航空计量现状及发展中的若干问题讨论

梁志国，武腾飞，张大鹏

(中航工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095)

0 引言

提起计量，它被人为划分为科学计量、法制计量和工业计量三大分支，举世公认它在四个重大方面发挥着重要作用:①社会经济活动;②国防建设;③科学研究;④社会发展。钱学森先生早在多年以前就曾说过:“科技要发展，计量须先行”［1］，更加强调了计量测试在科学研究中的地位及影响。但是计量如何发展，怎么先行，却一直没有一个统一的认识，具体到航空计量行业，依然如此，致使航空计量中的许多问题一直没有得到解决［2-10］。

1 几个问题

在航空计量发展的议题里，首先要弄清楚的几个问题是:

1)测试与计量，两者有什么区别，它们的目的都是什么，航空计量的目的又是什么。

2)航空计量存在的理由是什么;

3)航空计量的现行体制是什么，它是一个量传体制，管理体制，还是技术体制;

4)航空计量对各层级计量单位的要求是什么，有何异同，如何考核是否达到要求;

5)航空计量的现状是什么，其技术现状，日常工作现状，发展前景又是什么;

6)从管理体制上、技术体制上、技术上来说，航空计量的发展方向是什么;

7)谁来负责寻找、搜集航空计量中现存不足与漏洞;谁来负责航空计量将来的技术预测和先期研究方向确定;谁来确保航空计量发展规划与发展计划的总体性、长期性、完备性、可行性和可持续发展性。

很难设想，如果没有哥德巴赫猜想，如果没有专门的行业学会来认定其意义，会不会有陈景润教授去努力为其工作;即使工作，其价值和意义是否会得到认可?

人类的社会活动主要包括认识世界和改造世界两大部分，计量与测试均属于认识世界的活动。

测试是一种带有试验意图的测量。其本身的目的是获取未知状态的新量值，并以量值及其变化规律表征和定义被测对象的特性。测试主要强调的是将未知变为已知的测量意图，其前提是对被测对象处于某种程度上的未知状态，需要通过测试将其变成已知。其最常见的典型应用场合有两个:①新研制系统的技术参数获取;②故障诊断和定位。

计量是实现单位统一、量值准确可靠的一种测量。其本身的目的是使测量实现单位统一和量值准确可靠，计量强调的是通过溯源和量值传递手段保证已知仍然处于已知的测量意图。其前提是被测对象处于已知状态，需要通过计量确认其是否仍然处于预计的已知状态。其典型应用场合为:①系统已知的技术参数误差或准确度的检定、校验、校准与核查确认;②产品及系统指标和参数的检查与技术验证。

从上述情况看来，虽然侧重点略有不同，计量测试本质上关注的是同一类事情，最终目的都是技术参数和状态的确切已知。忽略量值准确统一的所谓测试，通常是计量体系尚未完善时的权宜之计，而缺乏将未知变已知的试验意图和目的的计量根本不可能存在和发展。

航空计量作为计量的一个重要分支，是一种工业计量，隶属于国防计量体系，实际上是计量技术在航空行业中的工程应用，其目的又稍有不同，“航空计量”实际上是一个过程、一种手段，又是一个保障体系，而不是一个目的。它无论作为一个过程、一种手段，或是一个保障体系来说，其最终目的都是它所保障的产品的质量、安全性、可靠性和经济性。具体到飞机来说，就是其飞行性能、作战性能、安全性能和经济性。

根本不能为计量而计量。任何脱离了保障产品质量、安全性、可靠性和经济性的所谓计量都是毫无意义的，也将完全无法在市场经济的体制下生存，更谈不上发展。

航空计量存在的理由，是由于它与政府的法制计量相比，有许多不同的特点:

1)工程应用性。法制计量通常更关注的是量值的统一和准确，而航空计量则往往侧重于仪器设备和系统性能指标是否符合额定要求。

2)强制性。法制计量只对极少数涉及“贸易结算”、“安全防护”、“医疗卫生”和“环境监测”四方面的被列入强制检定目录的工作计量器具实施强制检定。而国防计量的强制范围则要广泛得多，通常它会要求对所有测量器具和量值执行强制溯源。从技术本质和产品质量上讲，没有溯源的任何量值都是毫无意义的。

3)特殊性。航空计量的特殊性体现在它所执行的法规很多是国家军用标准和航空行业标准，多数情况下，它具有比法制计量更多且更严格的要求，如动态校准、抗干扰性校准、过载恢复特性校准、隐身性校准、现场校准、在线校准、严酷环境下校准等。

4)专用性。法制计量所涉及的多是通用计量测试仪器、系统及设备，而航空计量所涉及的业务范围，除了通用计量测试设备以外，还包含了一大批法制计量测试体系外的航空专用系统，必须从标准、法令、法规、规程、规范诸方面，全方位单独研究解决。

所有这些因素，构成了航空计量单独存在且发展的理由，它也同时导引了航空计量技术发展的方向和目标:

1)体现航空仪器设备工程应用性的校准方法、原理、指标、技术研究;

2)大力发展法制计量领域尚未开展和完善的，但在航空系统急需解决的计量测试技术研究;例如动态校准、抗干扰性校准、过载恢复特性校准、隐身性校准、现场校准、在线校准、严酷环境下校准等技术研究。

3)强力推动航空专用仪器、设备、系统的校准技术研究，加强航空计量与型号的结合与服务。这是三个与法制计量有明显区别，又深具国防特色的研究目标和方向。

如果要问起航空计量的现行体制是什么，很难简单地将其说清楚，首先，它隶属的国防工业计量体系，这是一个溯源到国家基准的，与法制计量体系并行的一个相对独立的计量体系，或称其为量值传递与溯源体系。

这样一个计量体制下，航空计量的现状是什么;其技术现状如何;日常工作现状如何;发展前景又如何;要回答这样的问题，并非轻而易举。

如前所述，航空计量含有通用计量和专用计量两方面业务，其通用计量业务目前基本上与国家法制计量业务是重复的，而专用计量业务，则涉及国防军工的特殊要求或专用计量测试设备的溯源，当前的情况是，在军工企事业单位计量技术机构这一层级上，可以接触和涉及较多的军工专用计量，但由于这个层级的计量技术机构无论从人力、物力、政策、以及在军工活动中受重视的程度上，都处于一种较薄弱的地位，无法满足实际需要。

在专业计量站和区域校准实验室两个较高层级上的计量技术部门中，从事的业务距离型号专用计量相对较远，比较缺乏航空计量的特点。以一个电学校准实验室的标准能力为例，该实验室现在具有的能力为:①1Ω电阻工作标准;②标准电池工作标准组;③AC/DC 同轴热电转换标准;④直流比较仪式电位差计;⑤直流电压校准系统;⑥直读电桥;⑦电感标准;⑧电容标准;⑨一等标准电阻器;⑩直流低电阻标准装置;⑪直流电压(传递)标准装置;⑫直流小电流标准装置;⑬直流高值电阻标准装置;⑭直流低电压标准装置;⑮数字多用表检定装置。从这些能力上，基本上看不出是航空计量，也看不出它与法制计量有什么区别，基本上没有涉及和体现航空计量应有的特点。

因此可以说，航空计量到目前为止，尚未形成一个独立的计量体系，其运行保障远未达到令人满意的状况! 其原因可能有很多，但以下几个因素则不容忽视:

1)航空计量缺乏顶层设计。这个问题主要包括航空计量是否需要和有必要构建一个相对独立的体系一直存在争议，航空计量要构建一个什么样的体系;其基本目的和技术目标是什么;如何保障有明确目标的资金投入，并确保其体系运行持续有效;谁来负责构建、完善和维持其可持续发展;各层级的计量技术机构在这个体系中的作用如何强化和融合;如何考核各个单位的绩效。

2)航空计量的完善运行需要构建完善的硬件设备条件(计量标准)、配套的法令法规、完整的理论体系、全面的计量测试信息系统。对于后两方面的需求，一直没能从根本上重视起来。谁来负责构建航空计量理论体系并将其推广应用到整个国防系统;谁来负责寻找航空计量中现存的不足和漏洞;谁来负责航空计量系统将来的技术预测和先期研究方向确定;航空系统全面的计量校准能力、需求、难点，都由谁来负责汇集、整理、预研讨，并将之推向全国防系统的计量服务中来;上一级计量技术机构如何为下一级的单位进行技术服务和指导;如何考核与监督这些工作是否称职。

3)航空计量部门为军工型号提供的计量服务尚远远不够，其原因比较复杂。主要由于型号需求技术复杂，难度较大，需要做许多前期基础性研究，而这些基础性研究尚不受重视，也很难立项研究，更缺乏有关人员去规划、研究、汇集这方面的问题，处于无人管的状态。另外的原因还包括，并行于计量系统以外还存在一个“航空测试”体系，“计量”与“测试”被分属于不同的主管部门，技术机构上，被人为划分成不同单位的目标，“计量”被弱化成仅保障一点通用仪器设备的量值传递和溯源问题，而“测试”则是主要为行业专有技术问题提供保障的手段，但它通常恰恰并不重视计量溯源性和自身的可计量性，主导关注点是试验意图，这无形中也阻碍了航空计量的发展。

4)航空计量系统在如何应对市场经济条件下的竞争，如何与国际惯例接轨等方面，尚缺乏总体的战略战术。

如果与法制计量相比，航空计量仅是另一个相同或相似的体系，它的生存价值将受到质疑，并将随时面临失败的威胁。

2 几点期望

在航空计量领域里面工作的人们和依靠其服务的人们，实际上对其有很多期望，首先，人们希望每时每刻都能了解和体会到航空计量的目的、目标和意义是什么，这需要明确的顶层设计和有效的实际运做;其次，人们希望能随时都可以全面了解到航空计量的所有需求是什么;哪些已经获得满足;哪些尚无法解决;而哪些又是部分解决;人们显然希望那些尚未获得解决和只是部分解决的计量需求会变成航空计量目前和将来的研究方向。这方面，需要连续和不间断的信息汇集与服务、技术研究、学术研讨、发展规划。

另外，作为航空计量，其所用到的理论、方法、原理和技术是一个不断发展的体系，有些已经成熟，有些尚不完善，而另一些则刚开始提出和正在向前发展。人们希望，航空计量系统能构建自己的应用理论和技术体系，并实时提供服务，可以随时了解到在航空计量系统中都应用到了哪些理论、方法、原理和技术，还有哪些正在试用，以及哪些有望被应用。这方面的需求，应该有一个技术或学术机构来面对，没有明确时，人们自然希望计量测试研究中心和专业计量站具有这方面的业务及服务能力，以防止航空计量系统在理论体系上处于一盘散沙、重复性劳动过多的局面和状态。

目前，中国航空工业集团公司在积极推进其大集团战略，但是对于航空计量体系，无疑也应拥有一个相适应的大集团战略，摈弃不成系统和规模的散兵游勇式做法，国外先进航空集团如波音公司等就是如此。尤其在目前，航空系统的国际协作网络遍布全球，其严密完整的计量体系在满足自身各种特殊的行业计量需求、保证协作顺利可靠进行、保障其产品质量与可靠性时体现的作用和价值是无法替代的，在很多时候，它们并不是简单的量值传递和溯源问题。

最后，人们希望，我国的航空集团能明确树立自己的航空计量总体目标，至少包括质量保障目标、专业需求目标和计量体系目标，针对总体发展目标落实持续性的资金注入，明确提出满足这些要求的计划，并实施有效监督，对无法满足需求的部分进行持续调整和改进。

3 航空计量的可持续发展

航空计量的可持续发展，必须要解决好以下几个问题:

1)确立航空计量自身的定位和发展总目标，它们应该明确有别于法制计量系统;

2)落实实现该目标的资金持续保障投入问题，航空系统多年以来一直没有明确有效的自身投入;

3)持续汇集航空计量需求问题，并预测其技术发展方向，该方向应具有明显的航空计量特点;

4)构建符合自身定位和发展目标的计量体系，包括计量机构、计量标准、法律法规、理论体系、信息体系、学术体系、技术体系、监督管理与监察维护体系;

5)启动并加强航空计量急需的基础性研究，以缩短国防型号需求项目的反应时间，更好地为国防建设服务。

航空计量是密切结合国防建设需求的计量领域，其发展方向完全取决于计量技术的进展和航空计量的需求，根据计量技术的最新技术状况，它大致有以下几个主要的技术发展方向:①航空计量测试技术问题汇集与预测;②航空计量测试新原理、新方法研究;③航空计量误差与不确定度分析与合成，尤其是模型化测量和动态校准不确定度分析与合成;④航空专用校准技术研究(信号、设备、系统);⑤数字化测量技术;⑥动态校准技术;⑦精确测量及模型化测量技术;⑧在线测量与现场校准技术;⑨自动化测量与校准;⑩可计量性设计及方法研究;⑪数字信号分析与处理;⑫复杂信号波形测量及变换域校准技术;⑬微弱信号检测与校准技术;⑭随机信号校准技术研究;⑮虚拟仪器校准技术及方法研究;⑯总线计量校准;⑰校准仿真;⑱机器人校准;⑲人工智能的校准检测。

这些技术方向上的进展，都将推进航空计量在型号计量上的应用及可持续发展。

4 结束语

航空计量是一个复杂而庞大的系统工程，要想将其作好并维持其健康和可持续发展，并不是一件轻而易举的事，涉及到其目标定位、经费落实、管理、技术实施、监督、监察和行政调整等一系列问题，但是搞好以下几个方面的工作，将有助于其健康和可持续发展:

1)建立健全管理、学术、技术委员会，应包含高等院校、生产厂家、主机厂所应用部门、计量机构几个方面的专家，定期进行航空计量总体规划与研讨;

2)开展周期性技术研讨与学术交流，经常性地汇集、总结、预测、公布航空计量技术问题与技术需求;

3)启动、推进航空计量中的重大基础性研究计划，如动态校准理论与技术研究，模型测量不确定度研究，虚拟仪器校准研究，可测性设计与校准研究，自动化校准技术研究等等;

4)规范航空计量应用性研究;

5)由于非电量电测量技术已经广泛应用到其它计量测试专业和学科，因此，电学和无线电计量测试在整个计量行业里，实质上具有了一种越来越特殊的技术基础地位，应当强化电学和无线电计量的这个基础地位。

实际上，航空计量涉及的问题很多，上面提到的仅是其中影响较大的几个，并且，所述观点仅是作者个人的一孔之见，并不能保证其完全正确与合适，谨希望这样的问题提出来后，能抛砖引玉，引起人们对航空计量的关注，并促使其能够健康向上，可持续发展和完善。

［1］张彦仲.张彦仲经济文集［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2005.

［2］梁志国，张大鹏，武腾飞.21世纪航空工业对计量测试技术的需求分析［J］.计测技术，2012，32(3):1-7.

［3］米德尔顿D H.航空电子系统［M］.北京:航空工业出版社，1992.

［4］罗志强.航空电子工程［M］.北京:北京航空航天大学出版社，1994.

［5］刘树林.加强专用测试设备管理健全量值溯源渠道［J］.航空计测技术，1996，16(4):35-36.

［6］朱占勇.为产品研制提供计量保证的实践［J］.航空计测技术，1996，16(3):37-38.

［7］朱有土.型号研制中计量保证与监督工作的目标及其运行系统［J］.航空计测技术，1997，17(3):31-33.

［8］米金A B，拉丘根Я M.航空技术计量保证的标准化—部门测量统一保证体系［J］.航空计测技术，1996，16(5):36-38.

［9］拉丘根Я M，多尔斯托乌索夫A B，卡诺瓦洛娃Ю И.产品在生产、试验和使用过程中计量保证要求的规定和实施［J］.航空计测技术，1996，16(5):39-40.

［10］张玉库.舰船型号研制中的计量保证与监督工作浅析［J］.航空计测技术，1998，18(1):34-35.