十厘米的尺子的标准图(十厘米尺子图参照图)

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来源人民日报

科学家门捷列夫说“科学始于测量。”“现代热力学之父”开尔文有一个著名的结论“只有通过测量才能制造出来。”人类科研的革命，工业制造的迭代升级，都离不开测量技术的提升。在当代科技和工业领域，高水平的精密测量技术和精密仪器制造能力是一个国家科学研究和整体工业领先程度的重要标志，也是发展高端制造业的必要条件。随着精密测量技术的不断进步，它在科学研究、工程技术、现代工业、现代农业、医疗保健和环境保护中发挥着越来越重要的作用。

精密测量是工业生产的倍增器。

精密测量是一个广泛的范畴。各种高精度的测量都可以称为精密测量。在精密和超精密工程领域，精密测量有特定的数量级，是指精度在1微米到0.1微米的测量。超精密测量是指精度优于100纳米的测量，如10纳米、1纳米，甚至皮米(千分之一纳米)。

精密测量出现在工业生产中。大规模生产是现代工业的重要特征。产业分工和专业化越来越细，地域分布越来越广，产业链遍布全球。也就是说，一个产品由几百个甚至上千个零件组成，不是一个厂家能生产出来的，需要联合全国各地很多有优势的厂家。例如，一部智能手机有1600多个零部件，由全球10多个国家和地区的150多家工厂提供。这样可以标准化批量生产，生产效率高，质量好，成本低，优势明显。，在技术层面有一个难题。——面对这么多零部件，任何一个如果尺寸精度或其他技术指标不合格，都无法集成在一起。

为了解决这些问题，国际标准化组织(ISO)和国际计量局(BIPM)制定了一系列标准和规范。根据这些标准和规范，国际计量局将认可的标准值传递给每台测量仪器，以确保标准值在世界范围内保持一致。之后，制造商使用测量仪器精确测量产品每个零件和部件的所有技术参数。只有这样才能保证所有的测量仪器都是准确的，测量的数据也是准确的，然后成千上万的零件或部件是可以互换的。通俗地说，不同厂家的产品都是合格的，好用的。，精密测量成为推动科学技术发展的新课题。

精密仪器有助于新的科学发现。

如何进行精确测量？这就需要——精密仪器，一种精密测量的工具。精密仪器包括各种高端测量仪器、分析仪器、影像仪器、诊疗仪器和各种实验仪器。精密仪器在帮助工业生产“把关”的，也是科学研究的有力工具。纵观各国科技发展史，不难发现，科技强国必然是基础研究强国，基础研究强国必然是计量和仪器强国。大多数现代科学发现和基础研究的突破，都是借助先进的精密测量方法和尖端测量仪器实现的。引力波探测就是一个典型的例子。

引力波探测是直接验证爱因斯坦广义相对论，探索宇宙起源和演化的实验。它有很大的科学价值。但引力波信号极其微弱，探测起来极其困难。采用超高分辨率长距离激光干涉测量法对其进行探测是最具优势的技术途径。也就是说，激光干涉仪的测量精度将直接决定最终探测引力波的能力。如果激光干涉仪建在地球上，两个相互垂直的激光测量臂的长度至少要达到4000米。只有满足这个条件，才能测量引力波引起的激光测量臂长的极小变化(不超过质子直径的万分之一)。如果按比例放大，这种超高分辨率的测量相当于在绕地球1000亿圈的长度上检测不超过一根头发丝直径的长度变化。在各国科学家的共同努力下，2016年，人类直接测量到高频引力波，三位相关科学家成果获得诺贝尔物理学奖。

就科学研究而言，这样的检测远远不够。为了测量低频引力波，激光干涉仪必须建立在空间环境中。这样两个相互垂直的激光测量臂的长度可以达到几十万到几百万公里，激光干涉仪的测量精度有望达到1皮米。

引力波的例子很好地证明了测量技术有多精密，科学探索能走多远。

只有通过测量才能制造出来。

对于国家来说，精密测量与装备制造业水平密切相关。装备制造向中高端跨越的关键是提高制造质量，而提高制造质量的关键是提高精密测量能力。只有通过精确的测量，才能知道产品哪里不合格；只有通过大量精密测量数据的积累，才能找到不合格产品的根源和规律；只有建立基于精密测量数据的系统误差补偿模型，才能有效实现制造精度和产品性能的精确控制，并通过持续的精确控制逐步提高产品质量。

超精密光刻机的发展很好地证明了这一结论。超精密光刻机被称为“超精密尖端设备的珠穆朗玛峰”，挑战人类超精密制造的精度和性能极限。超精密光刻机在超精密水平上集成了几十个子系统和数万个部件，如最先进的光电机械控制，使它们高性能地协同工作。是人类装备制造史上复杂程度最高、技术难度最大、综合精度最强的尖端装备之一。在高速高加速度下，可以达到纳米级的同步精度、单机套印精度、匹配套印精度，完全不同于传统的精度提升环境。超精密光刻机的制造精度已经接近现有制造能力的极限，通常需要几倍甚至更多的努力才能将其精度提高一点。比如用于28nm节点工艺的DUV光刻机，光机械部分就有7万多个，涉及5000多个上游供应商。这些零件要求高精度和稳定性。只有充分发挥供应链上所有顶级厂商的技术优势，才能全部达标，超精密光刻机才能研发成功。

任何一个重要部分的失效都会导致超精密光刻机研制的失败。以一个部件——激光反射镜的制造精度为例。它由玻璃陶瓷制成，有108个尺寸公差和62个形状、位置和方向公差，以及内应力和其他技术要求。要完成如此复杂构件的超精密测量，需要20多种专用超精密测量仪器。在光刻机中，有70000多个光学和机械部件，其中80%以上属于精密和超精密级别，需要超过

精密测量技术也促进了各国建立国家测量系统。可以有效控制工业测量系统，保障整个制造链的质量，赋能高新技术产业的高质量发展。对于大众来说，直观的感受就是购买的工业品质量变好了，更好用了。目前，工业发达国家的产品经历了一个从低质量到高质量的曲折发展过程。正是因为建立了完整的精密测量体系，培育了一批顶尖的超精密仪器企业，才能形成对高端装备制造的有力支撑，打造出众多国际知名品牌。

中国正在向世界科技、制造和质量强国迈进，建设新一代国家计量体系成为关键环节。今年1月，国务院发布《计量发展规划（2021—2035年）》，明确提出加快国家现代先进计量体系建设，推进计量标准建设。中国精密测量领域的科研工作者将继续肩负重任，以与时俱进、勇于创新、锲而不舍的精神，为中国制造准备一把“尺子”，为建设科技强国而不懈努力。(作者是中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授谭久彬)

055-79000(2022年3月22日第20版)

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