计量对国家科技创新发展的影响及对策建议

邓向瑞，慕慧娟，马兵

（1.中国计量科学研究院；2.新疆维吾尔自治区计量测试研究院；3.中国科学技术发展战略研究院；4.北京胜达金鼎投资顾问有限公司）

在当今科技全球化的发展浪潮中，计量成为国家科技创新体系的重要组成部分，以及产业发展的重要技术基础。国务院印发《计量发展规划（2021—2035年）》，指出计量是实现单位统一、保证量值准确可靠的活动，是科技创新、产业发展、国防建设、民生保障的重要基础，是构建一体化国家战略体系和能力的重要支撑。纵观历次科技革命的演进，计量成为敲开科技创新“未来之门”的关键。计量精度的每一次提高，都为相关领域的技术创新、技术进步带来新动力。中国科技自立自强的发展之路，需要学习借鉴发达国家推动计量助力国家科技创新的先进经验，优化计量规范之纲，稳固计量发展之基，强化计量应用之要，架起计量国际合作之桥，促进国家创新体系建设。

一、计量是科技创新发展的重要助推力

在国际计量术语中，计量学的明确概念是关于测量的科学，涵盖了测量理论与实践的各个方面。随着科学技术发展，现代计量已经发展成涵盖长度、热学、力学、电磁学、无线电、时间频率、电离辐射、光学、声学、化学等十大类的独立学科，同时计量的定义也拓展到测量的科学及其应用（段宇宁，2021）。高准确度、高灵敏度、高精密的仪器设备都离不开高精准的计量技术支撑，计量精度的每一次提高，都能为相关领域的技术创新、技术进步带来新动力。

（一）计量带动基础研究发展，引领科技创新变革

计量是保证基础研究数据准确性和可靠性的关键，基础研究是科技创新的源头和基石，计量的发展将加速科技创新的新一轮变革。一是计量理论研究为技术的原始创新提供可能路径。计量通过高精度的计量测量，推动基础研究的深入开展，发现新规律、新现象和新物质，为科技创新提供更多的思路和方法。二是计量与前沿技术发展互相促进，在量子技术、生物技术、信息技术、新能源技术等领域均需要高精度的计量测试技术来保证数据的准确性和可靠性。三是包括量热技术、数字化模拟测量技术、工况环境监测技术等基础共性技术是计量领域不可或缺的基础，对于提高测量精度和可靠性具有重要意义。

（二）计量强化创新应用能力，保障科技成果转化和产业化

计量是重要的产业技术基础，也是提升产业核心竞争力的关键。一是计量标准体系的建立、更新及维护，可以确保测量数据的准确性和可靠性，为科技成果的转化和产业化提供科学依据。二是计量管理是企业生产和经营管理必要的技术基础，是提升产品质量的关键。企业作为科技成果转化的主体，通过精准的计量，可以更好地掌握科技成果的实际性能和应用效果。三是新技术或新产品从实验到应用，需要计量与标准化对制造工艺与产品质量进行有效把控。计量的溯源性与互认性，保证了测量结果的可靠，为新技术新产品的产业化提供质量基础。

（三）计量与数字化融合发展，加速数字中国建设进程

在经济全球化的国际大背景下，数字计量成为全球计量研究的重点领域。计量与数字化技术相结合，有利于推进产业数字化发展，加速数字中国建设进程。一是数字化技术对型号产品的关键特性参数的准确测量，以及生产过程中的智能检测，提高生产效率、检测效率和产品质量。二是计量标准和规范的制定和实施，为产业数字化提供了统一的技术语言，同时推动数字化设备和系统的标准化，保障产业数字化的标准化和规范化发展。三是数字计量为数字中国建设中的数字化设备和系统提供准确、可靠的计量数据，以进行精确的控制和优化。同时，数字中国建设促进计量和数字化技术的创新和应用，推动产业数字化的发展。

（四）计量推动创新能力建设，满足创新发展需求

计量有利于提高创新技术水平和服务能力，为国家的科技创新和经济发展提供有力保障。一是推动服务模式创新，为企业、研发机构、产学研联盟等提供关键参数识别与测量、量值传递与溯源、实验室开放与仪器设备共享、技术信息咨询与共享等公益性服务。二是完善的计量治理体系通过制定和实施计量法律法规、建立计量管理制度和标准，为创新能力的提升提供基础保障。三是计量创新纳入国家创新发展战略，有利于激发企业创新活力，促进产业升级和转型。

（五）计量促进创新合作，推进国际化发展

随着全球化进程的加速，计量的国际统一和互认变得越来越重要，计量科技创新国际合作水平的提高有利于加速国际化进程。一是国际计量标准和互认制度的建设，有利于促进全球范围内的计量统一和互认，促进创新技术的交流；减少贸易中的技术壁垒和贸易摩擦，提高贸易便利化水平。二是计量创新合作新模式的构建，有利于各国计量、标准等质量基础设施的协同集成、融合发展，提升互联互通水平，实现共同发展。三是参与国际计量组织活动，如国际计量局（BIPM）、国际标准化组织（ISO）等，有利于建立稳定的合作机制。

二、发达国家计量推动科技创新的做法

19世纪末，欧美各国为了在计量技术和标准制定方面具有全球领导地位，占领第二次科技革命制高点，支撑工业化发展，纷纷通过立法建立国家计量院（NMI），如美国的国家标准与技术研究院（NIST）、德国的联邦物理技术研究院（PTB）和英国的国家物理实验室（NPL）。这些机构通过制定和推广标准、开展计量和测试研究、加强与产业界的合作、开展国际合作等方式，促进科技创新的发展。

（一）NIST：科技创新与国际合作的引领者

NIST是美国政府建立的专门负责计量、标准化和技术创新的机构，拥有世界领先的计量技术，主要研究内容包括先进通讯、生物科学、化学、能源、环境、信息科技和材料等与测量测试相关的基础共性技术。该机构是连接基础研究、应用研究与产业化的重要纽带，对美国的技术创新和进步起到了巨大的支撑作用（林娴岚、李哲，2016）。

NIST与多家企业和研究机构展开了广泛的合作，推动实施了一系列科技创新项目。包括硅光芯片项目、5G安全项目以及国家公共安全宽带网（NPSBN）项目等。NIST与苹果公司合作，共同开发了基于物理的加密系统，旨在提供更加安全的加密方法。此外，与IBM合作开展量子计算挑战项目，与微软合作开展云安全挑战项目，与谷歌合作开展测量challenge项目，这些合作旨在推动相关领域的技术创新和标准化。

在国际合作方面，NIST与PTB在量子技术方面有长期合作，共同制定国际量子通信标准；与欧洲同步辐射装置（ESRF）合作，共同推进X射线晶体学和材料科学的研究；与日本国立材料科学研究所（NIMS）合作，共同开展纳米材料和纳米制造技术的研究。NIST还参与发起并推动了全球计量合作倡议（GCI），以促进全球计量领域的合作与发展。这些合作和倡议展示了NIST在推动科技创新和国际合作方面的领导地位，有助于提高国家的技术水平和国际竞争力。

（二）PTB：基础研究与应用的创新引领者

PTB隶属于德国联邦经济和能源部，是世界著名的计量和测试科研机构，具有政府管理职能。该机构主要任务是进行计量学基础研究和应用技术开发，在计量领域的研究、开发、合作和标准化方面发挥着重要的作用，尤其在光学、原子和电量子技术等领域的尖端研究对工业和社会正产生深远的影响。

PTB一直致力于计量领域的研究和创新。其中，时间标准研究是该机构的重要研究方向之一，旨在为全球提供准确可靠的时间标准。同时，PTB还积极开展光学铝离子钟的开发，这种新型的计时设备具有极高的稳定性和准确性，为未来的计时技术提供新的可能性。在高精度测量方面，PTB与工业界进行了广泛的合作，为各种工业应用提供精确的计量校准服务。此外，为了支持创新和初创企业的发展，PTB还与多家初创企业和中小型企业建立了合作关系，为其提供技术指导和支持。

在国际层面，PTB作为欧洲计量局（BEM）的成员，与BEM的其他成员国共同制定欧洲的计量标准和规则，为欧洲的计量工作提供了指导和规范。同时，PTB还与欧盟委员会在多个领域展开合作，包括时间频率、电离辐射、光学、医学物理等方面的计量研究和技术开发。作为国际计量局（BIPM）的成员，PTB积极参与BIPM组织的国际计量活动，与其他国家的计量机构共同推动全球计量技术的发展。此外，PTB还与其他国际计量组织如国际法制计量组织（OIML）、国际计量联盟（IMU）等保持紧密的合作关系，共同推动全球计量工作的进步。

（三）NPL：计量与应用的创新引擎

NPL是英国最大的应用物理研究组织，也是英国的国家计量基准研究中心，主要职责是制定和维持英国的主要测量标准，开展测量技术和科学的研究与发展。该机构为政府直接提供科学支持的同时，以自身专门的研究设备、研究数据、专业知识和技能为一些创新型企业提供科学支持。

NPL在计量和测量技术方面有着广泛的研究项目和应用合作。其中，FLASHRT项目致力于超稳定激光器和光学时钟的研究，旨在提高时间和频率测量的精度和稳定性；“可溯源辐射测量支撑陆地与日光研究”（TRUTHS）则涉及辐射测量和相关技术的研究与应用。此外，NPL还积极参与量子计量项目，为量子技术的发展提供重要的计量支撑。

在应用研究方面，NPL与多家企业和机构建立合作关系。其中，与劳斯莱斯合作，共同研究核动力小型模块化反应堆（SMR）的安全自动化反应堆运行；与曼彻斯特大学国家石墨烯研究院（NGI）以及剑桥量子计算（CQC）等机构在石墨烯和量子计算等领域展开合作。

在国际合作方面，NPL与欧洲核子研究中心（CERN）合作，共同研究高能物理领域的计量技术和实验方法；与NIST和联邦通信委员会（FCC）等机构长期合作，共同开展计量和测量技术的研究与发展；与日本计量研究所（NMIJ）在时间频率、电学和电磁学等领域开展了广泛合作；与印度国家物理实验室（NPL）在量子技术、材料科学和测量技术等领域展开合作。

三、计量助力我国科技创新发展的对策建议

为进一步推动计量发展，助力国家科技创新，结合国际经验及国内外最新的科技发展趋势，提出相关对策建议。

（一）优化计量规范之纲，促进国家创新体系建设

《中华人民共和国计量法》（简称《计量法》）是指导国家计量工作的最高纲领，站在当前科技自立自强的发展阶段，需要进一步优化《计量法》，为国家创新提供可靠性的基础保障，提升国家创新体系整体效能。一是将国家自立自强科技创新发展战略的理念纳入《计量法》范畴。二是《计量法》进一步满足市场对数据准确的需求，合理规范和指导数据的应用，强化数据生成环节的规范性，强化数据的积累和应用。三是《计量法》搭建计量基准和计量器具上下互通的渠道，鼓励社会资源与政府积极参与，发挥计量技术的活力。

（二）稳固计量发展之基，夯实基础和关键技术研究

加强前沿技术、关键技术研究，确保计量的准确性和可靠性，有助于推动计量技术的创新和发展，为科技创新提供有力支撑。一是加强计量学基础理论和核心技术的原始创新，为计量技术的进步提供理论支持。开展跨学科研究，探索计量技术在不同领域的应用，推动计量技术的创新和应用。对量子计量技术及计量基准、量子传感和芯片级计量标准技术等前沿核心技术进行部署。二是开展量热技术、数字化模拟测量技术、工况环境监测技术等基础共性计量技术研究，填补当前工业计量能力薄弱问题，研究人工智能、生物技术、新材料、新能源、先进制造和新一代信息技术等领域精密测量技术，充分支撑战略性新兴产业的高质量发展。三是对计量检测技术和仪器设备进行创新研究，提高计量的准确性和可靠性。研制高精度量子计量测试仪器，大力提升高端仪器自主设计制造能力，加快突破高端仪器核心设计技术；研制小型化、芯片化量子传感器，实现在线、远程校准，甚至直接嵌入装备，提升产品性能。

（三）强化计量应用之要，驱动产业高质量发展

计量是保证产品质量的重要技术手段，贯穿于产品质量保证的全过程，是产业高质量发展的重要推手。加强计量应用，提高生产效率、降低成本、保障产品质量，进一步推动产业升级和转型。一是加强对计量数据的汇集、管理和应用，补充完善相关法规规章，推动相关监管制度的建立和实施，构建计量数据技术规范体系。二是在先进制造、新能源等重点战略领域建立一批计量数据建设应用基地，大力推动计量数据与产业的融合。与产业发展需求相结合，推动计量技术的产业化和市场化发展。三是围绕航空航天、精密机械、新能源、新材料等产业领域筹建国家产业计量测试中心，以计量杠杆撬动产业发展，促进科技创新能力建设和运行服务等方面进步。四是加强计量数字化和智能化技术的研究和应用，加快计量技术研发应用和计量数字化转型布局，提高计量的效率和准确性。与装备研制生产数字化流程并行和深度融合，实现计量活动、流程、规范、业务等的数字化（杨永军，2023）。

（四）打造计量立身之本，推动协同创新发展

把握计量发展趋势、聚焦国家重点战略、推动跨区域合作，建立高精度、高稳定性的计量基础，为科技创新、产业发展和民生福祉提供强有力的支撑。一是把握计量前沿发展趋势，围绕重点产业链，聚焦战略性新兴产业，为产业提供“全溯源链、全产业链、全周期、前瞻性”的计量测试服务，筑牢产业计量基础，推动计量技术在产品研发、生产和质量检测等环节的应用。二是面向国家重大需求，支撑国家重要战略目标。完善关键计量测试技术研究和应用，健全计量标准装置，提供可测量、可报告、可核查的计量支撑。针对国家重点战略目标设立计量专项任务。三是加强计量监管和管理，确保计量工作的规范化和标准化，防止出现测量误差和数据造假等问题。同时，加强计量器具的检定和校准，确保计量器具的准确性和可靠性。

（五）架起计量国际合作之桥，实现全球计量体系对接

利用“一带一路”倡议促进各国在计量领域的合作和对接，推动全球计量体系更加科学和完善。一是积极探索跨国计量科技创新合作机制，共同制定国际计量标准和规则，重构全球计量互认体系。与“一带一路”合作伙伴的科研机构、企业等在计量领域开展科技协同创新、技术转移链接和产业配套合作。二是利用“一带一路”倡议推动各国计量基础设施互联互通，建立各国共同参与的计量基础设施网络，通过共享资源、互认结果等方式，提高全球计量体系的效率和质量。三是搭建计量领域的合作与发展新平台，通过标准互认、技术交流、信息共享、人才培养与交流等，促进全球计量合作的发展。