一、計(jì)量的定義

計(jì)量歷史源遠(yuǎn)流長。在古代，計(jì)量被稱為“度量衡”。度指長度，量指容量，衡指質(zhì)量，度量衡就是關(guān)于長度、容量、質(zhì)量的測量。度量衡的單位最初都與人體相關(guān)，比如“布手知尺”“邁步定畝”“掬手為升”。秦始皇統(tǒng)一全國后，推行“一法度、衡石、丈尺、車同軌、書同文字”，頒布了統(tǒng)一度量衡詔書，制定了一套嚴(yán)格的管理制度，極大促進(jìn)了商品交換、經(jīng)濟(jì)發(fā)展。中華文明五千年，但凡朝代變遷必重整“度量衡”。“度量衡”在歷史上不僅是一般的技術(shù)活動(dòng)，更是皇權(quán)、主權(quán)的象征和國家治理的重要組成部分。

在現(xiàn)代，計(jì)量的科學(xué)內(nèi)涵遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“度量衡”的內(nèi)容。計(jì)量的定義是測量及其應(yīng)用的科學(xué)，是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、保證量值準(zhǔn)確可靠的活動(dòng)。從詞源上看，計(jì)量一詞在我國古代典籍中雖很早出現(xiàn)，但與現(xiàn)代“計(jì)量”的含義并無關(guān)聯(lián)，現(xiàn)代“計(jì)量”是由“度量衡”的概念逐步衍生而來的。計(jì)量一詞對(duì)應(yīng)英語metrology，根據(jù)維基百科，metrology由希臘語measure加上后綴logos構(gòu)成。希臘文中的logos有“宇宙萬物之規(guī)律，絕對(duì)之準(zhǔn)繩，以及人類一切的依歸”的意思。組合起來看，似乎也隱含著“計(jì)量是測量的準(zhǔn)繩和一切的依歸”的意思。

需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然計(jì)量是關(guān)于測量的科學(xué)，但其不同于測量。測量是為確定量值而進(jìn)行的全部操作，是對(duì)非量化實(shí)物的量化過程，其目的是用數(shù)據(jù)描述事物。而計(jì)量是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、保障量值準(zhǔn)確可靠的活動(dòng)。準(zhǔn)確性、一致性、溯源性和法制性是計(jì)量最重要的四個(gè)特征，測量則不必具備以上所有特征。因此計(jì)量屬于測量的一種，源于測量而又嚴(yán)于測量。整體來看，計(jì)量科學(xué)主要有兩項(xiàng)任務(wù)，一是一切事物只要可以測量，就要測得更準(zhǔn)；二是一切尚不可測量的事物，要實(shí)現(xiàn)對(duì)其可測量。

二、計(jì)量的作用

計(jì)量的作用可以從第一家現(xiàn)代計(jì)量院德國計(jì)量院的誕生講起。大家現(xiàn)在一提到“德國制造”，就代表著高品質(zhì)、高質(zhì)量。但100多年前卻不是這樣的。1887年8月，英國議會(huì)通過了一項(xiàng)侮辱性的商標(biāo)法條款，規(guī)定所有從德國進(jìn)口的商品必須標(biāo)注“Made in Germany”字樣，以此將價(jià)廉質(zhì)劣的德國貨與優(yōu)質(zhì)的英國產(chǎn)品區(qū)分開來。為了不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量水平，德國學(xué)者和企業(yè)家們紛紛向國家提出發(fā)展相關(guān)測量技術(shù)的提議，其中最為著名的就是德國企業(yè)家西門子。他認(rèn)為：要使德國能夠追趕上當(dāng)時(shí)繁榮的工業(yè)國家如英國和法國，不僅需要高度重視自然科學(xué)，更需要將科學(xué)發(fā)現(xiàn)及時(shí)轉(zhuǎn)化為技術(shù)應(yīng)用并探索科學(xué)技術(shù)的商業(yè)化，從而促進(jìn)德國的工業(yè)化進(jìn)程和擴(kuò)大產(chǎn)品出口。為此，他建議由國家而非私營企業(yè)成立專門的科學(xué)技術(shù)研究院（即帝國技術(shù)物理研究所PTR，現(xiàn)改名為德意志聯(lián)邦物理技術(shù)研究院PTB，主要負(fù)責(zé)研究、建立、維護(hù)德國計(jì)量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)），作為提高德國工業(yè)競爭力的一個(gè)前提條件，并為此捐助了1.2公頃的土地和30萬馬克的資金。作為德國國家計(jì)量院，PTR在建立后的100多年里，為德國工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐，其計(jì)量技術(shù)研究的諸多成果為德國制造業(yè)騰飛插上了翅膀，特別是在精密測量技術(shù)領(lǐng)域的研究始終保持全球領(lǐng)先地位，在保證德國工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量方面起到了關(guān)鍵作用。在計(jì)量的支撐下，德國制造從“山寨”走向高品質(zhì)，最終造就了今天“德國制造”金字招牌！也因此，德國計(jì)量院被公認(rèn)具有“德國制造”的靈魂。

德國計(jì)量院成立之后，英國、美國等國家也紛紛意識(shí)到了計(jì)量對(duì)工業(yè)發(fā)展的重要作用，分別于1900年和1901年成立了英國國家物理實(shí)驗(yàn)室NPL（即英國計(jì)量院）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院NIST（即美國計(jì)量院）。美國計(jì)量院的使命是通過先進(jìn)的測量能力提升美國的創(chuàng)新和工業(yè)競爭力，保證經(jīng)濟(jì)安全、提高人民生活質(zhì)量。2014年，美國眾議院修改通過了《振興美國制造業(yè)和創(chuàng)新法案2014》，目標(biāo)是在戰(zhàn)略層面提升美國先進(jìn)制造能力，為此還專門成立11個(gè)創(chuàng)新中心，并將其中6個(gè)創(chuàng)新中心和先進(jìn)制造國家創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃辦公室設(shè)在了美國計(jì)量院，主要是基于美國計(jì)量院擁有創(chuàng)造的基因、創(chuàng)新的核心支撐能力和最優(yōu)的質(zhì)量控制水平，同時(shí)對(duì)《國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）法案》進(jìn)行修訂。2017年，美國計(jì)量院申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)預(yù)算高達(dá)30億美元，其中19.9億美元將用于美國制造業(yè)創(chuàng)新中心的建設(shè)。

從德國計(jì)量院和美國計(jì)量院的誕生、定位和使命可以看出計(jì)量在國家發(fā)展中的關(guān)鍵性作用，尤其是在科技迅速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)日益全球化的今天，計(jì)量關(guān)系國計(jì)民生，像空氣一樣，與人類生產(chǎn)生活緊密相連。計(jì)量是科技創(chuàng)新的種子、社會(huì)進(jìn)步的基石，是創(chuàng)造質(zhì)量和控制質(zhì)量的重要物質(zhì)手段，是保證國民經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行和公平貿(mào)易的基礎(chǔ)，也成為國家核心競爭力的重要標(biāo)志之一。毫無疑問，計(jì)量支撐發(fā)展，質(zhì)量成就未來。具體而言，計(jì)量在科技創(chuàng)新、質(zhì)量提升和貿(mào)易往來中的重要作用如下：

計(jì)量是科技創(chuàng)新的引擎。計(jì)量是認(rèn)識(shí)世界和改造世界的手段和工具?？茖W(xué)研究離不開先進(jìn)的測量儀器和精密的測試技術(shù)，絕大多數(shù)諾貝爾物理獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果都和測量技術(shù)息息相關(guān)，要么是由于計(jì)量技術(shù)的突破帶來重大發(fā)展，要么是重大技術(shù)的發(fā)明直接推動(dòng)了計(jì)量技術(shù)的革命?？萍己陀?jì)量相輔相成、互相促進(jìn)。計(jì)量科學(xué)被普遍認(rèn)為是離諾貝爾物理獎(jiǎng)最近的一個(gè)學(xué)科。近年來，美國計(jì)量院誕生了4位諾貝爾獎(jiǎng)的獲得者。門捷列夫曾說過“沒有測量，就沒有科學(xué)”，數(shù)百年來的科學(xué)實(shí)踐不斷證明了這一真理。

計(jì)量是控制質(zhì)量的基礎(chǔ)。談到計(jì)量與質(zhì)量的關(guān)系，我們經(jīng)常說“沒有規(guī)矩不成方圓”。所謂規(guī)、矩，分別是指校正圓和方的兩件計(jì)量器具。當(dāng)規(guī)和矩合二為一時(shí)，便為規(guī)矩，指的是法度、標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)、矩和規(guī)矩之間，就形成了內(nèi)在聯(lián)系?？梢哉f，沒有規(guī)、矩，何來規(guī)矩！沒有規(guī)矩，規(guī)、矩何用！如果我們認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)確定了需要的方、圓及其規(guī)格大小，則計(jì)量確保了方是方、圓是圓，以及方圓之規(guī)格符合標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定，也就是確保了質(zhì)量的預(yù)期。因此可以說，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了質(zhì)量的要求，計(jì)量確保了質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)。計(jì)量是標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，更是質(zhì)量的基礎(chǔ)。優(yōu)質(zhì)的原材料、先進(jìn)的工藝裝備和準(zhǔn)確的計(jì)量手段是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。計(jì)量被稱作現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的眼睛，測得到，才能做得到；測得準(zhǔn)，才能做得精！

計(jì)量是貿(mào)易往來的紐帶，是公平交易的基礎(chǔ)。最有象征意義的計(jì)量器具——“天平”，一直代表著一種永恒的理念——“只有準(zhǔn)確的計(jì)量才能真正體現(xiàn)社會(huì)的公平”。超過80%的貿(mào)易必須經(jīng)過測量才能實(shí)現(xiàn)，工業(yè)化國家的測量活動(dòng)對(duì)其國民生產(chǎn)總值的貢獻(xiàn)率達(dá)4%~6%。在國際貿(mào)易中，計(jì)量的準(zhǔn)確性和結(jié)果的一致性，涉及國家經(jīng)濟(jì)利益，有助于促進(jìn)貿(mào)易公平公正，并消除技術(shù)性貿(mào)易壁壘。

計(jì)量在國家治理、支撐國防現(xiàn)代化建設(shè)等方面也同樣作用重大，不再一一闡述。

三、計(jì)量的未來展望

歷史上每一次工業(yè)革命都伴隨著測量技術(shù)的飛躍和計(jì)量的重大變革?；谂ｎD定律的力學(xué)、熱學(xué)測量的發(fā)展和“度量衡”的高度統(tǒng)一，開啟了以機(jī)器代替手工勞動(dòng)的第一次工業(yè)革命；電測量的實(shí)現(xiàn)和《米制公約》的簽署，迎來了“電氣時(shí)代”的第二次工業(yè)革命；測量領(lǐng)域的拓展、測量精度的提升和國際計(jì)量單位（SI）的正式建立，奠定了以信息控制為主導(dǎo)的第三次工業(yè)革命。

新一代工業(yè)革命正在孕育興起，將深刻影響著經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)各方面的發(fā)展。計(jì)量技術(shù)體系也正在經(jīng)歷歷史性變革。2018年，國際計(jì)量單位制將重新定義，世界測量技術(shù)規(guī)則將予以重構(gòu)，由此帶來的影響廣泛而深遠(yuǎn)。最突出的體現(xiàn)就是“計(jì)量單位量子化”和“量值溯源扁平化”，這一變革將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。目前，量子技術(shù)與信息技術(shù)正在相互融合，量子技術(shù)+互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展模式，將掀起一場真正的計(jì)量科學(xué)、甚至是整個(gè)測量科學(xué)的革命，更加精準(zhǔn)、更加快速、更加尖端、更加泛在的計(jì)量，不再是遙遠(yuǎn)的期待。

所以說，以“計(jì)量基準(zhǔn)量子化”和“量值傳遞扁平化”為主要特征的國際計(jì)量變革，將完美契合以信息物理融合系統(tǒng)為基礎(chǔ)的第四次工業(yè)革命的開啟。

計(jì)量的未來在哪里？一是基于量子物理的新一代國際單位制；二是突破極限的測量，從原子尺度到超大尺寸范圍內(nèi)的測量，在極端條件下的測量、在干擾或快速變化環(huán)境中的測量；三是智能和互聯(lián)式測量，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)大量的儀器儀表或傳感器的在線、遠(yuǎn)程及扁平化量值溯源；四是嵌入式測量，將計(jì)量植入到生產(chǎn)過程，將最精準(zhǔn)的計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)融入到機(jī)器。比如美國的“NIST on Chip”計(jì)劃，就是將美國計(jì)量院NIST最精密的測量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)集中在一個(gè)芯片上。

為應(yīng)對(duì)國際計(jì)量變革和計(jì)量體系的重構(gòu)，歐洲提出了“計(jì)量研究創(chuàng)新計(jì)劃”以及“量子宣言”，投資數(shù)十億歐元，支撐新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。我國高度重視計(jì)量變革帶來的機(jī)遇，在科技部、財(cái)政部、發(fā)改委等部門的大力支持下，從“十一五”開始，布局了一批量子計(jì)量研究項(xiàng)目；“十二五”期間，在量子計(jì)量基準(zhǔn)和基本單位重新定義方面實(shí)現(xiàn)了重大突破，并開辟了醫(yī)學(xué)、生物等計(jì)量新領(lǐng)域。“十三五”期間，適逢國家科技體制改革，啟動(dòng)實(shí)施了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“國家質(zhì)量基礎(chǔ)的共性技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目，有望在“十三五”期間在更多的關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“領(lǐng)跑”。

計(jì)量是認(rèn)識(shí)世界和改造世界的工具，也是探索動(dòng)態(tài)變化世界的一把鑰匙。正是因?yàn)橛辛藢?duì)量的認(rèn)識(shí)和測量手段、測量精度的不斷提升，才不斷提高人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力，并推動(dòng)人類社會(huì)不斷發(fā)展。