航空計量現狀及發展中的若干問題討論

梁志國，武騰飛，張大鵬

(中航工業北京長城計量測試技術研究所，北京100095)

0 引言

提起計量，它被人為劃分為科學計量、法制計量和工業計量三大分支，舉世公認它在四個重大方面發揮著重要作用:①社會經濟活動;②國防建設;③科學研究;④社會發展。錢學森先生早在多年以前就曾說過:“科技要發展，計量須先行”［1］，更加強調了計量測試在科學研究中的地位及影響。但是計量如何發展，怎么先行，卻一直沒有一個統一的認識，具體到航空計量行業，依然如此，致使航空計量中的許多問題一直沒有得到解決［2-10］。

1 幾個問題

在航空計量發展的議題里，首先要弄清楚的幾個問題是:

1)測試與計量，兩者有什么區別，它們的目的都是什么，航空計量的目的又是什么。

2)航空計量存在的理由是什么;

3)航空計量的現行體制是什么，它是一個量傳體制，管理體制，還是技術體制;

4)航空計量對各層級計量單位的要求是什么，有何異同，如何考核是否達到要求;

5)航空計量的現狀是什么，其技術現狀，日常工作現狀，發展前景又是什么;

6)從管理體制上、技術體制上、技術上來說，航空計量的發展方向是什么;

7)誰來負責尋找、搜集航空計量中現存不足與漏洞;誰來負責航空計量將來的技術預測和先期研究方向確定;誰來確保航空計量發展規劃與發展計劃的總體性、長期性、完備性、可行性和可持續發展性。

很難設想，如果沒有哥德巴赫猜想，如果沒有專門的行業學會來認定其意義，會不會有陳景潤教授去努力為其工作;即使工作，其價值和意義是否會得到認可?

人類的社會活動主要包括認識世界和改造世界兩大部分，計量與測試均屬于認識世界的活動。

測試是一種帶有試驗意圖的測量。其本身的目的是獲取未知狀態的新量值，并以量值及其變化規律表征和定義被測對象的特性。測試主要強調的是將未知變為已知的測量意圖，其前提是對被測對象處于某種程度上的未知狀態，需要通過測試將其變成已知。其最常見的典型應用場合有兩個:①新研制系統的技術參數獲取;②故障診斷和定位。

計量是實現單位統一、量值準確可靠的一種測量。其本身的目的是使測量實現單位統一和量值準確可靠，計量強調的是通過溯源和量值傳遞手段保證已知仍然處于已知的測量意圖。其前提是被測對象處于已知狀態，需要通過計量確認其是否仍然處于預計的已知狀態。其典型應用場合為:①系統已知的技術參數誤差或準確度的檢定、校驗、校準與核查確認;②產品及系統指標和參數的檢查與技術驗證。

從上述情況看來，雖然側重點略有不同，計量測試本質上關注的是同一類事情，最終目的都是技術參數和狀態的確切已知。忽略量值準確統一的所謂測試，通常是計量體系尚未完善時的權宜之計，而缺乏將未知變已知的試驗意圖和目的的計量根本不可能存在和發展。

航空計量作為計量的一個重要分支，是一種工業計量，隸屬于國防計量體系，實際上是計量技術在航空行業中的工程應用，其目的又稍有不同，“航空計量”實際上是一個過程、一種手段，又是一個保障體系，而不是一個目的。它無論作為一個過程、一種手段，或是一個保障體系來說，其最終目的都是它所保障的產品的質量、安全性、可靠性和經濟性。具體到飛機來說，就是其飛行性能、作戰性能、安全性能和經濟性。

根本不能為計量而計量。任何脫離了保障產品質量、安全性、可靠性和經濟性的所謂計量都是毫無意義的，也將完全無法在市場經濟的體制下生存，更談不上發展。

航空計量存在的理由，是由于它與政府的法制計量相比，有許多不同的特點:

1)工程應用性。法制計量通常更關注的是量值的統一和準確，而航空計量則往往側重于儀器設備和系統性能指標是否符合額定要求。

2)強制性。法制計量只對極少數涉及“貿易結算”、“安全防護”、“醫療衛生”和“環境監測”四方面的被列入強制檢定目錄的工作計量器具實施強制檢定。而國防計量的強制范圍則要廣泛得多，通常它會要求對所有測量器具和量值執行強制溯源。從技術本質和產品質量上講，沒有溯源的任何量值都是毫無意義的。

3)特殊性。航空計量的特殊性體現在它所執行的法規很多是國家軍用標準和航空行業標準，多數情況下，它具有比法制計量更多且更嚴格的要求，如動態校準、抗干擾性校準、過載恢復特性校準、隱身性校準、現場校準、在線校準、嚴酷環境下校準等。

4)專用性。法制計量所涉及的多是通用計量測試儀器、系統及設備，而航空計量所涉及的業務范圍，除了通用計量測試設備以外，還包含了一大批法制計量測試體系外的航空專用系統，必須從標準、法令、法規、規程、規范諸方面，全方位單獨研究解決。

所有這些因素，構成了航空計量單獨存在且發展的理由，它也同時導引了航空計量技術發展的方向和目標:

1)體現航空儀器設備工程應用性的校準方法、原理、指標、技術研究;

2)大力發展法制計量領域尚未開展和完善的，但在航空系統急需解決的計量測試技術研究;例如動態校準、抗干擾性校準、過載恢復特性校準、隱身性校準、現場校準、在線校準、嚴酷環境下校準等技術研究。

3)強力推動航空專用儀器、設備、系統的校準技術研究，加強航空計量與型號的結合與服務。這是三個與法制計量有明顯區別，又深具國防特色的研究目標和方向。

如果要問起航空計量的現行體制是什么，很難簡單地將其說清楚，首先，它隸屬的國防工業計量體系，這是一個溯源到國家基準的，與法制計量體系并行的一個相對獨立的計量體系，或稱其為量值傳遞與溯源體系。

這樣一個計量體制下，航空計量的現狀是什么;其技術現狀如何;日常工作現狀如何;發展前景又如何;要回答這樣的問題，并非輕而易舉。

如前所述，航空計量含有通用計量和專用計量兩方面業務，其通用計量業務目前基本上與國家法制計量業務是重復的，而專用計量業務，則涉及國防軍工的特殊要求或專用計量測試設備的溯源，當前的情況是，在軍工企事業單位計量技術機構這一層級上，可以接觸和涉及較多的軍工專用計量，但由于這個層級的計量技術機構無論從人力、物力、政策、以及在軍工活動中受重視的程度上，都處于一種較薄弱的地位，無法滿足實際需要。

在專業計量站和區域校準實驗室兩個較高層級上的計量技術部門中，從事的業務距離型號專用計量相對較遠，比較缺乏航空計量的特點。以一個電學校準實驗室的標準能力為例，該實驗室現在具有的能力為:①1Ω電阻工作標準;②標準電池工作標準組;③AC/DC 同軸熱電轉換標準;④直流比較儀式電位差計;⑤直流電壓校準系統;⑥直讀電橋;⑦電感標準;⑧電容標準;⑨一等標準電阻器;⑩直流低電阻標準裝置;?直流電壓(傳遞)標準裝置;?直流小電流標準裝置;?直流高值電阻標準裝置;?直流低電壓標準裝置;?數字多用表檢定裝置。從這些能力上，基本上看不出是航空計量，也看不出它與法制計量有什么區別，基本上沒有涉及和體現航空計量應有的特點。

因此可以說，航空計量到目前為止，尚未形成一個獨立的計量體系，其運行保障遠未達到令人滿意的狀況! 其原因可能有很多，但以下幾個因素則不容忽視:

1)航空計量缺乏頂層設計。這個問題主要包括航空計量是否需要和有必要構建一個相對獨立的體系一直存在爭議，航空計量要構建一個什么樣的體系;其基本目的和技術目標是什么;如何保障有明確目標的資金投入，并確保其體系運行持續有效;誰來負責構建、完善和維持其可持續發展;各層級的計量技術機構在這個體系中的作用如何強化和融合;如何考核各個單位的績效。

2)航空計量的完善運行需要構建完善的硬件設備條件(計量標準)、配套的法令法規、完整的理論體系、全面的計量測試信息系統。對于后兩方面的需求，一直沒能從根本上重視起來。誰來負責構建航空計量理論體系并將其推廣應用到整個國防系統;誰來負責尋找航空計量中現存的不足和漏洞;誰來負責航空計量系統將來的技術預測和先期研究方向確定;航空系統全面的計量校準能力、需求、難點，都由誰來負責匯集、整理、預研討，并將之推向全國防系統的計量服務中來;上一級計量技術機構如何為下一級的單位進行技術服務和指導;如何考核與監督這些工作是否稱職。

3)航空計量部門為軍工型號提供的計量服務尚遠遠不夠，其原因比較復雜。主要由于型號需求技術復雜，難度較大，需要做許多前期基礎性研究，而這些基礎性研究尚不受重視，也很難立項研究，更缺乏有關人員去規劃、研究、匯集這方面的問題，處于無人管的狀態。另外的原因還包括，并行于計量系統以外還存在一個“航空測試”體系，“計量”與“測試”被分屬于不同的主管部門，技術機構上，被人為劃分成不同單位的目標，“計量”被弱化成僅保障一點通用儀器設備的量值傳遞和溯源問題，而“測試”則是主要為行業專有技術問題提供保障的手段，但它通常恰恰并不重視計量溯源性和自身的可計量性，主導關注點是試驗意圖，這無形中也阻礙了航空計量的發展。

4)航空計量系統在如何應對市場經濟條件下的競爭，如何與國際慣例接軌等方面，尚缺乏總體的戰略戰術。

如果與法制計量相比，航空計量僅是另一個相同或相似的體系，它的生存價值將受到質疑，并將隨時面臨失敗的威脅。

2 幾點期望

在航空計量領域里面工作的人們和依靠其服務的人們，實際上對其有很多期望，首先，人們希望每時每刻都能了解和體會到航空計量的目的、目標和意義是什么，這需要明確的頂層設計和有效的實際運做;其次，人們希望能隨時都可以全面了解到航空計量的所有需求是什么;哪些已經獲得滿足;哪些尚無法解決;而哪些又是部分解決;人們顯然希望那些尚未獲得解決和只是部分解決的計量需求會變成航空計量目前和將來的研究方向。這方面，需要連續和不間斷的信息匯集與服務、技術研究、學術研討、發展規劃。

另外，作為航空計量，其所用到的理論、方法、原理和技術是一個不斷發展的體系，有些已經成熟，有些尚不完善，而另一些則剛開始提出和正在向前發展。人們希望，航空計量系統能構建自己的應用理論和技術體系，并實時提供服務，可以隨時了解到在航空計量系統中都應用到了哪些理論、方法、原理和技術，還有哪些正在試用，以及哪些有望被應用。這方面的需求，應該有一個技術或學術機構來面對，沒有明確時，人們自然希望計量測試研究中心和專業計量站具有這方面的業務及服務能力，以防止航空計量系統在理論體系上處于一盤散沙、重復性勞動過多的局面和狀態。

目前，中國航空工業集團公司在積極推進其大集團戰略，但是對于航空計量體系，無疑也應擁有一個相適應的大集團戰略，擯棄不成系統和規模的散兵游勇式做法，國外先進航空集團如波音公司等就是如此。尤其在目前，航空系統的國際協作網絡遍布全球，其嚴密完整的計量體系在滿足自身各種特殊的行業計量需求、保證協作順利可靠進行、保障其產品質量與可靠性時體現的作用和價值是無法替代的，在很多時候，它們并不是簡單的量值傳遞和溯源問題。

最后，人們希望，我國的航空集團能明確樹立自己的航空計量總體目標，至少包括質量保障目標、專業需求目標和計量體系目標，針對總體發展目標落實持續性的資金注入，明確提出滿足這些要求的計劃，并實施有效監督，對無法滿足需求的部分進行持續調整和改進。

3 航空計量的可持續發展

航空計量的可持續發展，必須要解決好以下幾個問題:

1)確立航空計量自身的定位和發展總目標，它們應該明確有別于法制計量系統;

2)落實實現該目標的資金持續保障投入問題，航空系統多年以來一直沒有明確有效的自身投入;

3)持續匯集航空計量需求問題，并預測其技術發展方向，該方向應具有明顯的航空計量特點;

4)構建符合自身定位和發展目標的計量體系，包括計量機構、計量標準、法律法規、理論體系、信息體系、學術體系、技術體系、監督管理與監察維護體系;

5)啟動并加強航空計量急需的基礎性研究，以縮短國防型號需求項目的反應時間，更好地為國防建設服務。

航空計量是密切結合國防建設需求的計量領域，其發展方向完全取決于計量技術的進展和航空計量的需求，根據計量技術的最新技術狀況，它大致有以下幾個主要的技術發展方向:①航空計量測試技術問題匯集與預測;②航空計量測試新原理、新方法研究;③航空計量誤差與不確定度分析與合成，尤其是模型化測量和動態校準不確定度分析與合成;④航空專用校準技術研究(信號、設備、系統);⑤數字化測量技術;⑥動態校準技術;⑦精確測量及模型化測量技術;⑧在線測量與現場校準技術;⑨自動化測量與校準;⑩可計量性設計及方法研究;?數字信號分析與處理;?復雜信號波形測量及變換域校準技術;?微弱信號檢測與校準技術;?隨機信號校準技術研究;?虛擬儀器校準技術及方法研究;?總線計量校準;?校準仿真;?機器人校準;?人工智能的校準檢測。

這些技術方向上的進展，都將推進航空計量在型號計量上的應用及可持續發展。

4 結束語

航空計量是一個復雜而龐大的系統工程，要想將其作好并維持其健康和可持續發展，并不是一件輕而易舉的事，涉及到其目標定位、經費落實、管理、技術實施、監督、監察和行政調整等一系列問題，但是搞好以下幾個方面的工作，將有助于其健康和可持續發展:

1)建立健全管理、學術、技術委員會，應包含高等院校、生產廠家、主機廠所應用部門、計量機構幾個方面的專家，定期進行航空計量總體規劃與研討;

2)開展周期性技術研討與學術交流，經常性地匯集、總結、預測、公布航空計量技術問題與技術需求;

3)啟動、推進航空計量中的重大基礎性研究計劃，如動態校準理論與技術研究，模型測量不確定度研究，虛擬儀器校準研究，可測性設計與校準研究，自動化校準技術研究等等;

4)規范航空計量應用性研究;

5)由于非電量電測量技術已經廣泛應用到其它計量測試專業和學科，因此，電學和無線電計量測試在整個計量行業里，實質上具有了一種越來越特殊的技術基礎地位，應當強化電學和無線電計量的這個基礎地位。

實際上，航空計量涉及的問題很多，上面提到的僅是其中影響較大的幾個，并且，所述觀點僅是作者個人的一孔之見，并不能保證其完全正確與合適，謹希望這樣的問題提出來后，能拋磚引玉，引起人們對航空計量的關注，并促使其能夠健康向上，可持續發展和完善。

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