測量是科學的基礎，正如繪制出世界上第一份元素周期表的俄羅斯科學家門捷列夫所言沒有測量就沒有科學。計量校準測試技術伴隨著科學實驗的發(fā)展而發(fā)展，是科學研究和工業(yè)制造的基礎性學科，體現(xiàn)了人們認知世界的科學性如果對科學研究缺乏預見性，那么就需要通過大量的實驗，進行數(shù)據(jù)分析從而不斷演化和迭代，找到科學的規(guī)律或結論。正是以計量校準測試技術的發(fā)展為先導，現(xiàn)代科學技術與工業(yè)技術獲得了快速的發(fā)展。計量校準測試技術理論的發(fā)展伴隨著科學技術的發(fā)展和工業(yè)化大生產(chǎn)的發(fā)展而不斷進步完善，隨著飛機、衛(wèi)星等大型復雜系統(tǒng)工程研發(fā)與應用，計量校準測試技術貫穿于系統(tǒng)研制的全過程，隨著系統(tǒng)的不斷完善而日漸融入系統(tǒng)本身成為系統(tǒng)的一部分。
 
      傳統(tǒng)的計量校準工作任務主要是提高量值復現(xiàn)能力，以傳遞量值基準為目的，借助計量標準器具為社會提供可靠的量值服務。在國家法制計量的框架內(nèi)，量值傳遞是將國家測量標準所復現(xiàn)的計量校準單位通過各等級測量標準傳遞到工作計量器具，這是國家政府對社會組織、企業(yè)以及個人參與社會經(jīng)濟活動提供的基本保障以及技術要求。工業(yè)計量校準工作的任務則是為工程實踐活動提供數(shù)據(jù)獲取方法與技術裝備，保證數(shù)據(jù)的可靠，通過連續(xù)的比較鏈，使產(chǎn)品性能參數(shù)量值溯源到國家測量標準，它是企業(yè)自身的要求，是企業(yè)生產(chǎn)過程中的自主行為，是對社會的一種承諾或保證。在基本物理量的量值復現(xiàn)能力不斷提升基礎上，工業(yè)現(xiàn)場檢測能力與實驗室內(nèi)的標準量值復現(xiàn)能力快速趨近，計量校準測試技術的應用推廣與工業(yè)生產(chǎn)活動深度融合;在信息化應用服務不斷擴展的同時，信息網(wǎng)絡技術支撐對計量校準檢測與校準活動的大數(shù)據(jù)挖掘與應用已成為產(chǎn)品與工程服務的重要內(nèi)容;計量校準檢測服務模式在技術方法與手段標準化、模塊化發(fā)展的基礎上，借助數(shù)字化技術的支撐，正逐步向模型化、虛擬化的數(shù)字計量、云計量模式發(fā)展。
 
1  計量基本量與計量標準的歸一化
      傳統(tǒng)的計量校準，其量值傳遞是依托物化的具有一定的實體特性的標準物質(zhì)、標準器具，按照標準化的程序或方法，進行核驗性質(zhì)的量值確認。標準原器作為確認量值的基準，其物化形式與量值的定義密切相關。現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，特別是量子技術的發(fā)展，使得標準量具的量值直接向自然基準溯源。隨著量值傳遞用標準計量器具和傳遞環(huán)節(jié)的減少以及工程應用數(shù)據(jù)的積累，人工物化的量值載體正逐漸淡出日常的工程領域，借助于數(shù)字化的精密儀器而使量值單位直接向自然基準量溯源已成為計量校準技術發(fā)展與應用的大趨勢。新技術的發(fā)展不斷提升了標準量值的復現(xiàn)能力，并推動著基本量的定義和溯源向自然基準靠攏，呈現(xiàn)出國際單位制中基本量逐漸歸一化的趨勢。在計量科學技術發(fā)展的前沿，標準量值的復現(xiàn)技術因量值傳遞方式的變化而出現(xiàn)新的發(fā)展需求。當前科學家們正在努力嘗試對當前唯一的一個依據(jù)實物標準原器實施量值傳遞的量值基準千克進行重新定義，以期實現(xiàn)質(zhì)量單位量值向硅原子數(shù)量(普朗克常數(shù))進行溯源。在數(shù)字化與信息化技術的支撐下，通過標準化定義，從自然基準向產(chǎn)品量值的傳遞將以數(shù)字串的方式實現(xiàn)云計量。
 
2  工程測試技術手段的數(shù)字化
      以汽車、船舶、飛機的生產(chǎn)制造活動為代表，針對大批量、復雜工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)實踐過程，模型化、數(shù)字化的技術手段與裝備的應用，降低了成本消耗，提升了產(chǎn)品質(zhì)量控制能力，極大地提升了生產(chǎn)作業(yè)效率。波音公司在787客機中采用了室內(nèi)GPS組合測量網(wǎng)的裝配模式，飛機的部件定位測量通過固定安裝在廠房墻壁及天花板上的室內(nèi)GPS測量系統(tǒng)構建的測量網(wǎng)來完成，這種基于多站和固定參考點的組合測量模式作為一種典型的數(shù)字化檢測技術手段，正在越來越多的獲得應用。在系統(tǒng)論的指導下，建立輸入/輸出關系明確的數(shù)字化測量模型，明確界定影響輸入/輸出量關系的各種因素，實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化測量，為各系統(tǒng)的聯(lián)通與整合提供基礎支撐。
 
2.1  計量校準測試設備的數(shù)字化改造
      傳統(tǒng)的機械、光學等基于模擬量表述的計量校準測試手段向數(shù)字化方式發(fā)展，以標準化、模塊化的傳感器、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)分析與處理計算機軟件等為基礎，計量校準檢測技術裝備的數(shù)字控制、自動執(zhí)行、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苋找嫱陚?，檢測與數(shù)據(jù)處理過程中人工作業(yè)量不斷減少，檢測、校準數(shù)據(jù)的記錄與使用由人工判讀、手工記錄讀數(shù)的方式，向計算機自動采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結構標準化基礎上的數(shù)據(jù)庫管理方式轉變，人員主觀因素可能帶來的不確定因素在檢測活動中日益降低，數(shù)據(jù)更加準確可靠。
 
2.2  復雜系統(tǒng)計量校準測試數(shù)字化
      針對復雜系統(tǒng)的測量是多參數(shù)多子系統(tǒng)的綜合，是多傳感器、多測量系統(tǒng)的系統(tǒng)集合，需要按照系統(tǒng)模型的輸入/輸出關系，將各傳感器和測量系統(tǒng)基于數(shù)字模型的量值溯源鏈之間的關系，進行系統(tǒng)模型的數(shù)字化集成。這是實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)字化測量的前提，也是智能化的基礎。
 
3  融入工業(yè)流程
      隨著工業(yè)技術的發(fā)展，設計與制造的一體化，計量校準測試技術全面融入產(chǎn)品制造和使用，從產(chǎn)品設計過程的計量性確認到生產(chǎn)制造過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)的獲取與評估，正如同水與空氣融于生物體生命過程一樣，計量校準測試已日漸融入于工業(yè)產(chǎn)品的全壽命過程。隨著對系統(tǒng)認知的不斷深入，計量校準測試與設計制造日漸一體化發(fā)展，計量校準測試從產(chǎn)品設計之初融入產(chǎn)品，計量校準測試功能植入于產(chǎn)品，成為產(chǎn)品的一部分，使得產(chǎn)品性能參數(shù)的實時校準成為可能。
 
      工業(yè)計量的根本任務是保證工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)準確。一方面，隨著信息處理技術的發(fā)展進步，數(shù)據(jù)源在可能影響數(shù)據(jù)準確性的眾多因素中扮演的角色越加突出，傳感器件的性能及其分析評價能力正逐步成為決定工業(yè)計量發(fā)展水平與應用能力的核心技術能力。隨著傳感器的小型化和智能化，先進傳感技術已成為工業(yè)計量的核心技術。無線、網(wǎng)絡化的傳感器件，智能傳感器件、傳感系統(tǒng)，以及新型無源傳感技術的發(fā)展，將使得測量系統(tǒng)與傳感器更加緊密的結合在一起，而傳感技術與信息處理技術的結合使得測量系統(tǒng)與傳感器一體化成為可能，這將大大地減少測量環(huán)節(jié)，提高測量的可靠性。另一方面，隨著自然科學的發(fā)展進步，人類對自然界的認知不斷拓展，從微觀世界到宏觀宇宙，可感知的空間在延伸，基本量的單一化趨勢已經(jīng)不可逆轉。實物計量標準器具隨著基本量的量子化而歸一化，標準量值傳遞用計量標準器具的形式、種類、數(shù)量將大幅度縮減，工程量的檢測手段與技術裝備更趨豐富的同時，量值溯源中間環(huán)節(jié)將大大減少，由于中間環(huán)節(jié)的減少，工業(yè)生產(chǎn)活動中的量值溯源過程更直接、可靠性更高、量值的準確度與量值基準更加趨近。
 
      在我國政府發(fā)布的《計量發(fā)展規(guī)劃(2013－2020)》中，明確提出要加強實用型、新型和專用計量校準測試技術研究，把加快新型傳感器技術、功能安全技術等新型計量校準測試技術和測試方法研究做為發(fā)展目標之一，提出將計量校準測試嵌入到產(chǎn)品研發(fā)、制造、質(zhì)量提升、全過程工藝控制中，實現(xiàn)關鍵量準確測量與實時校準，并加強儀器儀表核心零部件、核心控制技術研究，培育具有核心技術和核心競爭力的儀器儀表品牌產(chǎn)品。
 
4  云計量和虛擬計量

      云計量是基于互聯(lián)網(wǎng)云計算的一種虛擬計量技術。通過標準化定義，實現(xiàn)以標準數(shù)據(jù)串為虛擬標準、通過云平臺實時向產(chǎn)品提供計量標準數(shù)據(jù)。
 
      通過互聯(lián)網(wǎng)應用服務與計量工作的緊密結合，使得計量工作相關的各個環(huán)節(jié)，集成在同一信息物理平臺上，實現(xiàn)技術服務與與市場需求的高度融合，為用戶提供更便捷、高效的服務體驗。同時，也為計量科學技術的研究活動提供最優(yōu)質(zhì)的資源和最廣大的應用市場，推動工業(yè)計量技術水平的不斷提升。由于信息網(wǎng)絡技術應用的迅猛增長，人類活動形成的各種信息作為網(wǎng)絡信息的重要組成部分，將構成以信息網(wǎng)絡為基礎平臺的網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)，一方面這些數(shù)據(jù)信息的積累使得網(wǎng)絡愈加的智慧和聰明，另一方面對大數(shù)據(jù)的挖掘應用也使得數(shù)據(jù)成為了新的生產(chǎn)要素，支撐數(shù)字化、量化的人工智能決策。量值溯源可通過數(shù)字量值比較，減少各等級計量標準傳遞環(huán)節(jié)，提高溯源準確性。
 
      在對產(chǎn)品、過程進行數(shù)學模型構建、數(shù)值模擬的基礎上，以計算機對產(chǎn)品及其生產(chǎn)過程進行數(shù)字化表述和再現(xiàn)，是實現(xiàn)工業(yè)技術數(shù)字化、網(wǎng)絡化進程中重要而不可或缺的環(huán)節(jié)。由先進測量軟件支撐的測量數(shù)據(jù)分析處理技術、產(chǎn)品檢測模型和工藝模型的分析構建技術，已經(jīng)成為工業(yè)計量技術發(fā)展中日漸重要的內(nèi)容。同時，信息物理網(wǎng)絡的建設發(fā)展，必將進一步推動海量數(shù)據(jù)管理及遠程服務、云端數(shù)據(jù)實時修正與應用，并極大地拓展在線專家系統(tǒng)和知識系統(tǒng)的應用與服務空間，網(wǎng)絡自學習能力也將得到進一步的發(fā)展。這些可以預期的技術發(fā)展，以及已經(jīng)廣泛應用的網(wǎng)絡化感知、信息無線傳輸技術等，將使遠程計量從虛擬快速轉變?yōu)楝F(xiàn)實，正在為云計量的運用和普及創(chuàng)造條件。
 
      在計量校準測試過程標準化、模型化技術不斷發(fā)展的基礎上，基于數(shù)字模型的數(shù)據(jù)評價與驗證和測量過程的模擬仿真技術正在得到快速發(fā)展，具有一定程度人工智能的計量檢測技術裝備正在逐步走向現(xiàn)實應用。傳統(tǒng)的以人工作業(yè)方式實施的數(shù)據(jù)采集活動，工作效率難以提高，更難以滿足過程可控、可追溯的要求。隨著工業(yè)制造技術的發(fā)展進步，依賴智能測控部件或裝置工業(yè)機器人、傳感器件、數(shù)據(jù)傳輸總線、精密儀器與傳動部件等，構建智能化的測量活動執(zhí)行系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)測量結果的及時反饋、數(shù)據(jù)挖掘基礎上的預先保障性數(shù)據(jù)獲取與評估，正在顯現(xiàn)出越來越清晰的現(xiàn)實可行性。
 
      依托信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡，計量校準檢測技術保障與服務可以擺脫對特定技術裝備、操作人員的依賴，一方面可借助專家在線指導而組織更貼近應用現(xiàn)場的技術裝備、人員開展服務，另一方面可組織調(diào)動云端資源開展遠程保障，實現(xiàn)云端、虛擬的計量校準服務。2013年，德國Zeiss集團利用所研制的一套名為PiWeb的系統(tǒng)實現(xiàn)了跨國公司內(nèi)部不同地區(qū)、工廠機器測量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡共享，實現(xiàn)了全球不同工廠數(shù)據(jù)的同步監(jiān)測，這從一個側面也展示了對遠程計量校準的現(xiàn)實需求。

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