管理篇；管理知識；計量管理基礎(chǔ)知識系列講座

第一講  測量與計量


國家質(zhì)檢總局 金華彰


    編者按:計量戰(zhàn)線的老同志大都已退下來或?qū)⒁讼聛?，計量?zhàn)線的新生力量正在不斷壯大、迅速成長。在這新老交替的時刻，對有關(guān)計量的基本概念和知識進行系統(tǒng)探討，具有一定的價值。這不僅有助于計量戰(zhàn)線的新同志進一步了解有關(guān)計量工作的內(nèi)容，也可以使他們更深刻地理解計量的使命和社會責任，開創(chuàng)計量事業(yè)的新天地。為此，本刊將從2008年第1期起，在“學習與培訓”欄目系統(tǒng)開展計量管理基礎(chǔ)知識培訓。每期一篇，一題一文一期，重在對實際應用提供指導，盡量避免深奧理論。以下是第2期至第12期的題目(刊出時可能會略有調(diào)整):
    第2期  量和單位
    第3期  計量法規(guī)
    第4期  測量標準及建立
    第5期  計量檢定及其實施
    第6期  計量校準及其實施
    第7期  檢定規(guī)程和校準規(guī)范
    第8期  比對和能力驗證
    第9期  期間核查
    第10期  型式批準與型式評價
    第11期  商品量計量檢驗
    第12期  計量安全防護、職業(yè)道德
   

一、測量

    1.什么是測量
    測量是人類認識和揭示自然界物質(zhì)運動的規(guī)律、借以定性區(qū)別和定量描述周圍物質(zhì)世界，從而達到改造自然和改造世界的一種重要手段?？梢哉f，測量的概念起源于人類對物質(zhì)世界的認識。人類在認識自然、改造自然中，隨著生產(chǎn)、勞動、生活的需要，將遇到各種現(xiàn)象和物體，并要求能定性地區(qū)別又可定量地確定這些現(xiàn)象和物體的屬性。他們用人體的某一部分或某一實物，確定距離的遠近、土地的大小、食物的多少、物體的輕重。隨著人們在生產(chǎn)勞動實踐中知識的不斷積累，改造自然的能力逐步提高，人們把“確定的已知量”規(guī)定為某一量的單位量，通過它與一個未知量進行比較，從而確定這一未知量的大小，并將其(量的大小)用數(shù)值和單位的乘積(即量值)表示出來，這就是人們從事的測量活動?？梢姡粋€量的大小用量值來表示，而如何獲得這一量值是通過測量來實現(xiàn)的。隨著人類社會和科學技術(shù)的高度發(fā)展，人類認識自然的能力進一步深化，測量對象不僅限于物理量，同時還對化學量、工程量、生物量等進行定性的區(qū)別和定量的確定，從而測量范圍不斷擴大，其應用范圍及內(nèi)容更為豐富。
    按定義“測量”就是“以確定量值為目的的一組操作”。它包含了三層內(nèi)涵:(1)測量是一種“操作”，它既可以是一項復雜的物理實驗活動，又可以是一種簡單的動作。這種操作可以手動、半自動，也可以自動地進行。(2)該組操作的目的(即測量的目的)在于確定被測對象量值的大小，這里沒有限定測量范圍和測量不確定度，也沒有規(guī)定獲得量值大小的方法和途徑，所以，它適用于所有可測的量，各種領(lǐng)域和各個方面的測量。(3)它強調(diào)是“一組”操作，說明測量是一個過程。通常把“確定量值的一組操作”稱為測量過程。測量過程的三個要素是:輸入，確定被測的量及對測量的要求；活動，對所需要的測量進行策劃，選定測量原理和測量方法，配備適宜的且具有溯源性的測量器具，確定測量程序，選擇和確定具有測量能力的人員，識別和控制測量過程中環(huán)境及影響量的影響，實施測量活動，并通過必要的數(shù)據(jù)計算和處理；輸出，按輸入的要求，出具測量結(jié)果或報告。把測量活動作為測量過程來看待，有利于理解測量中的各項要素，識別測量的要求，明確測量的資源、順序、接口、關(guān)系及相互作用，有利于實施測量及對測量活動的管理和監(jiān)控。
    2.測量的作用
    測量是人們認識世界、改造客觀世界的重要手段。測量是科學技術(shù)的基礎(chǔ)，正如俄國科學家門捷列夫所說:“沒有測量，就沒有科學?！笨茖W從測量開始，每一種物質(zhì)和現(xiàn)象只有通過測量才能真正認識，不能測量的東西，人們就不可能全面地認識它。測量是發(fā)展生產(chǎn)的重要手段，它可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、改進和監(jiān)控工藝、提高勞動生產(chǎn)率、改善勞動條件、加強經(jīng)營管理、實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和現(xiàn)代化。測量也是掌握物質(zhì)財富和動力資源的數(shù)量，以及經(jīng)濟合理地使用這些財富，減少能源和材料消耗的重要手段。測量可以維護社會經(jīng)濟秩序，確保國內(nèi)和國際貿(mào)易活動的正常進行。此外，通過環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、安全防護等方面的測量，可直接維護人們的健康和安全。測量是人們生活中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，人們生活處處離不開測量。所以，測量與國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和人民生活有著十分密切的關(guān)系，具有十分重要的地位。
   

二、計量

    1.什么是計量
    還是要從測量談起，人們?yōu)榱松婧桶l(fā)展，必須認識自然、改造自然，要進行大量的測量活動，最初，測量是十分原始的，單位是可以任選的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和商品交換形成社會性活動時，客觀上要求實現(xiàn)測量的統(tǒng)一，即在一定準確度內(nèi)同一物體在不同地方，用不同測量手段，測量所得的結(jié)果應實現(xiàn)一致。因而出現(xiàn)了大家公認的、統(tǒng)一的單位及體現(xiàn)單位的實物標準，用公認的標準來對測量儀器進行比較，并用法律的形式將其固定下來，從而形成了區(qū)別于測量的新概念，也就是稱之為“計量”的概念。
    單位的統(tǒng)一是測量統(tǒng)一的基礎(chǔ)，測量統(tǒng)一應反映在量值準確可靠和一致上。按定義，“計量”是指“實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的活動”。該定義說明:(1)計量的目的就是為了實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠，從而實現(xiàn)同一物體測量結(jié)果的可比性、一致性；(2)其內(nèi)容包括為實現(xiàn)這一目的所進行的各項活動。這一活動具有廣泛性，它涉及科學技術(shù)、法律法規(guī)、行政管理等活動，包括國民經(jīng)濟各部門、人民生活各方面，哪兒有測量，哪兒就需要單位的統(tǒng)一、量值的準確可靠，哪兒就需要計量，計量為測量的準確可靠提供了基本保證。這一定義不僅表達了計量的本質(zhì)特征，也明確了從事計量活動的根本目的。通過計量所獲得的測量結(jié)果，是人類活動中最重要的信息源之一。
    可見，計量不同于一般的測量，測量是為了獲得量值的大小，而計量是為了達到量值的統(tǒng)一、準確和一致。測量是形成計量、計量學的前提和基礎(chǔ)，有了測量，才出現(xiàn)了計量的概念，從而形成了計量學這門科學。在計量學中，測量既是核心概念，又是研究對象。實際上，計量與測量兩者密不可分，可以認為計量就是與測量結(jié)果置信度有關(guān)的、與不確定度聯(lián)系在一起的規(guī)范化的測量，所以，人們有時也稱測量為計量，例如稱測量單位為計量單位，稱測量標準為計量標準等。

2.計量的發(fā)展
    計量的歷史源遠流長，計量的發(fā)展與社會進步聯(lián)系在一起，它是人類文明的重要組成部分。計量發(fā)展大體可分為以下三個階段:
    (1)古代計量
    有關(guān)文字記載和器物遺存證明，早在數(shù)千年前，出于生產(chǎn)、貿(mào)易和征收賦稅等方面的需要，已開始進行長度、面積、容積和質(zhì)量的計量。計量在我國歷史上稱為“度量衡”，它有著悠久的歷史。由于生產(chǎn)交換的發(fā)展、私有制逐漸形成，早在奴隸社會初期就有人利用度量衡圖謀私利，并經(jīng)常發(fā)生爭執(zhí)。史籍記載，約公元前21世紀，傳說黃帝就設置了“衡、量、度、畝、數(shù)”五量。舜在行使權(quán)力時即“協(xié)時月正日，同律度量衡”。禹在劃分九州治理水患時，使用規(guī)矩準繩等測量工具，丈量規(guī)劃四方土地。我國古代用人體的某一部分或用天然物、植物的果實作為計量標準，如“布手知尺”、“掬手為升”、“取權(quán)為重”、“過步定畝”、“滴水計時”來進行計量活動。周朝(約公元前1037年)的度量衡法制記載，《周禮》說，周朝設內(nèi)宰頒行度量衡法令；大行人掌管發(fā)放標準器；合方氏負責監(jiān)督檢查；辦理地方事務的官職叫司事；管理市場的叫質(zhì)人。公元前221年，秦始皇統(tǒng)一全國后，立即頒發(fā)詔書，以最高法令形式將秦國的度量衡法制推行于天下，秦朝還監(jiān)制了許多度量衡標準器，并實行定期的檢定制度。我國歷史上計量的發(fā)展，為人類發(fā)展作出了突出的貢獻。西漢末年，王莽進行度量衡改革時頒行的用青銅鑄造的新莽嘉量標準器，成為我國歷史上度量衡器的珍品。我國漢代已出現(xiàn)“黃鐘律管”，用聲波對應管腔長度作為長度基準。我國歷史上把漏刻作為計時儀器，并使用了幾千年。我國古代計量具有光輝的一頁。
    (2)近代計量
    1875年“米制公約”的簽訂，標志著近代計量的開始。近代計量隨著近代物理學的發(fā)展，逐步引入了“物理量”的概念，使計量研究應用的對象得到了擴展。這一階段的主要特征是計量擺脫了利用人體、自然物體作為“計量基準”的原始狀態(tài)，進入以科學發(fā)展為基礎(chǔ)的發(fā)展時期。由于受科技水平的限制，這個時期的計量基準大都是經(jīng)典理論指導下的宏觀實物基準，例如，根據(jù)地球子午線的長度的四千萬分之一，用鉑銥合金制成長度米基準原器；根據(jù)一立方分米的純水在其密度最大時的質(zhì)量，用鉑銥合金制成了質(zhì)量基準千克原器；根據(jù)地球圍繞太陽轉(zhuǎn)動周期來定義時間的單位秒。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，被測的量更為廣泛，計量的范圍也逐漸擴大。
    (3)現(xiàn)代計量
    現(xiàn)代計量的標志是1960年國際計量大會決議通過并建立的適用于各個科學技術(shù)領(lǐng)域的計量單位制，即國際單位制。它是將由以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)的宏觀實物基準，轉(zhuǎn)為以量子物理和基本物理常數(shù)為基礎(chǔ)的微觀自然基準。也就是說，現(xiàn)代計量以當今科學技術(shù)的最高水平，使基本單位計量基準建立在微觀自然現(xiàn)象或物理效應的基礎(chǔ)上，并建立科學、完善、有效的現(xiàn)代計量體系，實現(xiàn)國際上測量的統(tǒng)一?；疚锢沓?shù)的引入和發(fā)展在定義計量基本單位和導出單位方面起到了關(guān)鍵的作用。例如:新的米定義中采用了真空中光速C的約定值，電壓和電阻單位定義中采用了約瑟夫森常數(shù)Kj和馮克里青常數(shù)Rk的約定值，摩爾的定義用到了阿伏加德羅常數(shù)Na等。采用基本物理常數(shù)，將大大提高計量基準復現(xiàn)的不確定度，滿足科學研究、國民經(jīng)濟、生產(chǎn)和社會發(fā)展的需要。當前，我國正在為使計量基準建立在基本物理常數(shù)的基礎(chǔ)上開展科學研究，以逐步建立我國的現(xiàn)代科學計量體系；進一步完善國家計量法律法規(guī)，開拓法制計量新領(lǐng)域，建立我國的現(xiàn)代法制計量體系；進一步加強企業(yè)計量基礎(chǔ)工作，規(guī)范和發(fā)展我國校準市場，建立我國的現(xiàn)代工業(yè)計量體系?？傊?，我國現(xiàn)代計量的發(fā)展應緊緊跟上經(jīng)濟的發(fā)展和社會進步的步伐，并作為全球計量體系的組成部分，以促進國際間量值的準確和一致。
    3.計量的特點
    計量具有以下四個方面的特點:
    (1)準確性
    準確性是指測量結(jié)果與被測量真值的接近程度，它是確保量值可靠開展計量活動的基礎(chǔ)，只有在準確的基礎(chǔ)上才能達到量值的可靠和一致。否則，所進行測量的質(zhì)量(品質(zhì))就無從判斷。所謂量值的“準確”，即是指在一定的不確定度或允許誤差范圍內(nèi)的準確。只有測量結(jié)果量值的準確，計量才能實現(xiàn)一致性，測量結(jié)果才具有使用價值，才可能為社會提供計量保證。
    (2)一致性
    計量的基本任務是保證單位與量值的一致，這是開展計量活動的根本目的。計量單位統(tǒng)一和單位量值統(tǒng)一是計量一致性的兩個方面，單位統(tǒng)一是量值統(tǒng)一的前提，量值統(tǒng)一是指在規(guī)定的準確度內(nèi)量值的一致。一致性是指在統(tǒng)一計量單位的基礎(chǔ)上，無論在何時、何地，采用何種方法，使用何種測量儀器，以及由何人測量，對同一被測量其測量結(jié)果應在給定的區(qū)間內(nèi)一致。也就是說，測量結(jié)果應是可重復、可再現(xiàn)、可比較的，量值是確實可靠的，否則，計量就失去了其社會意義。計量的一致性不僅限于國內(nèi)，也適用于國際。
    (3)溯源性
    溯源性是開展計量活動、確保單位統(tǒng)一和量值準確可靠的重要途徑。溯源性指任何一個測量結(jié)果或計量標準的量值，都應能通過一條具有規(guī)定不確定度的連續(xù)比較鏈，與計量基準聯(lián)系起來。這種特性使所有的同種量值，都可以按這條比較鏈通過校準向測量的源頭追溯，也就是溯源到同一個計量基準(國家基準或國際基準)，或通過檢定按比較鏈進行量值傳遞，從而使準確性和一致性得到技術(shù)保證。否則，量值出于多源或多頭，必然會在技術(shù)上和管理上造成混亂。所謂“量值溯源”是指自下而上通過校準而構(gòu)成溯源體系；而“量值傳遞”則是指自上而下通過逐級檢定而構(gòu)成檢定系統(tǒng)。
    (4)法制性
    法制性是實現(xiàn)計量目的、開展計量活動的重要手段。古今中外，計量均由政府納入法制管理，確保計量單位的統(tǒng)一，免受不準確、不誠實的測量帶來的危害，以維護國家和消費者的利益，這些都是通過法制來實現(xiàn)的。計量的社會性本身就要求其應有一定的法制性來保障，不論是單位的統(tǒng)一，還是計量基準的建立，制造、進口和銷售計量器具的管理，強制檢定的實施等多個環(huán)節(jié)，不僅依賴于科學技術(shù)手段，還要有相應的法律、法規(guī)和規(guī)章，必須實施嚴格的法制管理。特別是對國民經(jīng)濟有明顯影響，涉及公眾利益和可持續(xù)發(fā)展或需要特殊信任的領(lǐng)域，必須由政府建立起法制保障。否則，量值的準確性、一致性就不可能實現(xiàn)，計量的作用也難以發(fā)揮。

4.計量的分類
    計量活動涉及社會的各個方面，但按計量的社會功能，國際上趨向把計量大致分為三個組成部分，即法制計量、科學計量、工業(yè)計量，分別代表以政府為主導作用的計量社會事業(yè)、計量的基礎(chǔ)和計量應用三個方面。
    (1)法制計量
    法制計量是計量工作的核心。計量作為社會事業(yè)，并不是每個方面都需要政府管理，政府應把重點放在制定與實施計量法律、法規(guī)并依法進行計量監(jiān)督上，這是政府及法定計量技術(shù)機構(gòu)的工作重點，是法制計量的概念。法制計量是指在國民經(jīng)濟、社會和人民生活中，存在著有利害沖突領(lǐng)域中的計量，其目的是要解決由于不準確、不誠實的測量所帶來的危害，以維護國家和人民的利益。當前國際社會公認的法制計量領(lǐng)域即為我國《計量法》所規(guī)定的:貿(mào)易結(jié)算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測中的計量問題。近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，各國對其資源的評估越來越重視，資源控制也將納入依法管理的范圍。所以，法制計量的領(lǐng)域是隨經(jīng)濟發(fā)展而變化的。按定義“法制計量”是指“計量的一部分，即與法定計量技術(shù)機構(gòu)所執(zhí)行工作有關(guān)的部分，涉及計量單位、測量方法、測量設備和測量實驗室的法定要求”。法制計量內(nèi)容主要包括:計量立法，統(tǒng)一計量單位，對有關(guān)測量方法、計量器具和法定計量技術(shù)機構(gòu)及測量實驗室實施依法管理。這些工作必須由法定計量技術(shù)機構(gòu)或授權(quán)的計量技術(shù)機構(gòu)來執(zhí)行。法制計量是政府行為，是政府的職責。
    (2)科學計量
    科學計量是科技和經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，也是計量的基礎(chǔ)，它是指先進性、前瞻性、綜合性的計量科學研究，通常用最新的科技成果來精確定義與實現(xiàn)計量單位，并為最新的科技發(fā)展提供可靠的測量基礎(chǔ)?？茖W計量包括計量單位與單位制的研究、計量基準與標準的研制、物理常數(shù)與精密測量技術(shù)的研究、量值傳遞和量值溯源方法及測量不確定度的研究。當然也涉及對測量原理、測量方法、測量儀器的研究，解決新的科學領(lǐng)域或有關(guān)領(lǐng)域中準確測量問題的研究，開展動態(tài)、在線、自動、綜合測量技術(shù)的研究，聯(lián)系生產(chǎn)實際開展有關(guān)計量測試課題的研究，提高測量人員測量能力的研究，以及涉及法制計量領(lǐng)域和計量管理的研究等?？茖W計量是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的重要保障。
    (3)工業(yè)計量
    工業(yè)計量也稱為工程計量，其含義具有廣義性，并不單純指工業(yè)領(lǐng)域，而是廣義地指除了科學計量、法制計量以外的其他計量測試活動。它是涉及應用領(lǐng)域的計量測試活動的統(tǒng)稱，涉及有關(guān)生產(chǎn)及其他的各個領(lǐng)域，在生產(chǎn)和其他各種過程中的應用計量技術(shù)均屬于工業(yè)計量范疇。這里作為計量分類所指的“工業(yè)計量”一詞，是我國對這些計量測試活動的一種習慣用語。它的內(nèi)容包括建立校準、測試服務市場，建立企業(yè)計量測試體系，開展各種計量測試活動，發(fā)展儀器儀表產(chǎn)業(yè)等方面。工業(yè)計量測試能力實際上是一個國家工業(yè)競爭力的重要組成部分，在以高技術(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)濟構(gòu)架中顯得尤為重要。工業(yè)計量為計量在國民經(jīng)濟中的實際應用開拓了廣闊的前景和領(lǐng)域。
    以上三個方面相互關(guān)聯(lián)、相互鏈接，具有十分密切的關(guān)系，構(gòu)成了完整的計量體系。它們之間的界限也是難以完全區(qū)分的，無論是在一個國家、政府，還是在一個企、事業(yè)單位中，其計量體系都包括科學計量、法制計量和工業(yè)計量及其相關(guān)活動，只是側(cè)重點不同。三大計量為我國融入世界現(xiàn)代計量體系，進一步發(fā)展計量事業(yè)奠定了良好的基礎(chǔ)。
    5.計量學
    從科學的發(fā)展來看，計量曾經(jīng)是物理學的一部分，后來隨著領(lǐng)域和內(nèi)容的擴展，而形成了一門研究測量理論和實踐的綜合性科學，成為一門獨立的學科——計量學。按定義計量學是“關(guān)于測量的科學”，計量學涵蓋有關(guān)測量的理論與實踐的各個方面。計量學應用的范圍十分廣泛，我國目前按專業(yè)和被測對象量的不同，把計量學的范圍分為十大類，即幾何量計量、熱學計量、力學計量、電磁學計量、電子學計量、時間頻率計量、電離輻射計量、聲學計量、光學計量、化學計量。按計量學的內(nèi)容和性質(zhì)、應用的不同領(lǐng)域劃分，計量學可分為:通用計量學、應用計量學、技術(shù)計量學、質(zhì)量計量學、理論計量學、法制計量學等。特別是計量學作為一門科學，它同國家法律、法規(guī)和行政管理緊密結(jié)合的程度，是其他學科中少有的。計量是科學技術(shù)和管理的結(jié)合體，它包括計量科技和計量管理兩個方面，兩者相互依存、互相滲透，即計量管理工作具有較強的技術(shù)性，而計量科學技術(shù)中又具有較強的法制性。計量學有時簡稱計量。隨著科學技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，計量學的內(nèi)容還會更加豐富。
    計量是發(fā)展國民經(jīng)濟的一項重要技術(shù)基礎(chǔ)，是確保社會活動正常進行的重要條件，是保護國家和人民利益的重要保證。計量與科學技術(shù)、計量與生產(chǎn)、計量與維護社會經(jīng)濟秩序、計量與貿(mào)易、計量與節(jié)能、計量與國防、計量與文化體育、計量與人民生活都息息相關(guān)，在人們的廣泛的社會活動中，哪兒需要測量，哪兒就需要計量，所以，計量在國民經(jīng)濟和社會活動中具有十分重要的地位和作用。