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(cè)量，測(cè)量和儀器才是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)……”5月23日，在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)計(jì)量院”）昌平院區(qū)，一場(chǎng)關(guān)于米定義、幾何量計(jì)量及精密測(cè)量的學(xué)術(shù)盛宴在這里上演，中國(guó)工程院院士譚久彬正在作學(xué)術(shù)報(bào)告。

這場(chǎng)為紀(jì)念“米”定義40周年的專題報(bào)告會(huì)，也是中國(guó)計(jì)量院第十三屆科技周活動(dòng)的重要內(nèi)容之一。

“米”定義的演進(jìn)

長(zhǎng)度計(jì)量源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。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(zhǎng)度作為法定律尺，到法國(guó)大革命時(shí)期以地球子午線長(zhǎng)度的四千萬(wàn)分之一定義為一米——“米制”概念由此提出。

“1908年，清政府商請(qǐng)國(guó)際計(jì)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?cè)汉苤匾囊粋€(gè)器物”，中國(guó)計(jì)量院院長(zhǎng)方向娓娓講述著米定義的演進(jìn)史，“1963年，我國(guó)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(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)。到1983年，第十七屆‘國(guó)際計(jì)量大會(huì)’正式通過(guò)了利用真空中的光速作為長(zhǎng)度單位‘米’的新定義。”

從此，“米”定義不再依賴于實(shí)物原器，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)度單位從實(shí)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(guò)渡，這也是SI國(guó)際單位制中第一個(gè)以基本物理量常數(shù)定義的物理量。

2018年國(guó)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(jí)躍遷的頻率相關(guān)聯(lián)。方向介紹，根據(jù)新的“米”定義，中國(guó)計(jì)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(diǎn)，而今的幾何量計(jì)量體系正在尺度和維度上擴(kuò)展，也為新一代國(guó)家測(cè)量體系的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

加快構(gòu)建新一代國(guó)家測(cè)量體系

“凡是科技強(qiáng)國(guó)，都是儀器強(qiáng)國(guó)；凡是制造強(qiáng)國(guó)，都是儀器強(qiáng)國(guó)；凡是質(zhì)量強(qiáng)國(guó)，都是儀器強(qiáng)國(guó)。凡是儀器強(qiáng)國(guó)，都有一個(gè)強(qiáng)大的國(guó)家測(cè)量體系?！敝袊?guó)工程院院士譚久彬在報(bào)告中表達(dá)了他對(duì)加快構(gòu)建新一代國(guó)家測(cè)量體系的強(qiáng)烈愿望。

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

在譚久彬看來(lái)，我國(guó)國(guó)家測(cè)量體系還存在與工業(yè)測(cè)量體系相互脫節(jié)、高端領(lǐng)域測(cè)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(guó)家計(jì)量體系，促進(jìn)量值傳遞扁平化，構(gòu)建工業(yè)測(cè)量體系和公共測(cè)量體系，將測(cè)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(cè)量?jī)x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(shí)現(xiàn)?！弊T久彬如是說(shuō)。

高端裝備制造中的整體測(cè)量

正如大家所知，“米”定義的發(fā)展，推動(dòng)了激光測(cè)長(zhǎng)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(duì)高端復(fù)雜制造系統(tǒng)的關(guān)鍵幾何參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量已成為必然要求。

天津大學(xué)教授邾繼貴帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)一直深耕于裝備智能制造精密測(cè)量領(lǐng)域，對(duì)高端裝備制造中的多站整體測(cè)量及幾何誤差控制有著深入研究。他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已研制了面向大型裝備制造的新形態(tài)整體測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)，實(shí)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(dòng)化制造過(guò)程精度控制與實(shí)時(shí)反饋的測(cè)量系統(tǒng)。 

在報(bào)告中，邾繼貴分享了基于整體測(cè)量場(chǎng)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(chǎng)環(huán)境下實(shí)時(shí)位姿高精度同步測(cè)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(shí)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(cè)量技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜制造實(shí)體與數(shù)字模型精準(zhǔn)映射的關(guān)鍵，更是推動(dòng)復(fù)雜制造系統(tǒng)數(shù)字化、智能化演進(jìn)的前提條件?！臂ダ^貴說(shuō)。

米的智能化發(fā)展及展望

邾繼貴團(tuán)隊(duì)所做的工作，也是譚久彬一直所強(qiáng)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(tái)上運(yùn)行。”

“未來(lái)，‘米’的智能化發(fā)展，一方面是自身的智能化發(fā)展，開展遠(yuǎn)程校準(zhǔn)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)原位溯源及數(shù)字孿生技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)扁平化、數(shù)字化的量值傳遞及網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量；另一方面，將‘米’計(jì)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(jī)器人、集成電路產(chǎn)業(yè)等，進(jìn)一步推動(dòng)計(jì)量技術(shù)從‘米制’向‘米智’發(fā)展，支撐人工智能時(shí)代的發(fā)展?！狈较蛟趫?bào)告最后作出展望。

米的發(fā)展反映計(jì)量的發(fā)展，米的未來(lái)反映計(jì)量的未來(lái)?！懊住倍x40周年，以米為起點(diǎn)，向著質(zhì)量強(qiáng)國(guó)、制造強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)再出發(fā)。

《中國(guó)質(zhì)量報(bào)》