测量的重要性有哪些？测量何以成为国家质量基础的基本要素
测量的重要性有哪些？测量何以成为国家质量基础的基本要素从上面的定义和解释中我们可以看到测量操作中需关注的几个最根本要素：其中的第3条注提到：测量的先决条件是对测量结果预期用途相适应的量的描述、测量程序以及根据规定测量程序（包括测量条件）进行操作的经校准的测量系统。在国际视野和底层操作之间，何以会产生如此大的认识反差呢？那是因为人们对测量的认识存在着从理念、思路、方法、技术到管理等各层次全方位的差异，这也是本文将深度探讨的一些问题，本文将以几何测量为例展开相关讨论，其他领域的测量操作，在理念、思路层面应该是相同的。国家计量技术规范《JJF 1001-2011 通用计量术语与定义》中对测量（measurement）做了定义（条款4.1）测量：通过实验获得并可合理赋予一个或多个量值的过程。【VIM 2.1】
李明（上海大学）
国家质量基础（NQI： National Quality Infrastructure）是全球贸易、技术、资本等领域经历了十余年对未来质量的研究探讨后提出的面向未来质量的全球质量控制架构。其中，以标准作为基础，以测量、认证认可和监管作为三大基本要素，从中可以看出测量在未来质量中的地位和作用。下图为NQI的基本架构示意
图１ 国家质量基础（NQI）的基本架构和作用
在许多人眼里，测量不直接产生效益，在一些所谓的“精益生产大师”眼里，测量往往是第一个挨刀并被裁撤的对象。
在国际视野和底层操作之间，何以会产生如此大的认识反差呢？那是因为人们对测量的认识存在着从理念、思路、方法、技术到管理等各层次全方位的差异，这也是本文将深度探讨的一些问题，本文将以几何测量为例展开相关讨论，其他领域的测量操作，在理念、思路层面应该是相同的。
一、 什么是测量国家计量技术规范《JJF 1001-2011 通用计量术语与定义》中对测量（measurement）做了定义（条款4.1）
测量：通过实验获得并可合理赋予一个或多个量值的过程。【VIM 2.1】
其中的第3条注提到：测量的先决条件是对测量结果预期用途相适应的量的描述、测量程序以及根据规定测量程序（包括测量条件）进行操作的经校准的测量系统。
从上面的定义和解释中我们可以看到测量操作中需关注的几个最根本要素：
1. 量值赋值的对象是谁？由谁来定义？定义到什么程度？
2. 测量操作（实验）设计的依据是什么？
3. 测量操作（实验）过程的依据是什么？如何控制？
4. 什么才是“合理”
二、 测量的目的上面讲的测量，测得的是一个量值，其对应的则是参数。换句话说，测量是根据给定的目标参数进行测量和赋值。那么对于几何质量而言，测量要达到的目的又会是什么呢？
- 用于产品验收：主要是验证实际产品相对于设计指标的符合性
- 用于制造控制：主要用于掌控产品的实际质量状态及基于批量的制造过程变化趋势
从上面的描述我们可以看到，测量操作的目的性是明确的，测量结果也应该是完全对应与测量要求的。
从上面的讨论中我们还可以看到，如同公差设计的结果一样，测量操作也一定对应着某种工艺状态和完全对应的工艺需求，这应该也是《ISO 8015：2011产品几何技术规范（GPS） 基础 概念、原则和规则》中“对偶原则（5.10 Duality principle）”的一个重要组成部分。
从某种角度看，测量一直以来就是为了响应设计方提的要求，精准给出实际的量值。
三、 测量测量何以成为国家质量基础的基本要素工程文件（包括图样）是测量要求的载体，它对测量要求的准确规范是测量操作的起点。对于测量而言，一张规范的工程图样必须达到以下的程度：
- 工程图样本身的规范性
无论是按ISO标准、GB标准还是美国的ASME标准绘制的工程图样，都必须严格按规范操作。
在这里值得重点指出的是，在尺寸和形位公差标注时，必须遵循ISO产品几何技术规范与验证标准（GPS&V）体系。特别是尺寸部分，由于ISO从2010年起全面废止了一般尺寸的尺寸（包括角度）公差标法（详见ISO 14405系列标准），因为除了完整尺寸要素的尺寸公差外，其他的标法不仅有歧义，更无法使尺寸定义与测量操作对偶。
由于目前我国还未转化ISO 14405系列标准，因此在一般尺寸（包括角度）测量时，会有相当麻烦和复杂的测量问题出现，需引起充分的重视。建议出现相关问题时，参与ISO 14405标准进行转换并开展测量操作。
同时，我国的几何公差标准，如GB/T 1182-2008等同采用了ISO 1101:2004版，而ISO标准最新版已是2017版，目前该版本的国标转换工作已基本完成并上报，估计会在2019年正式实施。新的GB/T 1182标准给出了更为完善的公差定义方法，这些都将为测量操作提供更全面的规范。
- 工程图样的明确性
如果设计方有专门的要求，就必须在工程图样中明确。随着测量技术的飞速发展以及对工件误差控制能力的提升，为设计人员提供了更大的规范选择空间，于是，持续更新的ISO标准就给出了许多新的公差规范标注符号和标注方法。
图2、3和4分别为ISO 标准新给出的尺寸、角度和形位公差的一些新的符号和标注方法：
图2 ISO 14405.1给出的新的尺寸标注符号（仅适用于完整的几何要素）
图3 ISO 14405.3给出的新的角度标注符号（仅适用于完整的尺寸要素）
图4 ISO 1101给出的新的形位公差框格代号中标注符号和标注方法
图4右侧表示的是公差框格代号第2格中可以标注的内容，其中各栏内容如下表所示：
表1 几何公差框格第2格中可规范内容汇总
工程图样中未明确规范的内容，根据ISO 8015标准的规定的缺省原则，将按GPS&V标准体系中的缺省规范解释。
四、 几何测量的技术标准及其作用鉴于测量任务的复杂性，测量工具的多样性、测量过程的多变性。以及数据准确、且可比对等要求，ISO从理论和过程二个角度，对测量操作进行了规范，其中主要包括：
1. 在《ISO 8015：2011 产品几何技术规范（GPS） 基础 概念、原则和规则》中明确给出了对偶原则，并在标准体系中，对所有的公差定义给出了相应的从要素获取到误差评定完整解释
2. 用操作集概念，将测量过程分解为一系列具体的有序操作，从而在同一种测量原理的基础上，在操作解释和操作规范层面全覆盖“基于实物标准器的测量方法”和“基于虚拟标准器的测量方法”，有效地解决了以往的测量方法和数字化测量方法之间的统一问题。同时也建立了多种测量方法之间测量结果的比对基础。
下图为ISO 17450/GB24637标准给出的测量操作及过程，其中主要包括了分离、提取、滤波、拟合、导出、构建、评估等。
图5 ISO 17450/GB 24637给出的测量操作及过程
3. 对测量过程的合格性和测量结果的符合性判定做了规定，这其中包括判定的原则、测量不确定度的估算方法、测量不确定度管理和优化方法（PUMA）、设计方（送检方）和测量方对“测量不确定度表述”达成共识的规范方法等。特别是双方对测量不确定表述的共识更是规定了设计（送检方）对测量结果符合性评定中不可或缺的责任。同时也给出了可能参与测量结果比对、仲裁操作的第3方有效的操作规范。
图6为由ISO 14253/GB 18779系列标准给出的相关规定汇总。
图6 ISO 14253/GB 18779给出测量过程合格性和测量结果符合性判定
五、 几何测量操作的原则从上面的讨论中可以看到，ISO标准已从公差定义、误差评定、测量过程规范等方面对测量操作进行了全面定义和规范，由此可以归纳出现代几何测量的一些原则，下图为相关的内容示意。
图7 ISO 14253/GB 18779给出测量过程合格性和测量结果符合性判定
这里有几点需要特点强调的是：
1. 无论是公差设计还是测量规范设计，零部件的非理想性是最基本的出发点
2. 对偶要求不仅要求测量操作对偶响应公差定义，同时也对偶响应标准规定的测量过程，从而完整体现ISO 9000的过程方法
3. 规范的测量过程是测量赋值合理性的保障，这使得测量规范的前期设计与制订，并形成相关文件就变得犹为重要和不可或缺，这也是ISO PDCA中的P在测量操作中的体现
4. 测量不确定度的引入，是对测量过程能力和测量过程风险的一种数字化精准评估方法，同时也成为测量结果比对、仲裁的一个依据。这也对偶了ISO 9000中基于事实的决策方法
5. 今天只拥有测量操作技能，已无法有效解决复杂的测量要求、应对复杂的测量过程，因此，相关人员基本技术素养和规范操作的控制，包括公差设计人员、测量规范设计人员、测量过程操作和控制人员等，也许只能通过相关认证操作才能实现
六、 测量在未来制造中的作用ISO 9000提出的基于事实的决策方法，这需要有数据支撑。测量结果表征了设计所要求的相关参数的状态，为后续的评判和控制决策提供了基础，这本身就是一个数字化的过程。在未来制造中，测量将担负起更为重要的作用，其主要包括：
1. 测量不仅只针对结果，它将更关注过程，包括在线、在机的检测应用，从而将产品的质量控制重心向前移，这一点对于未来不许错、不能错、不会错和没机会错的制造业而言将犹为重要
2. 测量结果的有效反馈，将触发产品质量的进一步迭代，并最终提升企业的设计水平、质量水平和成本控制水平
3. 面向实际对象的测量，是数字双胞胎（Digital Twins）中实体数据的来源，没有精准、实时的测量，就不会有基于实体的数字模型
4.众多的测量数据，将成为未来赛博系统（CPS）的数据基础，而对这些数据的关联操作，则是未来大数据（Big Data）技术应用的基础。
对于今天中国制造业而言，转型升级是重点，国家把两化融合作为抓手，在这方面，先进国家的工程实践可以为我们提供许多参考和支持。下图为基于测量质量信息化流程，它是由美国国家标准给出的一个质量信息化架构（QIF： Quality Information Framework）
图６ 美国ANSI给出的质量信息化架构及基与ISO标准的关系
最后讨论一个问题，那就是成本问题，这几乎是中国的经营者最关心的问题。如何看待问题，不仅需要技术，更需要视野。
1. 测量是产品验收的基本要求，没要求当然不用测，但是，不用测量的产品到底是什么产品呢？它又能卖给谁呢？
2. 测量配置的合理性取决于制造过程能力，控得住就可以少测，控不住就得多测，甚至在线、在机和每件必测、全尺寸测量。其具体的技术指标就是CPｋ等等。
3. 测量也许不能带来直接的经济效益，有时甚至还因为测量带来了质量问题的暴露（尽管这与测不测没问题）。但测量无论如何是不可或缺，对其作用的评价指标应该，而且必须体现在产品的质量水平上，也必将体现在企业的质量控制水平上。
七、 小结正由测量如此重要，全球质量控制的技术架构“国家质量基础（NQI）”把它列入以标准为基础的三大基本要素，它将承担起量值统一、符合性评定和质量数字化的重任。
而对于企业而言，它同样应该是制造业质量基础（MQI）和企业质量基础（EQI）中以标准为基础的测量、监控、认证认可三大基本要素之一，同时更是企业两化融合，转型升级和走向未来的最基本技术手段之一。
