王以銘副局長都談到“全球計(jì)量體系”這個(gè)主題，即經(jīng)濟(jì)貿(mào)易全球化、市場國際化，為計(jì)量工作的發(fā)展注入了新的動力，迫切需要形成全球計(jì)量體系，并且最近有關(guān)國際組織和國家已經(jīng)開始實(shí)實(shí)在在做起全球計(jì)量體系這件事來了。本文談?wù)勛约涸谶@方面的學(xué)習(xí)體會和認(rèn)識。   

　　二、計(jì)量工作的重要作用和主要任務(wù)

　　計(jì)量是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動，是關(guān)于測量的科學(xué)。根據(jù)工業(yè)化國家最近的統(tǒng)計(jì)和估算，測量及與測量有關(guān)的工作約占被統(tǒng)計(jì)國家國民生產(chǎn)毛額(GDP)的4%～6%，這個(gè)比例在歐洲共同體內(nèi)相當(dāng)于每年幾千億美元。顯然，這個(gè)巨額數(shù)字表明測量已滲透到人類活動的各個(gè)領(lǐng)域，而測量必須以測量的科學(xué)——計(jì)量為基礎(chǔ)。所以，當(dāng)前全球范圍如此關(guān)注計(jì)量工作其實(shí)是基于計(jì)量本身在國民經(jīng)濟(jì)中所起的重要作用，這種關(guān)注的動力既來自各國政府(由于它的公益性)，又來自于企業(yè)。

    圖1  國際和國家計(jì)量工作的任務(wù)

　　國際和國家計(jì)量工作的主要任務(wù)示于圖1。實(shí)際上，當(dāng)米制公約于1875年簽署的時(shí)候，著眼點(diǎn)還只是在長度、質(zhì)量及其相關(guān)量(比如容量)方面，因?yàn)檫@些量是那時(shí)貿(mào)易與商業(yè)的主要需求。BIPM的命名(直譯為“國際權(quán)度局”)即帶有這種烙印，這里的“權(quán)”和“度”即是砝碼(質(zhì)量計(jì)量器具)和尺子(長度計(jì)量器具)。這與我國古代稱計(jì)量為“度量衡”(尺、斗、秤)是極相似的，當(dāng)然度量衡仍是當(dāng)今法制計(jì)量的重要內(nèi)容之一。

　　此后，隨著科技、經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，其它領(lǐng)域的計(jì)量逐步變得重要起來，例如:本世紀(jì)初的電學(xué)計(jì)量，第二次世界大戰(zhàn)后的電離輻射計(jì)量，以及最近興起的化學(xué)計(jì)量。當(dāng)今社會向高技術(shù)進(jìn)展的速度正在加快，這又給計(jì)量工作提出了寬范圍和高水平的新穎測量和綜合測量的要求。例如:信息技術(shù)、微工程技術(shù)和納米技術(shù)中的微測量，新型材料特性的測量，以及高速動態(tài)過程的測量等都屬于新穎測量。又如:醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)、環(huán)境保護(hù)、食品和藥物評定等都要求進(jìn)行綜合測量。這些新穎測量和綜合測量，則迫切需要更為可靠或可信的化學(xué)計(jì)量與生物計(jì)量，以及更為可靠或可信的傳統(tǒng)的物理計(jì)量與工程計(jì)量。

　　拿環(huán)境保護(hù)來說，其中城市空氣污染最引人注目，北京市已經(jīng)開始公布空氣質(zhì)量指標(biāo)(PSI)。空氣質(zhì)量惡化主要來源于固定(如化工廠煙囪)和移動(如汽車尾氣)兩大污染，在國際上PSI是根據(jù)檢測一氧化碳、二氧化硫、臭氧濃度、懸浮微粒數(shù)量等作出評估的，需要使用紫外吸收光譜分析儀、X射線熒光光譜儀、氣相色譜儀等多種計(jì)量器具。實(shí)際上不僅要求測量快速而準(zhǔn)確，而且要求能確定污染源、判別污染物并測定其成分分布和毒性大小，以便采取相應(yīng)的整治措施，才有益于市民和有助于提高政府的威信。環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)問題，已成為全球高峰會議以來，“后冷戰(zhàn)”時(shí)期世界關(guān)注的焦點(diǎn)，并由國家或區(qū)域性延伸成為國際性的共同課題。

　　再拿納米計(jì)量來說(1納米等于百萬分之一毫米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的萬分之一左右)，它為超大規(guī)模集成芯片的高集成度，提供了超高分辨力的測量工具，為將刻線的寬度減小至加工極限(原子尺度)提供了可能的手段。利用納米技術(shù)可以操縱單個(gè)原子，從而為制造量子器件或單電子器件以及制造原子密度的數(shù)據(jù)存貯器提供了可能。如果說三、四十年代的核技術(shù)是對物質(zhì)潛在能量的開發(fā)，使“單位質(zhì)量物質(zhì)”的爆炸能力增加了百萬倍的話，那么，納米技術(shù)將是對物質(zhì)潛在信息和結(jié)構(gòu)的開發(fā)，將使“單位體積物質(zhì)”儲存和處理信息的能力增加百萬倍。中國計(jì)量科學(xué)研究院德援項(xiàng)目中，與PTB合作開發(fā)的計(jì)量型原子力顯微鏡(AFM)與掃描探針顯微鏡(SPM)已達(dá)到z軸2 nm，x、y軸5 nm的不確定度，為納米計(jì)量的研究提供了手段。國際計(jì)量委員會的長度咨詢委員會(CIPM/CCL)內(nèi)設(shè)立了納米計(jì)量工作組，已決定將納米計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)列入國際比對項(xiàng)目，今年7月份還要在BIPM召開專門會議。    

　　三、國家計(jì)量體系

　　絕大多數(shù)國家的政府早已認(rèn)識到，政府的責(zé)任之一是確保本國“國家計(jì)量體系”的基礎(chǔ)條件或基本要素能夠保持下去并得以發(fā)展，以便通過不斷提高測量的可靠性或可信度來支撐本國的貿(mào)易及其它與測量有關(guān)的活動。什么是國家計(jì)量體系的基礎(chǔ)條件呢？國際計(jì)量委員會(CIPM)在最近的一份題為“國際合作和國際計(jì)量局的作用”的報(bào)告中指出，它包括四個(gè)方面:

　　1.在全國采用統(tǒng)一的計(jì)量單位制度；
　　2.由國家計(jì)量院(NMI)來研制、保持與傳遞適合本國需要的國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，以及由計(jì)量院來研究新的測量技術(shù)與測量方法，并將其推廣與應(yīng)用到計(jì)量用戶；
　　3.由國家法制計(jì)量部門來協(xié)助政府制定并執(zhí)行貿(mào)易中及其它領(lǐng)域中有關(guān)測量的法律、法規(guī)；

    圖2  國家計(jì)量體系示意圖

　　4.承認(rèn)國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可部門按適用的準(zhǔn)則對測量實(shí)驗(yàn)室和測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的認(rèn)可。

　　在很多國家中，國家計(jì)量院和國家法制計(jì)量部門事實(shí)上屬于同一個(gè)組織。
　　在一個(gè)完善的國家計(jì)量體系中，由國家計(jì)量院向計(jì)量用戶擴(kuò)散技術(shù)效益(包括傳遞量值、傳播測量經(jīng)驗(yàn)及推廣計(jì)量技術(shù)等)的流程見圖2所示。它通過如下三條渠道:
　　1.由計(jì)量院直接擴(kuò)散；
　　2.通過已認(rèn)可的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室間接擴(kuò)散；
　　3.通過對法律、法規(guī)，自愿執(zhí)行和強(qiáng)制執(zhí)行的書面標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等負(fù)責(zé)的部門或組織間接擴(kuò)散。

    圖3  計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的等級圖

　　四、全球計(jì)量體系

　　各國對計(jì)量工作的需求，在可以預(yù)見的未來，顯然呈現(xiàn)持續(xù)增長的勢頭，因而對計(jì)量的全球性協(xié)調(diào)會愈來愈重要起來。從各類計(jì)量用戶的工作計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，向普遍一致的國際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源等級圖如圖3所示。它被稱為“計(jì)量金字塔”，塔頂就是國際單位制(SI)的理想境地——“真值”所在地。盡管全球的計(jì)量科學(xué)家們竭盡全力，但在國際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)這個(gè)層面上仍會保留或存在一個(gè)對SI值的未知偏差±ε，因?yàn)榱孔有?yīng)決定了測量不確定度總是存在的。
　　對于一個(gè)組織完好的國家計(jì)量體系，處于該體系頂端的國家計(jì)量院重中之重的兩項(xiàng)任務(wù)是:

    圖4  全球計(jì)量溯源鏈

    圖5  兩國在不同校準(zhǔn)等級上測量等效性的核查

　　1.提供國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)(國家基準(zhǔn))垂直向下的量值傳遞，或者計(jì)量用戶可以向上溯源量值到國家計(jì)量院；
　　2.提供國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)(國家基準(zhǔn))與國際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)之間的等效度，或者與有關(guān)國家之間計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的等效度。
　　圖4表示了全球計(jì)量的量傳鏈或溯源鏈。圖5表示了兩個(gè)國家之間，在不同的校準(zhǔn)等級上，在水平方向平行進(jìn)行的測量等效性的核查。圖中第一層面上是國家計(jì)量院保存的國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)(國家基準(zhǔn))的比對，通常是BIPM負(fù)責(zé)進(jìn)行的關(guān)鍵比對和區(qū)域計(jì)量組織(RMO)負(fù)責(zé)進(jìn)行的關(guān)鍵比對。第二層面上是國家計(jì)量院保存的工作計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的比對，通常是區(qū)域計(jì)量組織或BIPM負(fù)責(zé)進(jìn)行的輔助比對。詳細(xì)情況可參見本刊1998年第5期“大視角”欄目關(guān)于《第二屆國家計(jì)量院院長會議召開暨互認(rèn)協(xié)議草案簽署》的有關(guān)報(bào)導(dǎo)，以及通過關(guān)鍵比對實(shí)現(xiàn)全球國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)等效的方案圖。第三及第四層面上分別是由區(qū)域性實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可合作組織，比如“亞太實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可合作組織(APLAC)”負(fù)責(zé)進(jìn)行的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室之間的比對活動，以及檢測(檢驗(yàn)或測試)實(shí)驗(yàn)室之間的驗(yàn)證試驗(yàn)(或熟練性試驗(yàn))，它們通常由國際實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可合作組織(ILAC)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

　　在BIPM關(guān)鍵比對的基礎(chǔ)上，米制成員國計(jì)量院之間進(jìn)行比對以達(dá)成互認(rèn)的方案示意于圖6。由圖可見，這種比對是在區(qū)域內(nèi)由區(qū)域計(jì)量組織負(fù)責(zé)進(jìn)行的。我國是“亞太計(jì)量規(guī)劃組織(APMP)”的成員，由中國計(jì)量科學(xué)研究院作為APMP代表參加該區(qū)域內(nèi)的國際比對。在亞太經(jīng)濟(jì)合作組織(APEC)框架內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)和合格評定的結(jié)構(gòu)框圖示于圖7。由圖6和圖7可以窺見亞太區(qū)域計(jì)量體系的概貌。計(jì)

    圖6  米制成員國計(jì)量院之間的比對示意圖

    圖7  亞太經(jīng)合組織標(biāo)準(zhǔn)和合格結(jié)構(gòu)框圖