一、引言

　　1998年第4期本刊特稿欄目中發(fā)表了國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局副局長(zhǎng)王以銘教授“在全國(guó)實(shí)施計(jì)量工作三年計(jì)劃總結(jié)表彰大會(huì)上的講話”，第5期又整理發(fā)表了他關(guān)于“對(duì)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(guó)質(zhì)量報(bào)記者問(wèn)中，王以銘副局長(zhǎng)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(chǎng)國(guó)際化，為計(jì)量工作的發(fā)展注入了新的動(dòng)力，迫切需要形成全球計(jì)量體系，并且最近有關(guān)國(guó)際組織和國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始實(shí)實(shí)在在做起全球計(jì)量體系這件事來(lái)了。本文談?wù)勛约涸谶@方面的學(xué)習(xí)體會(huì)和認(rèn)識(shí)。   

　　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(dòng)，是關(guān)于測(cè)量的科學(xué)。根據(jù)工業(yè)化國(guó)家最近的統(tǒng)計(jì)和估算，測(cè)量及與測(cè)量有關(guān)的工作約占被統(tǒng)計(jì)國(guó)家國(guó)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(cè)量已滲透到人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，而測(cè)量必須以測(cè)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中所起的重要作用，這種關(guān)注的動(dòng)力既來(lái)自各國(guó)政府(由于它的公益性)，又來(lái)自于企業(yè)。

    圖1  國(guó)際和國(guó)家計(jì)量工作的任務(wù)

　　國(guó)際和國(guó)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(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)度計(jì)量器具)。這與我國(guó)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(huì)的發(fā)展，其它領(lǐng)域的計(jì)量逐步變得重要起來(lái)，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(huì)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(cè)量和綜合測(cè)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(cè)量，新型材料特性的測(cè)量，以及高速動(dòng)態(tài)過(guò)程的測(cè)量等都屬于新穎測(cè)量。又如:醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)、環(huán)境保護(hù)、食品和藥物評(píng)定等都要求進(jìn)行綜合測(cè)量。這些新穎測(cè)量和綜合測(cè)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(lái)說(shuō)，其中城市空氣污染最引人注目，北京市已經(jīng)開(kāi)始公布空氣質(zhì)量指標(biāo)(PSI)?？諝赓|(zhì)量惡化主要來(lái)源于固定(如化工廠煙囪)和移動(dòng)(如汽車尾氣)兩大污染，在國(guó)際上PSI是根據(jù)檢測(cè)一氧化碳、二氧化硫、臭氧濃度、懸浮微粒數(shù)量等作出評(píng)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(cè)量快速而準(zhǔn)確，而且要求能確定污染源、判別污染物并測(cè)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(cè)和保護(hù)問(wèn)題，已成為全球高峰會(huì)議以來(lái)，“后冷戰(zhàn)”時(shí)期世界關(guān)注的焦點(diǎn)，并由國(guó)家或區(qū)域性延伸成為國(guó)際性的共同課題。

　　再拿納米計(jì)量來(lái)說(shuō)(1納米等于百萬(wàn)分之一毫米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的萬(wàn)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(cè)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(shuō)三、四十年代的核技術(shù)是對(duì)物質(zhì)潛在能量的開(kāi)發(fā)，使“單位質(zhì)量物質(zhì)”的爆炸能力增加了百萬(wàn)倍的話，那么，納米技術(shù)將是對(duì)物質(zhì)潛在信息和結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)，將使“單位體積物質(zhì)”儲(chǔ)存和處理信息的能力增加百萬(wàn)倍。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院德援項(xiàng)目中，與PTB合作開(kāi)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(guó)際計(jì)量委員會(huì)的長(zhǎng)度咨詢委員會(huì)(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(guó)際比對(duì)項(xiàng)目，今年7月份還要在BIPM召開(kāi)專門(mén)會(huì)議。    

　　三、國(guó)家計(jì)量體系

　　絕大多數(shù)國(guó)家的政府早已認(rèn)識(shí)到，政府的責(zé)任之一是確保本國(guó)“國(guó)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(guò)不斷提高測(cè)量的可靠性或可信度來(lái)支撐本國(guó)的貿(mào)易及其它與測(cè)量有關(guān)的活動(dòng)。什么是國(guó)家計(jì)量體系的基礎(chǔ)條件呢？國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)在最近的一份題為“國(guó)際合作和國(guó)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(guó)采用統(tǒng)一的計(jì)量單位制度；
　　2.由國(guó)家計(jì)量院(NMI)來(lái)研制、保持與傳遞適合本國(guó)需要的國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，以及由計(jì)量院來(lái)研究新的測(cè)量技術(shù)與測(cè)量方法，并將其推廣與應(yīng)用到計(jì)量用戶；
　　3.由國(guó)家法制計(jì)量部門(mén)來(lái)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(cè)量的法律、法規(guī)；

    圖2  國(guó)家計(jì)量體系示意圖

　　4.承認(rèn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可部門(mén)按適用的準(zhǔn)則對(duì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的認(rèn)可。

　　在很多國(guó)家中，國(guó)家計(jì)量院和國(guó)家法制計(jì)量部門(mén)事實(shí)上屬于同一個(gè)組織。
　　在一個(gè)完善的國(guó)家計(jì)量體系中，由國(guó)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(cè)量經(jīng)驗(yàn)及推廣計(jì)量技術(shù)等)的流程見(jiàn)圖2所示。它通過(guò)如下三條渠道:
　　1.由計(jì)量院直接擴(kuò)散；
　　2.通過(guò)已認(rèn)可的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室間接擴(kuò)散；
　　3.通過(guò)對(duì)法律、法規(guī)，自愿執(zhí)行和強(qiáng)制執(zhí)行的書(shū)面標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等負(fù)責(zé)的部門(mén)或組織間接擴(kuò)散。

    圖3  計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)圖

　　四、全球計(jì)量體系

　　各國(guó)對(duì)計(jì)量工作的需求，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，顯然呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭，因而對(duì)計(jì)量的全球性協(xié)調(diào)會(huì)愈來(lái)愈重要起來(lái)。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(guó)際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源等級(jí)圖如圖3所示。它被稱為“計(jì)量金字塔”，塔頂就是國(guó)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(guó)際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)這個(gè)層面上仍會(huì)保留或存在一個(gè)對(duì)SI值的未知偏差±ε，因?yàn)榱孔有?yīng)決定了測(cè)量不確定度總是存在的。
　　對(duì)于一個(gè)組織完好的國(guó)家計(jì)量體系，處于該體系頂端的國(guó)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(guó)在不同校準(zhǔn)等級(jí)上測(cè)量等效性的核查

　　1.提供國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)(國(guó)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(guó)家計(jì)量院；
　　2.提供國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)(國(guó)家基準(zhǔn))與國(guó)際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)之間的等效度，或者與有關(guān)國(guó)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(guó)家之間，在不同的校準(zhǔn)等級(jí)上，在水平方向平行進(jìn)行的測(cè)量等效性的核查。圖中第一層面上是國(guó)家計(jì)量院保存的國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)(國(guó)家基準(zhǔn))的比對(duì)，通常是BIPM負(fù)責(zé)進(jìn)行的關(guān)鍵比對(duì)和區(qū)域計(jì)量組織(RMO)負(fù)責(zé)進(jìn)行的關(guān)鍵比對(duì)。第二層面上是國(guó)家計(jì)量院保存的工作計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì)，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(duì)。詳細(xì)情況可參見(jiàn)本刊1998年第5期“大視角”欄目關(guān)于《第二屆國(guó)家計(jì)量院院長(zhǎng)會(huì)議召開(kāi)暨互認(rèn)協(xié)議草案簽署》的有關(guān)報(bào)導(dǎo)，以及通過(guò)關(guān)鍵比對(duì)實(shí)現(xiàn)全球國(guó)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(duì)活動(dòng)，以及檢測(cè)(檢驗(yàn)或測(cè)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(guó)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(duì)的基礎(chǔ)上，米制成員國(guó)計(jì)量院之間進(jìn)行比對(duì)以達(dá)成互認(rèn)的方案示意于圖6。由圖可見(jiàn)，這種比對(duì)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(guó)是“亞太計(jì)量規(guī)劃組織(APMP)”的成員，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院作為APMP代表參加該區(qū)域內(nèi)的國(guó)際比對(duì)。在亞太經(jīng)濟(jì)合作組織(APEC)框架內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)和合格評(píng)定的結(jié)構(gòu)框圖示于圖7。由圖6和圖7可以窺見(jiàn)亞太區(qū)域計(jì)量體系的概貌。計(jì)

    圖6  米制成員國(guó)計(jì)量院之間的比對(duì)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