從“米制”到“米智”

—— “米”定義四十周年主題論壇側(cè)記

□ 石亞楠

“產(chǎn)業(yè)質(zhì)量的基礎(chǔ)就是基礎(chǔ)測量，測量和儀器才是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)……”5月23日，在中國計量科學(xué)研究院（以下簡稱“中國計量院”）昌平院區(qū)，一場關(guān)于米定義、幾何量計量及精密測量的學(xué)術(shù)盛宴在這里上演，中國工程院院士譚久彬正在作學(xué)術(shù)報告。

這場為紀(jì)念“米”定義40周年的專題報告會，也是中國計量院第十三屆科技周活動的重要內(nèi)容之一。

“米”定義的演進

長度計量源遠流長。從布手知尺、布指知寸，到舉足為跬、邁步定畝；從“腕尺”“一潯”“英里”，到“碼”“英尺”“英寸”；從漢代以黃鐘律管的九寸長度作為法定律尺，到法國大革命時期以地球子午線長度的四千萬分之一定義為一米——“米制”概念由此提出。

“1908年，清政府商請國際計量局制造了鉑銥合金尺原器及鎳鋼合金尺副原器，它的外層木匣上刻有銘文‘尺之原器，宣統(tǒng)元年制’，這是我們院很重要的一個器物”，中國計量院院長方向娓娓講述著米定義的演進史，“1963年，我國首次自主復(fù)現(xiàn)米定義，并將氪86同位素光譜燈裝置確立為長度計量基準(zhǔn)。到1983年，第十七屆‘國際計量大會’正式通過了利用真空中的光速作為長度單位‘米’的新定義?！?/p>

從此，“米”定義不再依賴于實物原器，實現(xiàn)了長度單位從實物基準(zhǔn)、自然基準(zhǔn)向基本物理常數(shù)定義基本單位的過渡，這也是SI國際單位制中第一個以基本物理量常數(shù)定義的物理量。

2018年國際單位制重新定義之后，“米”定義的描述更加精準(zhǔn)，且直接與銫原子能級躍遷的頻率相關(guān)聯(lián)。方向介紹，根據(jù)新的“米”定義，中國計量院正積極開展基于光頻梳新的米基準(zhǔn)的研究。

以米為起點，而今的幾何量計量體系正在尺度和維度上擴展，也為新一代國家測量體系的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

加快構(gòu)建新一代國家測量體系

“凡是科技強國，都是儀器強國；凡是制造強國，都是儀器強國；凡是質(zhì)量強國，都是儀器強國。凡是儀器強國，都有一個強大的國家測量體系?！敝袊こ淘涸菏孔T久彬在報告中表達了他對加快構(gòu)建新一代國家測量體系的強烈愿望。

據(jù)統(tǒng)計，到2017年，諾貝爾獎自然科學(xué)獲獎項目中，11%的項目因發(fā)明科學(xué)儀器而直接獲獎，72%的物理學(xué)獎、81%的化學(xué)獎、95%的生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎都是借助高精尖科學(xué)儀器來完成的。

在譚久彬看來，我國國家測量體系還存在與工業(yè)測量體系相互脫節(jié)、高端領(lǐng)域測量手段缺失等不足。為此，他提出，構(gòu)建基于基本量常數(shù)定義的國家計量體系，促進量值傳遞扁平化，構(gòu)建工業(yè)測量體系和公共測量體系，將測量嵌入到產(chǎn)品全制造鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈和裝備全生命周期。

“測量儀器必須小型化、微型化，能嵌入到制造裝備里面去，制造裝備再嵌入到生產(chǎn)線，最后真正形成智能裝備、智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠，智能制造才真正能實現(xiàn)。”譚久彬如是說。

高端裝備制造中的整體測量

正如大家所知，“米”定義的發(fā)展，推動了激光測長技術(shù)的快速發(fā)展，催生了高端制造業(yè)。當(dāng)前，在智能制造背景下，對高端復(fù)雜制造系統(tǒng)的關(guān)鍵幾何參數(shù)進行精準(zhǔn)測量已成為必然要求。

天津大學(xué)教授邾繼貴帶領(lǐng)的團隊一直深耕于裝備智能制造精密測量領(lǐng)域，對高端裝備制造中的多站整體測量及幾何誤差控制有著深入研究。他的團隊現(xiàn)已研制了面向大型裝備制造的新形態(tài)整體測量儀器系統(tǒng)，實現(xiàn)了與多類型智能裝備及多工藝流程的深度集成，建立了支持大型裝備高質(zhì)量自動化制造過程精度控制與實時反饋的測量系統(tǒng)。 

在報告中，邾繼貴分享了基于整體測量場的某數(shù)字化建設(shè)產(chǎn)品，現(xiàn)已服務(wù)于某高端裝備制造中，解決了外場環(huán)境下實時位姿高精度同步測量的難題，有效保障了裝備的質(zhì)量和精度。

“研究具有統(tǒng)一時空基準(zhǔn)的大尺度、高精度、多任務(wù)、多參數(shù)空間坐標(biāo)測量技術(shù)，是實現(xiàn)復(fù)雜制造實體與數(shù)字模型精準(zhǔn)映射的關(guān)鍵，更是推動復(fù)雜制造系統(tǒng)數(shù)字化、智能化演進的前提條件。”邾繼貴說。

米的智能化發(fā)展及展望

邾繼貴團隊所做的工作，也是譚久彬一直所強調(diào)的：“我們現(xiàn)在所研發(fā)的儀器，一定要在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化平臺上運行?！?/p>

“未來，‘米’的智能化發(fā)展，一方面是自身的智能化發(fā)展，開展遠程校準(zhǔn)、工業(yè)現(xiàn)場原位溯源及數(shù)字孿生技術(shù)研究，實現(xiàn)扁平化、數(shù)字化的量值傳遞及網(wǎng)絡(luò)化測量；另一方面，將‘米’計量深度融入智能化產(chǎn)業(yè)，如智能駕駛、增材制造、工業(yè)機器人、集成電路產(chǎn)業(yè)等，進一步推動計量技術(shù)從‘米制’向‘米智’發(fā)展，支撐人工智能時代的發(fā)展?！狈较蛟趫蟾孀詈笞鞒稣雇?/p>

米的發(fā)展反映計量的發(fā)展，米的未來反映計量的未來?！懊住倍x40周年，以米為起點，向著質(zhì)量強國、制造強國、科技強國再出發(fā)。

《中國質(zhì)量報》