面對(duì)面——張鐘華院士談?dòng)?jì)量筑基新質(zhì)生產(chǎn)力

為深入探討計(jì)量的創(chuàng)新性，以及計(jì)量創(chuàng)新如何為新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展提供技術(shù)支撐，《中國計(jì)量》雜志專程對(duì)張鐘華院士進(jìn)行了一次面對(duì)面的訪談。

記者：張?jiān)菏磕?，?qǐng)問計(jì)量自身的“創(chuàng)新性”體現(xiàn)在哪些方面？

張鐘華院士：計(jì)量不僅是人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的重要工具，也是推動(dòng)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵力量。計(jì)量是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動(dòng)，要做到這一點(diǎn)，就必須確保測量數(shù)據(jù)溯源到計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。我認(rèn)為計(jì)量創(chuàng)新主要包括以下幾個(gè)方面：

一是方法創(chuàng)新。任何科學(xué)研究，都必須在研究方法上進(jìn)行創(chuàng)新，才有可能取得突破。以我曾從事的國家計(jì)算電容基準(zhǔn)研究工作為例，在研究精密電容器的幾何尺寸誤差引起的電容量誤差時(shí)，往往需要在不規(guī)則邊界的邊值條件下求解拉普拉斯方程，但一般來說，要求出邊界有任意不規(guī)則變形時(shí)的解答是相當(dāng)困難的。我提出了一種解決這類問題的“變動(dòng)邊界微擾法”，從理論上解決了電極幾何形狀誤差的計(jì)算問題。以此為基礎(chǔ)，中國計(jì)量科學(xué)研究院建立了我國的計(jì)算電容基準(zhǔn)，使我國的交流阻抗標(biāo)準(zhǔn)有了獨(dú)立自主的溯源依據(jù)，為電力電子、通信系統(tǒng)、新能源技術(shù)等眾多領(lǐng)域的研發(fā)與生產(chǎn)提供了可靠的電容測量標(biāo)準(zhǔn)。

另一個(gè)例子也可以充分說明方法創(chuàng)新的重要性。在我主持的“建立超導(dǎo)強(qiáng)磁場標(biāo)準(zhǔn)”項(xiàng)目中，為解決核磁共振信號(hào)難以長距離傳輸?shù)膯栴}，我通過深入的理論計(jì)算和分析后，提出了一種干擾抑制方法，突破了這一技術(shù)難題，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。這一研究成果顯著提高了強(qiáng)磁場標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度，為我國幾十臺(tái)超導(dǎo)磁體定標(biāo)，以及物理學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的前沿探索提供了強(qiáng)有力的支持，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯，被評(píng)為當(dāng)年的國際十大科技進(jìn)展之一。

二是技術(shù)創(chuàng)新。19世紀(jì)下半葉到20世紀(jì)上半葉，國際計(jì)量局（BIPM）以及各國的計(jì)量中心實(shí)驗(yàn)室建立起了經(jīng)典的計(jì)量基準(zhǔn)。這些計(jì)量基準(zhǔn)一般是根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)的原理，用某種特別穩(wěn)定的實(shí)物來實(shí)現(xiàn)，故稱為實(shí)物基準(zhǔn)。這種實(shí)物基準(zhǔn)的缺點(diǎn)在于它們?nèi)菀资芤恍┎灰卓刂频奈锢砗突瘜W(xué)過程的影響，導(dǎo)致所保存的量值發(fā)生緩慢變化，進(jìn)而無法滿足現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度日益提高的要求。如果只從改善材料穩(wěn)定性和制作工藝的方向努力，已很難大幅提高實(shí)物基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。但是，20世紀(jì)量子物理學(xué)的光輝為計(jì)量科學(xué)提供了飛躍發(fā)展的機(jī)會(huì)，特別是建立量子基準(zhǔn)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)物基準(zhǔn)的可能性。我有幸在精密電磁測量研究過程中經(jīng)歷了電阻基準(zhǔn)從實(shí)物到量子基準(zhǔn)的重要變革時(shí)期，并牽頭負(fù)責(zé)我國量子化霍爾電阻國家基準(zhǔn)的研究和建立工作。此項(xiàng)目獲得了2007年度國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。在研究過程中，我和項(xiàng)目組成員通過自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)突破：（1）在國際上首次從理論上證明了任意形狀的霍爾器件量子化時(shí)均滿足普適公式，降低了對(duì)工藝的要求；在此理論指導(dǎo)下，基于我國現(xiàn)有工藝條件成功研制了國產(chǎn)的量子化霍爾電阻器件。（2）利用非線性反饋系統(tǒng)的理論在相平面上對(duì)低溫電流比較儀中工作電流發(fā)生跳躍的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，找到了產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因。并提出對(duì)系統(tǒng)中前饋環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行細(xì)致補(bǔ)償?shù)姆椒?，克服了測量裝置產(chǎn)生電流跳躍的難題，將裝置中的低溫電流比較儀的比例繞組匝數(shù)較國外提高了8倍，信噪比提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，比例準(zhǔn)確度提高了40倍。測量準(zhǔn)確度世界第一。（3）發(fā)明了一種渦流屏濾波器技術(shù)，有效抑制了高頻干擾，提高了低溫電流比較儀電橋工作時(shí)的穩(wěn)定性。（4）提出了一種低溫電流比較儀的整體校驗(yàn)方法，確保了量子化霍爾電阻國家基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)和量傳時(shí)的準(zhǔn)確度。

我國的量子化霍爾電阻國家基準(zhǔn)已兩次參加BIPM組織的國際關(guān)鍵比對(duì)，均取得優(yōu)異成績。此項(xiàng)基準(zhǔn)不僅為我國贏得了國際話語權(quán)和地位，還保證了我國電學(xué)量傳系統(tǒng)的國際等效，促進(jìn)了我國電學(xué)儀表行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步。

三是時(shí)刻保持對(duì)計(jì)量技術(shù)發(fā)展的敏銳性。2018年，第26屆國際計(jì)量大會(huì)批準(zhǔn)了對(duì)千克等4個(gè)基本單位的重新定義，這一重大事件被稱為自“法國大革命以來的最偉大變革”。實(shí)際上，早在2005年國際計(jì)量委員會(huì)（CIPM）建議采用基本物理常數(shù)對(duì)國際單位制的基本單位進(jìn)行定義時(shí)，我就關(guān)注到了這一重要議題。為積極應(yīng)對(duì)國際單位制的重要變革，我和課題組在2006年的國際精密電磁測量會(huì)議上（CPEM2006）發(fā)表了“能量天平”法測量普朗克常數(shù)以及復(fù)現(xiàn)千克的新方案，受到國際同行的廣泛關(guān)注。在科技部支撐計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃（重點(diǎn)支持項(xiàng)目）和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的持續(xù)支持下，目前我們已研制出NIM-2能量天平裝置。該裝置2019年和2021年兩次代表我國參加了BIPM組織的“千克復(fù)現(xiàn)國際關(guān)鍵比對(duì)”，在電學(xué)方案中，位于加拿大（加拿大的功率天平裝置于2009年從英國購入，英國于1976年在國際上首次提出功率天平方案并啟動(dòng)研究）和美國（1981年開始研究）之后，處于國際第三的水平，并為首個(gè)國際質(zhì)量共識(shí)值的確定貢獻(xiàn)了中國權(quán)重。能量天平方案也受到部分國家的重視，瑞士計(jì)量院和土耳其計(jì)量院已經(jīng)開始部分采用能量天平方案的測量原理。

四是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn)。雖然我年歲已大，進(jìn)入退休階段了，但對(duì)計(jì)量科技的發(fā)展依然關(guān)注，尤其是計(jì)量數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn)。我了解到，在國務(wù)院發(fā)布的《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中，把數(shù)字計(jì)量擺在突出的位置，強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)計(jì)量和數(shù)字技術(shù)深度融合，為發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)夯實(shí)測量基礎(chǔ)，這讓計(jì)量在數(shù)字時(shí)代煥發(fā)勃勃生機(jī)。加快計(jì)量數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)科學(xué)計(jì)量、法制計(jì)量、民生計(jì)量、產(chǎn)業(yè)計(jì)量全方位深度應(yīng)用新一代數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)，規(guī)范促進(jìn)計(jì)量器具智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。充分運(yùn)用在線監(jiān)測、遠(yuǎn)程校準(zhǔn)等數(shù)字化計(jì)量技術(shù)，提質(zhì)增效，為科研院所、工業(yè)和企業(yè)等貢獻(xiàn)計(jì)量力量。數(shù)字化計(jì)量包括數(shù)字校準(zhǔn)證書的推行和計(jì)量數(shù)據(jù)的融合、共享與應(yīng)用。計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)每年出具的證書上百萬份，甚至上千萬份，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)出具的每一份證書的計(jì)量過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)過程可追溯、結(jié)果可靠，離不開計(jì)量數(shù)字化。眾多領(lǐng)先的第三方計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)，如華測檢測、廣電計(jì)量和天溯計(jì)量等，積極研發(fā)和推廣智慧實(shí)驗(yàn)室計(jì)量檢測管理系統(tǒng)等，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，增強(qiáng)自身創(chuàng)新能力，發(fā)揮了計(jì)量創(chuàng)新促進(jìn)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的示范引領(lǐng)作用。

五是獨(dú)立自主的科研路線。我始終認(rèn)為，最高精尖的技術(shù)是買不來的，尤其是計(jì)量基準(zhǔn)，涉及國家的技術(shù)主權(quán)，必須堅(jiān)持獨(dú)立自主的道路，特別是符合中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的計(jì)量檢測裝置、計(jì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)方法等方面的科研。隨著我國綜合國力的提升，我們有這個(gè)實(shí)力和能力，在國際計(jì)量領(lǐng)域發(fā)出中國聲音，展現(xiàn)中國智慧。

記者：計(jì)量對(duì)“產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新”的重要作用，您可以談?wù)剢幔?/p>

張鐘華院士：我覺得計(jì)量支撐“產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新”主要包括以下幾個(gè)方面：一是提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持。計(jì)量為各類生產(chǎn)和研發(fā)活動(dòng)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，這是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。沒有準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，任何產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新都無從談起。二是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步與升級(jí)。在各個(gè)領(lǐng)域計(jì)量科研人員的不懈創(chuàng)新研究下，逐步解決了一些高精尖領(lǐng)域的“測不了、測不準(zhǔn)、測不全”等難題，建立了完善的現(xiàn)代計(jì)量體系，推動(dòng)了如半導(dǎo)體制造（光刻機(jī)）、航空航天和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域許多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在這些領(lǐng)域，計(jì)量技術(shù)確保了生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)控制，從而推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)。像我國研制的智能電能表質(zhì)量抽查與故障預(yù)警平臺(tái)，通過大數(shù)據(jù)分析預(yù)警電能表故障，延長了設(shè)備使用壽命，降低了維護(hù)成本。三是促進(jìn)資源節(jié)約和環(huán)保。通過精確的計(jì)量，可以優(yōu)化資源的使用，減少浪費(fèi)。例如，在能源管理中，通過計(jì)量可以精確掌握能耗情況，從而采取有效措施降低能耗，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

具體而言，在機(jī)器人制造領(lǐng)域，精確的計(jì)量技術(shù)能夠確保機(jī)器人的每一個(gè)部件都符合設(shè)計(jì)要求，從而提高機(jī)器人的性能和穩(wěn)定性。這不僅提升了產(chǎn)品質(zhì)量，還降低了生產(chǎn)成本和維修率。此外，通過高精度的計(jì)量儀器，我們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。這種實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋機(jī)制大幅提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也為企業(yè)提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持，有助于他們不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程，提升市場競爭力。
記者：計(jì)量對(duì)“發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”的重要作用，您認(rèn)為主要體現(xiàn)在哪些方面？

張鐘華院士：加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，核心在科技創(chuàng)新，而計(jì)量是孕育科技創(chuàng)新的“種子”和驅(qū)動(dòng)科技進(jìn)步的“引擎”，與計(jì)量科學(xué)相關(guān)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)至少有18項(xiàng)。計(jì)量作為科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)，必將成為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的重要組成部分，為科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和綠色發(fā)展提供強(qiáng)有力的計(jì)量技術(shù)支撐。我具體談一下：

一是科技創(chuàng)新。科技創(chuàng)新能夠催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新動(dòng)能，是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的核心要素，而計(jì)量基礎(chǔ)和計(jì)量前沿核心技術(shù)研究，為科技創(chuàng)新提供了廣闊空間。例如，湖南省計(jì)量檢測研究院針對(duì)新能源裝備的直流電能計(jì)量需求，研制了超高準(zhǔn)確性的直流電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，促進(jìn)了新能源裝備的發(fā)展。

二是現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系完善?，F(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系是新質(zhì)生產(chǎn)力要素的產(chǎn)業(yè)載體。計(jì)量測試作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)，與產(chǎn)業(yè)變革息息相關(guān)。計(jì)量測試技術(shù)服務(wù)和支撐產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，推動(dòng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系完善。例如，在智能制造領(lǐng)域，高精度的計(jì)量技術(shù)確保了生產(chǎn)線的精準(zhǔn)控制，提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

三是綠色發(fā)展。綠色發(fā)展是高質(zhì)量發(fā)展的底色，新質(zhì)生產(chǎn)力本身就是綠色生產(chǎn)力。計(jì)量是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)量化的一把“標(biāo)尺”，是提升經(jīng)濟(jì)質(zhì)量效益、推動(dòng)綠色低碳循環(huán)發(fā)展、建設(shè)生態(tài)文明的有效手段，支持綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展和資源能源循環(huán)利用。比如，在能源領(lǐng)域，通過精準(zhǔn)的能源計(jì)量和能效評(píng)估，企業(yè)能夠準(zhǔn)確掌握能源消耗情況，識(shí)別節(jié)能潛力，采取有效措施降低能耗和排放。

記者：請(qǐng)您具體談?wù)剣覟槭裁匆罅χС诸愃朴?jì)量檢測行業(yè)這樣的“生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)”？

張鐘華院士：高質(zhì)量發(fā)展是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家的首要任務(wù)，而新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。計(jì)量檢測作為國家質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對(duì)新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展具有至關(guān)重要的技術(shù)支撐作用。計(jì)量檢測中的計(jì)量包括計(jì)量檢定和計(jì)量校準(zhǔn)，是確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、產(chǎn)品質(zhì)量提升以及市場公平競爭的基礎(chǔ)。計(jì)量檢定體現(xiàn)了從上至下的量值傳遞，確保法制管理的權(quán)威性，而計(jì)量校準(zhǔn)則體現(xiàn)了從下至上的量值溯源，是國際互認(rèn)、市場準(zhǔn)入的信任背書。兩者相輔相成，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分，共同為產(chǎn)品質(zhì)量的提升和國際競爭力的增強(qiáng)提供技術(shù)保障。中國計(jì)量科學(xué)研究院等法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)以及華測檢測、廣電計(jì)量、天溯計(jì)量等計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，它們通過高質(zhì)量、高科技、高效能的發(fā)展模式，為新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持，保障了高端制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,有助于我國制造業(yè)更好地融入全球產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈，提升國際競爭力。然而，盡管我國制造業(yè)規(guī)模已穩(wěn)居全球前列，占據(jù)全球市場的顯著份額，但與之配套的生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，特別是計(jì)量檢測行業(yè)的發(fā)展相對(duì)滯后，這在一定程度上制約了我國在全球產(chǎn)業(yè)鏈中的位勢提升。

因此，為加快新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展，推進(jìn)中國式現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，我們必須加快發(fā)展計(jì)量檢測行業(yè)等這樣的生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，特別是要加強(qiáng)計(jì)量檢定及計(jì)量校準(zhǔn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以提升我國制造業(yè)的國際互認(rèn)和市場地位。來源：《中國計(jì)量》雜志2024年第10期

計(jì)量筑基新質(zhì)生產(chǎn)力！

計(jì)量是經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的一部分。