計(jì)量學(xué)作為一門測量科學(xué)，通常與實(shí)驗(yàn)室以及精密工業(yè)聯(lián)系在一起，也和社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)息息相關(guān)。
我國在產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力方面出現(xiàn)的許多短板與“測不了、測不全、測不準(zhǔn)”密切相關(guān)，“只有測得出才能造得出，只有測得準(zhǔn)才能造得精”。因此，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱問題的破解需要更先進(jìn)的計(jì)量測試技術(shù)、更強(qiáng)的計(jì)量能力和更高的測量水平。
近日，第一財(cái)經(jīng)記者跟隨由市場監(jiān)管總局組織的“計(jì)量服務(wù)新質(zhì)生產(chǎn)力媒體行”活動(dòng)，走進(jìn)位于北京市的國家智能電網(wǎng)量測系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心、國家先進(jìn)鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心、國家運(yùn)載火箭產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心，實(shí)地探訪計(jì)量技術(shù)是如何賦能產(chǎn)業(yè)升級、兼顧民生的。
自2013年以來，市場監(jiān)管總局在全國范圍內(nèi)有計(jì)劃地開展了國家產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心的建設(shè)工作。截至目前，已批準(zhǔn)籌建66家國家產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心，其中23家已通過驗(yàn)收正式成立。近年來，各國家產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心聚焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)量測試需求，加強(qiáng)計(jì)量技術(shù)研究和測試服務(wù)，提升產(chǎn)業(yè)核心競爭力，得到了各級政府、行業(yè)、企業(yè)積極響應(yīng)和支持，有力地支撐了地方產(chǎn)業(yè)和行業(yè)的發(fā)展，為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和質(zhì)量提升發(fā)揮了積極作用。
6億只智能電表運(yùn)行準(zhǔn)不準(zhǔn)？
隨著可再生能源和電動(dòng)汽車的加入，當(dāng)前的能源系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。因此，電網(wǎng)數(shù)字化正成為適應(yīng)這些變化的必要步驟。根據(jù)國際能源署（IEA）的報(bào)告，智能電表將支持電網(wǎng)的基本需求側(cè)響應(yīng)功能，這是電網(wǎng)運(yùn)營商和消費(fèi)者為平衡電網(wǎng)供需側(cè)，確保電網(wǎng)更安全、更高效運(yùn)行而采取的措施。
“大家看到，屏幕上的是國家電網(wǎng)管轄范圍內(nèi)的6億多只在線的智能電能表。針對這6億多只電能表，我們不僅要保障它們的質(zhì)量合格，還需要保證電力交易的公平公正性。這些工作都需要量測系統(tǒng)。”中國電力科學(xué)研究院有限公司計(jì)量研究所所長郜波介紹稱。
隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電力的需求持續(xù)增長，中國電力供應(yīng)存在多樣化，既有長距離輸送，又有新能源接入，對于電力的保障提出了更高要求。目前，中國實(shí)施了大規(guī)模“西電東送”的跨區(qū)域電力輸送工程，通過500千伏以上至1100千伏超、特高壓交直流工程，實(shí)現(xiàn)了電力資源的優(yōu)化配置。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和支撐新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，配電網(wǎng)需要具備更強(qiáng)的承載力，以滿足大規(guī)模分布式新能源、新型儲能、電動(dòng)汽車充電設(shè)施等各類新業(yè)態(tài)發(fā)展接入需求。
據(jù)郜波介紹，智能電網(wǎng)中的量測系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)涉及智能傳感、電能計(jì)量、測量控制和信息處理四個(gè)方面，涵蓋設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造、檢測等方面的單位千余家，計(jì)量測試服務(wù)對象包含上述四方面的多款產(chǎn)品。因?yàn)樯婕暗膬?nèi)容點(diǎn)多面廣，存在著諸多“測不了、測不全、測不準(zhǔn)”的問題，2017年2月，國家電網(wǎng)公司申請籌建國家智能電網(wǎng)量測系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心。2021年1月，該中心通過驗(yàn)收。
在越來越復(fù)雜的用電場景中，如何保證消費(fèi)者在充電時(shí)，充電電量計(jì)量更加準(zhǔn)確？“我們研制的導(dǎo)軌式電能表一個(gè)很重要的應(yīng)用場景，便是充電樁運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測。把一塊小小的導(dǎo)軌式電能表放置在充電樁內(nèi)，然后通過羅氏線圈去采集樁前交流部分的電能，再與樁內(nèi)消耗的電能去做實(shí)時(shí)的比對分析，就可遠(yuǎn)程監(jiān)測充電樁是否失準(zhǔn)、是否維持了準(zhǔn)確的計(jì)量性能。”郜波表示。
智能電網(wǎng)中的量測系統(tǒng)，是集智能傳感、智能儀表、測量及通信、監(jiān)測與診斷等技術(shù)于一體的智能化計(jì)量軟硬件系統(tǒng)。該系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可以評估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，實(shí)現(xiàn)表計(jì)自動(dòng)抄收、用電信息監(jiān)測、電能質(zhì)量分析和有序用電管理等，可以促進(jìn)能源生產(chǎn)者、電網(wǎng)運(yùn)營商、消費(fèi)者的多方互動(dòng)，支撐大規(guī)模電動(dòng)汽車充換電和新能源接入，輔以靈活的電價(jià)政策，激勵(lì)用戶主動(dòng)地根據(jù)電力市場情況參與需求側(cè)響應(yīng)。
國產(chǎn)高鐵車輪車軸已安全行駛60萬公里
2024年首日，整列裝著國產(chǎn)車輪的G364次復(fù)興號長編組動(dòng)車組從武漢站駛向天津西站，這是中國高鐵發(fā)展史上最重要的里程碑。
“原來我們高鐵的車輪和車軸都是靠進(jìn)口，目前，國產(chǎn)輪對（含車輪/車軸）已在時(shí)速350公里的復(fù)興號動(dòng)車組上使用，已安全運(yùn)行60萬公里以上。”國家先進(jìn)鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心負(fù)責(zé)人楊植崗介紹，該中心開展的高鐵車輪車軸產(chǎn)品質(zhì)量評價(jià)，助力高鐵車輪的高質(zhì)量發(fā)展和國產(chǎn)替代。
由于高鐵運(yùn)行速度快、載荷大、溫度變化大、環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，對于配套的車輪車軸提出了極高的要求。“我們需要檢測儀器對它進(jìn)行評測，包括它的耐磨性、耐腐蝕性、耐溫性、耐沖擊性等性能，以適應(yīng)不同地域和氣候條件下的運(yùn)行環(huán)境。現(xiàn)在我們已經(jīng)擁有了這樣的工具。”楊植崗自豪地說。
儀器是“認(rèn)識世界的工具”。儀器儀表產(chǎn)業(yè)自身體量不大，但影響了國民經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的方方面面。高端科學(xué)儀器集成了物理、化學(xué)、光學(xué)、機(jī)械、電氣、軟件、系統(tǒng)等多學(xué)科多種技術(shù)，其發(fā)展水平是一個(gè)國家總體工業(yè)水平的折射，具有較高的技術(shù)門檻。由于品種多、批量小、技術(shù)難度高，投入回報(bào)期長，我國在高端科學(xué)儀器領(lǐng)域的創(chuàng)新投入總體不足。長期以來，高端科學(xué)儀器嚴(yán)重受制于人，大型精密儀器多項(xiàng)空白，中檔儀器同國外技術(shù)、質(zhì)量水平差異顯著，低端儀器在市場上無序競爭。
“在以往發(fā)布的諾貝爾獎(jiǎng)成果里，約有70%和儀器相關(guān)。儀器是我們認(rèn)識和改造世界的一種工具，只有先看到才能動(dòng)手做出來。計(jì)量儀器給科研人員提供眼睛，為他們提供看得見的數(shù)據(jù)。”楊植崗表示。
鋼研納克，作為我國冶金和材料分析測試技術(shù)與儀器的發(fā)源地，其在相關(guān)儀器的應(yīng)用、研發(fā)和制造方面的歷史淵源，可以追溯至曾經(jīng)的鋼鐵工業(yè)實(shí)驗(yàn)室，曾創(chuàng)造多項(xiàng)世界首創(chuàng)和國內(nèi)首次的技術(shù)成果。鋼研納克自研的火花直讀光譜儀，能夠快速、直接地定量分析金屬材料中的多種元素，是質(zhì)量檢測和控制的關(guān)鍵工具，是鋼鐵行業(yè)及其供應(yīng)鏈中廣泛應(yīng)用的設(shè)備，在20世紀(jì)90年代之前，只有美國、德國等國家能夠生產(chǎn)此類產(chǎn)品，價(jià)格高達(dá)約30萬美元。目前，國內(nèi)市場對此類設(shè)備的需求每年超過3000臺套。
據(jù)楊植崗介紹，“一個(gè)電火花打上去，這款儀器就能快速檢測出一爐鋼的成分。目前，這款儀器已融入智能化、自動(dòng)化煉鋼流程，實(shí)現(xiàn)取樣、制樣、檢驗(yàn)全程自動(dòng)化。以往因?yàn)闄z測流程復(fù)雜煉鋼耗時(shí)長，如今有了這款儀器，一爐鋼從原料到成品不到20分鐘，冶煉效率大幅提升。”
國家先進(jìn)鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心不僅服務(wù)于工業(yè)，在民生領(lǐng)域也同樣發(fā)揮著重要作用，該中心研發(fā)制造的一款X射線熒光光譜儀，可檢測大米中痕量的鎘、鉛、砷等對人體有害的重金屬。
據(jù)楊植崗介紹，“以往檢測大米重金屬含量需要24個(gè)小時(shí)左右。如今通過這款儀器3分鐘就可以完成檢測。它體積小、重量輕，攜帶方便，對于環(huán)境沒有特殊要求，我們甚至可以將儀器抬到田間地頭去工作。”
鋼研納克的儀器產(chǎn)品圍繞冶金流程及金屬材料的市場主體，在相關(guān)行業(yè)及其上下游產(chǎn)業(yè)中持續(xù)推廣，并在鋼鐵、冶金、有色、機(jī)械、航空航天、核電、高鐵、汽車、新材料、環(huán)境、食品、石化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，市場占有率在國內(nèi)領(lǐng)先，有效打破了國外壟斷，節(jié)約了行業(yè)儀器投入，推動(dòng)了自主可控的發(fā)展。
可檢可測，助力航天事業(yè)
為促進(jìn)國家運(yùn)載火箭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，進(jìn)一步發(fā)揮計(jì)量基礎(chǔ)保障作用，2012年，北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所在全國率先開展了產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試體系研究，提出建設(shè)“國家運(yùn)載火箭產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心”的構(gòu)想。
北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所是國家運(yùn)載火箭產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心的依托建設(shè)單位。該研究所副所長裴雅鵬表示，計(jì)量是航天產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要基石，該中心緊密結(jié)合載人航天“四步走”研制流程開展先進(jìn)計(jì)量測試技術(shù)研究，解決多項(xiàng)型號“不可檢不可測”難題。
從研制調(diào)頻激光雷達(dá)掃描儀，解決CZ-5大型運(yùn)載火箭垂直裝配、嫦娥工程“鵲橋”中繼星網(wǎng)狀天線測量難題，并在國家“月球樣品和探月工程成果展”中展出；研制多面基準(zhǔn)棱體，作為空間站、飛船交會對接目標(biāo)模擬器姿態(tài)基準(zhǔn)，助力我國載人航天交會對接任務(wù)圓滿成功；研制配套高精度無線傳感器，為CZ-2F載人航天發(fā)射、神舟十六號飛船解決寬溫區(qū)復(fù)雜交變溫度長期可靠測量難題；研制分子探針光譜儀并隨天舟七號貨運(yùn)飛船進(jìn)入我國空間站，完成神舟十七號航天員在軌生理指標(biāo)檢測任務(wù)，支撐空間站在軌醫(yī)學(xué)監(jiān)測平臺搭建。
目前，中心率先布局人工智能計(jì)量學(xué)，搶占人工智能計(jì)量測試戰(zhàn)略高地，在市場監(jiān)管總局指導(dǎo)下成立“全國人工智能計(jì)量協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)伙伴聯(lián)盟”，加快推動(dòng)人工智能計(jì)量技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展、培育形成新質(zhì)生產(chǎn)力，持續(xù)打造人工智能計(jì)量測試與標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、全國人工智能計(jì)量技術(shù)委員會、智能感知與認(rèn)知計(jì)量專業(yè)委員會等創(chuàng)新平臺，牽引全國人工智能領(lǐng)域最優(yōu)研發(fā)力量開展人工智能計(jì)量技術(shù)創(chuàng)新。
