原创|产业计量引领制造业高质量发展
发布时间:2024-06-04 浏览次数:783 来源:中国工业和信息化

计量是实现单位统一、保证量值准确可靠的活动,是科技创新、产业发展、国防建设、民生保障的重要基础,是构建一体化国家战略体系和能力的重要支撑。党的十八大以来,我国计量事业快速发展,基础性、前沿性和共性计量科研成果大量涌现:建成185项国家计量基准和6.2万余项社会公用计量标准;获得国际承认的校准测量能力达1779项,位居世界前列;我国成为全球有能力参与驾驭国际原子时的8个国家之一。

 

产业计量政策

 

早在2013年,国务院发布的《计量发展规划(2013—2020年)》文件中,便把建立产业计量测试服务体系作为未来计量领域的重点发展方向之一,提出整合相关科研院所、高等院校、企(事)业单位等资源,在高技术产业、战略性新兴产业、现代服务业等经济社会重点领域,研究具有产业特点的量值传递技术和产业关键领域关键参数的测量、测试技术,开发产业专用的测量、测试装备,研究服务产品全寿命周期的计量技术,构建国家产业计量测试服务体系。该文件将节能环保产业、新一代信息技术产业、生物产业、高端装备制造业、新能源产业、新材料产业六个领域定义为国家产业计量测试服务重点领域。

 

后续,作为战略性产业发展的重要基础,产业计量及计量测试作为鼓励类产业被列入国家科技服务业。2022年,国务院发布的《计量发展规划(2021—2035年)》对产业计量做了进一步强调,包括“在战略性新兴产业、现代服务业等重点领域建立一批国家产业计量测试中心,研制一批专用计量测试设备,形成一批专用计量测试方法和标准规范,计量服务经济社会各领域高质量发展体系日趋完善。”其中,到2025年,拟筹建50个国家产业计量测试中心,并将先进制造、高端仪器发展和精密制造、航空/航天和海洋领域、人工智能与智能制造、数字中国等作为后续产业计量需要服务的重点领域。

 

为了方便对国家产业计量测试中心的申报、审批、筹建、验收等进行规范化管理,尽快形成国家产业计量测试服务体系。2020年,国家市场监管总局发布了《市场监管总局关于加强国家产业计量测试中心建设的指导意见》,对产业计量领域的工作目标和重点任务进行了详细阐述。后续,各省市也围绕本地区的产业计量发展发布了若干相关文件。例如,北京市人民政府发布了《北京市贯彻落实〈计量发展规划(2021—2035年)〉的实施方案》《关于提升北京市产业计量技术创新能力的指导意见》等文件,并开展了产业计量技术创新能力载体的评选,包括产业计量测试中心、行业领域能源计量中心两种类型。

 

产业计量内涵

 

产业计量分为产业计量学理论和产业计量系统工程两个方面。产业计量学理论侧重于理论研究,以提升相关产业中关键测控数据结果的正确性为目标,应用计量技术和管理链服务于各产业中核心产品的研发、设计、生产、流通、使用、报废等全过程及其上、下游紧密涉及的产业链。产业计量工程则侧重于工程应用,应用产业计量学的理论知识,以提升某个产业(或者产品)的质量或者效益为目的,有效地组织计量要素开展系统设计并具体实施。

 

产业计量重点聚焦于“ 测不了、测不全、测不准”难题,开展联合攻关。“测不了”是产业测量能力方面的难题,指的是用传统方法无法精确测量的量值。“测不全”是产业测量覆盖面领域的难题,需要尽可能地覆盖产业中的关键过程。“测不准”是产业测量测试精度方面的难题,满足产业发展所需要的量值测量精度。

 

产业计量整体的指导思想可以概括为“三全一前”,即“覆盖全溯源链、全产业链、全寿命周期并具有前瞻性的计量测试服务”。为了实现“三全一前”,产业计量需要从检定、校准、测试、数据采集、工程管理和系统应用等多个层次下功夫。

 

传统计量一般是按照物理量进行划分,一般包括时间、频率、几何量、热工、力学、声学、电磁、信息、电子、光学、电离辐射、化学等分类。与此不同的是,产业计量则以所服务产业的需求开展计量工作,这是二者在服务对象上的不同。

 

产业计量现状

 

近年来,我国围绕产业发展需求和瓶颈问题,以计量杠杆撬动产业发展的痛点,不断加强计量测试技术、方法和设备的研究及应用,努力服务产业创新发展和质量提升,产业计量在科技创新、能力建设和运行服务等方面取得了显著成效。 

 

国家航空器产业计量测试中心攻克飞秒激光成像技术、高超声速飞机动态温度测量校准技术等200多项关键技术,为新一代航空装备自主研制与性能评价奠定了坚实的计量技术基础 。

 

国家光伏产业计量测试中心编制两项半导体行业国际互认标准,填补光伏组件检测方法的国际空白,对我国光伏产业发展具有重要意义。 

 

国家生物技术药物产业计量测试中心研制出新型冠状病毒假病毒核酸标准物质,有效实现了从病毒核酸提取到核酸定量的全过程质量控制和管理,为新冠病毒核酸诊断提供精确的“生物标尺”。 

 

根据国家市场监管总局计量司发布的《国家产业计量测试中心年度报告(2022年)》报告,自2013年开始建设工作以来,截至2022年底,总局已批准筹建51家国家产业计量测试中心(其中,17家已完成验收)。从依托单位来看,依托市场监管系统和其他部门/行业企事业单位建设的中心分别为30家和21家。

 

已批准筹建的国家产业计量测试中心基本涵盖了我国重要的产业领域,包括高速列车(国家高速列车产业计量测试中心)、汽车制造(国家电动汽车电池及充电系统产业计量测试中心、国家新能源汽车储供能产业计量测试中心)、先进材料(国家石墨烯材料产业计量测试中心)、先进电力系统(国家输配电装备产业计量测试中心)、核电(国家核电核岛装备产业计量测试中心、国家核电运营产业计量测试中心)等重要产业。

 

典型案例介绍

 

围绕新能源汽车及零部件制造领域,将该领域内的国家政策、产业链、国家产业计量测试中心建设情况分别进行介绍。

 

新能源汽车指的是采用电或者燃料电池等作为动力源的汽车,主要技术路线包括纯电动汽车、插电式混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。新能源汽车属于高端制造业,技术要求严苛,核心技术包括电机及控制技术、电池及管理技术、整车控制技术、轻量化技术等。未来,新能源汽车的发展趋势主要包括:一是智能网联化,汽车中的各类电子系统、智慧感知等模块均使用智能网联技术,极大地方便了人们的出行需求;二是轻量化,通过广泛使用各种轻量化且强度优异的材料降低车身重量;三是高效率,全面提升电机及电控系统的性能;四是长寿命,提升汽车电池的能量和功率密度,循环寿命更高。

 

我国对于新能源汽车的发展高度重视。早在2015年,我国在制造强国战略中已将“节能与新能源汽车”作为十大重点发展领域。2020年,由国务院办公厅发布《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》,确立了“三纵三横”研发布局,并明确将新能源汽车及零部件产业列为国家重点培育战略新兴产业,鼓励开展该领域的计量测试、性能评价与检测认证。其中,“三纵”指的是纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料电池汽车,“三横”为动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术。后续,国家产业计量测试中心建议指导目录也将新能源汽车作为重点领域列入,重点支持的方向包括整车制造、装置/配件制造、相关设施及服务等。

 

新能源汽车产业链十分丰富,对相关产业的升级和换代具有非常强的拉动作用。首先,新能源汽车产业可以显著带动先进材料的产业进步,包括正极/负极材料、隔膜、电解液、永磁材料、硅钢片、碳化硅、复合材料、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称“IGBT”)。对于燃料电池汽车,汽车零部件所涉及的材料还包括质子交换膜、催化剂、双极板、储氢瓶罐体等。其中,关键材料的研发至关重要,部分技术只有少数几个大国掌握。其次,新能源汽车产业对电池及动力系统进步意义显著。新能源汽车的动力系统包括高性能电池模组、电芯、电池管理系统(Battery Management System,简称“BMS”)、电机及其控制器等。最后,新能源汽车产业对整车制造水平提升大有裨益。整车制造能力和水平是衡量高端制造业能力的重要标尺。当前,整车制造的内涵逐步扩大,包含智能网联、汽车电子、热管理系统等。

 

以新能源汽车中的驱动电机产业链为例,其产业链的涵盖面非常丰富。处于产业链上游的是各类重要材料,包括永磁体、硅钢片、铜线、高性能铝合金等。处于产业链中游的是各类部件,包括定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转轴、端盖等。处于产业链下游的是各类电机产品,包括永磁同步电机、感应异步电机、开关磁阻电机等。未来,新能源汽车的电驱系统将逐步向扁线化、油冷技术、高度集成化等趋势发展。随着新能源汽车对续航里程、功率密度、效率的要求越来越严苛,集成化是必然趋势,多合一电驱动系统通过系统内零部件共享外壳耦合及冷却系统、共享电路及功率半导体,从而极大地减少线缆用量及所占据的空间,缩小电驱系统的体积和重量,从而实现轻量化。例如,多合一电驱动系统可以采用减速器润滑油来冷却驱动电机,通过回收电机的一部分热量给电池保温以延长电池寿命等。

 

新能源汽车电控系统作为新能源汽车的重要电能转换部件,其制造难度及复杂程度远高于传统汽车,需要电力电子设计、控制算法等领域的不断创新。新能源汽车电控系统产业链也有着丰富的产业链。上游主要有IGBT芯片、印制电路板(Printed circuit board,简称“PCB 板”)、电容器、温度传感器、电流/电压传感器、壳体和控制软件等。中游主要是电控系统及电机控制器生产商,包括外资企业(日本电产、联合电子、博格华纳等)、国内企业(汇川技术、上海电驱动、英博尔等)。此外,整车制造商本身也是电机控制器的生产商,包括比亚迪、特斯拉等。下游则是整车制造商,包括几乎所有新能源汽车企业。

 

在新能源汽车及零部件领域,共有4家已申报国家产业计量测试中心,分别为国家新能源汽车储供能产业计量测试中心、国家电动汽车电池及充电系统产业计量测试中心、国家智能网联汽车产业计量测试中心、国家新能源汽车零部件产业计量测试中心(暂定名)。上述中心基本涵盖了新能源汽车的若干重点发展方向,包括储供能、电池与充电、智能网联、零部件等,未来必将为我国新能源汽车及零部件领域的产业升级做出重要贡献。

 

产业计量未来

 

经过10余年努力,我国的产业计量已初具规模,未来可能的发展方向如下。

 

发挥示范引领作用。围绕国家产业计量测试中心的建设,各省市已围绕自身的产业特色和优势筹建了一批具有代表性的省市级的产业计量测试中心,并已在各自的产业领域中发挥了突出的作用。未来,可进一步发挥上述国家级、省市级产业计量测试中心的示范引领作用,进一步将产业赛道进行细分,全面提升产业计量服务战略新兴产业的能力。

 

深度服务产业领域。产业计量和产业发展密不可分,而产业的发展则是动态变化的。近年来,随着人工智能、深度学习、物联网等技术的突破及其在工业领域中的大规模应用,战略新兴产业的技术发展方向也在发生深刻变革。这是机遇,更是挑战,需要产业计量能够紧跟时代潮流,与产业链进行更为深度的融合,从而打造能够服务产业快速发展的计量方法和技术。

 

打造产业计量联盟。产业计量涉及面广,不但需要懂得产业需求的高端技术人才,也需要熟悉计量科学的研究型人才。在国家产业计量测试中心建设的同时,产业计量联盟的同步推进显得尤为重要。一方面,产业计量可以广泛吸纳高校、研究所中的领域内权威专家加盟,充实产业计量实力;另一方面,多个产业计量测试中心间也可以进一步开拓资源共享渠道,优势互补,实现产业计量测试服务能力的进一步升级。