測量是科學(xué)研究、工程技術(shù)、商業(yè)活動等各領(lǐng)域中不可或缺的基礎(chǔ)工作。幾乎所有的日?；顒佣茧x不開它，因為在日常生活中，我們會遇到長度、重量、時間等不同類型的測量。我們可以把測量看作是將數(shù)字與物理量聯(lián)系起來的過程，是一種旨在產(chǎn)生有關(guān)實驗系統(tǒng)狀態(tài)的知識的活動。測量理論涵蓋了如何將數(shù)字分配給物體和現(xiàn)象、不同測量之間的關(guān)系以及測量過程中相關(guān)誤差的原理。

　　根據(jù)艾森哈特的定義，測量是 "為物質(zhì)事物分配數(shù)字[或數(shù)值]，以表示它們之間在特定屬性方面的關(guān)系"。分配數(shù)字的過程會產(chǎn)生輸出結(jié)果，而輸出結(jié)果可通過統(tǒng)計技術(shù)進行控制，分配的值被定義為測量值。他提出的三個基本概念被人們接受：

　　測量過程需要統(tǒng)計控制；

　　統(tǒng)計控制意味著測量過程具有可重復(fù)性和再現(xiàn)性；

　　測量值必須包含不確定性聲明。

　　艾森哈特的工作對整個計量界的測量過程產(chǎn)生了永久性的影響，它被標(biāo)準(zhǔn)化組織廣泛接受和使用。

　　獲得測量結(jié)果的綜合流程稱為測量系統(tǒng)，其中可能包括儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、方法、夾具、軟件和人員的集合，最終為被測特征分配一個數(shù)字。由于測量過程的輸出結(jié)果用于對產(chǎn)品和制造過程做出決策，因此測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量至關(guān)重要，這些數(shù)據(jù)通常以偏差和方差為特征。使用基于數(shù)據(jù)的程序價值受到測量數(shù)據(jù)質(zhì)量的限制，而測量數(shù)據(jù)質(zhì)量與從測量系統(tǒng)中獲得的多個測量值的統(tǒng)計屬性有關(guān)。

　　標(biāo)準(zhǔn)化

　　標(biāo)準(zhǔn)化伴隨著人類社會的發(fā)展，早在古代就有了標(biāo)準(zhǔn)。早期標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是使人類活動與自然現(xiàn)象保持一致，最初的標(biāo)準(zhǔn)是測量時間和空間的方法。

　　時間單位標(biāo)準(zhǔn)

　　約2萬年前，冰河時期的獵人在洞穴中刻線，計算不同月相之間的天數(shù)。中國的度量衡體系以人體的某部分或自然界某些穩(wěn)定的物理特征為基準(zhǔn)，如“布手知尺”、“掬手為升”、“權(quán)衡取重”，初步建立了長度、容積和重量的基本單位。商周時期，度量衡制度有了進一步的發(fā)展和完善。甲骨文中有許多關(guān)于度量衡的記載，如“步”（長度單位）、“斛”（容量單位）、“斤”（重量單位）等。

　　秦始皇統(tǒng)一六國后，于公元前221年推行全國統(tǒng)一的度量衡制度，這是中國歷史上第一次大規(guī)模的度量衡標(biāo)準(zhǔn)化改革。秦朝確定了嚴格的度量衡單位，如“一步六尺，二百四十步為一里；一斛十斗，十六兩為一斤”。這一舉措極大地推動了全國范圍內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，也為后續(xù)各朝代度量衡制度的完善奠定了堅實的基礎(chǔ)。

　　科學(xué)、技術(shù)和制造領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)對我們的生活影響巨大，因為它們可以防止可能發(fā)生的技術(shù)問題。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)改善了日常生活，解決了從制造業(yè)到公共安全的各種問題。

　　正如希臘哲學(xué)家赫拉克利特所說："戰(zhàn)爭是萬物之父，也是萬物之王"，戰(zhàn)爭常常迫使人們實行標(biāo)準(zhǔn)化。軍事標(biāo)準(zhǔn)化的一個例子是可互換步槍零件，19世紀最初幾年，伊萊-惠特尼用這種零件組裝火槍，在美國得到推廣。

　　其中一個與公共安全有關(guān)的例子是1904年巴爾的摩大火，這場大火燃燒了一天多，燒毀了1500座建筑。來自紐約、費城、威爾明頓和哈里斯堡的消防隊來到巴爾的摩滅火，但他們的大部分消防水龍無法連接到消防栓上。吸取教訓(xùn)后，美國啟動了許多標(biāo)準(zhǔn)化項目。

　　最新的標(biāo)準(zhǔn)化實例之一是電動汽車充電連接器。北美充電標(biāo)準(zhǔn)（NACS）連接器的標(biāo)準(zhǔn)化將確保所有制造商都能在電動汽車上和充電站安裝NACS連接器。

　　根據(jù)上述例子，"標(biāo)準(zhǔn) "一詞的具體含義可因語境而異。它可以指一種測量單位、一套做法、特定部分或看待世界的方式。一般來說，標(biāo)準(zhǔn)可以確保技術(shù)正常運行，因為它們提供衡量和評估性能的基本術(shù)語。使不同制造商生產(chǎn)的部件可以互換；以及通過確保產(chǎn)品的安全性和耐用性來保護消費者。

　　標(biāo)準(zhǔn)的主要類別包括：

　　測量標(biāo)準(zhǔn)：度量衡系統(tǒng)的基本參考；

　　文件標(biāo)準(zhǔn)：測試方法、抽樣程序、分類等。

　　測量標(biāo)準(zhǔn)的例子包括作為美國民用時間基礎(chǔ)的 NIST - F1 和 F3 原子鐘，以及作為所有質(zhì)量測量基礎(chǔ)的 Kibble 天平。

　　國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）。NIST 成立于 1901 年，是美國的主要標(biāo)準(zhǔn)組織，負責(zé)與其他國家協(xié)調(diào)其測量標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)并向其他測量系統(tǒng)分發(fā)測量和校準(zhǔn)程序。校準(zhǔn)程序是用于傳遞測量結(jié)果的過程，目的是使其他測量系統(tǒng)與 NIST 的測量結(jié)果保持一致。這一轉(zhuǎn)移過程通常涉及一個分級轉(zhuǎn)移系統(tǒng)；每個級別都依賴于自己的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。

　　物理測量標(biāo)準(zhǔn)有幾個等級層次：

　　國家標(biāo)準(zhǔn)：通常由 NIST 掌握。

　　一級標(biāo)準(zhǔn)：由 NIST 利用最先進的校準(zhǔn)技術(shù)將測量結(jié)果傳遞給它。

　　二級標(biāo)準(zhǔn)：由能夠獲得一級標(biāo)準(zhǔn)的組織移交。

　　工作標(biāo)準(zhǔn)：用于校準(zhǔn)生產(chǎn)設(shè)施的測量系統(tǒng)。

　　通過適當(dāng)校準(zhǔn)程序連接回 NIST 的測量被定義為可溯源至 NIST。同樣，美國國防部將溯源性定義為 "通過不間斷的比較鏈，將單個測量與國家標(biāo)準(zhǔn)或國家認可的測量系統(tǒng)聯(lián)系起來的能力"?？勺匪菪允且粋€重要的概念，因為可追溯到相同標(biāo)準(zhǔn)的測量結(jié)果會比不可追溯的測量結(jié)果更加一致?？勺匪菪钥蓪p少產(chǎn)品的重新測試、拒收或接收產(chǎn)生積極影響。

　　如果不使用可追溯標(biāo)準(zhǔn)，就不可能確定測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。沒有自己計量部門的制造和測試機構(gòu)通常會使用被稱為 "校準(zhǔn)實驗室 "的外部機構(gòu)的服務(wù)。校準(zhǔn)實驗室能夠在特定條件下確定特定測量設(shè)備與已知參考值和不確定度的溯源標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系。

　　技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

　　技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是一種專門的文件形式，它試圖在特定的實踐社區(qū)中創(chuàng)建一致和統(tǒng)一的做法。各組織圍繞標(biāo)準(zhǔn)達成共識的方式各不相同。

　　制定標(biāo)準(zhǔn)的方法和過程的形式?jīng)Q定了標(biāo)準(zhǔn)的類型。兩種主要的公認標(biāo)準(zhǔn)類型是

　　事實標(biāo)準(zhǔn)：在實踐中被某個行業(yè)及其客戶廣泛接受，但未經(jīng)正式批準(zhǔn)。

　　法律上的：由官方標(biāo)準(zhǔn)組織批準(zhǔn)，通過正式程序制定。

　　無論是事實標(biāo)準(zhǔn)還是法律標(biāo)準(zhǔn)，都是自愿遵守的。不過，在某些情況下，法律上的標(biāo)準(zhǔn)會被法律規(guī)范或法規(guī)引用，從而強制要求遵守。在某些情況下，如果通過正式的標(biāo)準(zhǔn)程序，事實標(biāo)準(zhǔn)可以成為法律標(biāo)準(zhǔn)。

　　國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的網(wǎng)站上有對標(biāo)準(zhǔn)的最佳描述。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的說法，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的標(biāo)準(zhǔn)是由專家在國際范圍內(nèi)商定的，它們代表了在其主題領(lǐng)域擁有專業(yè)知識并了解其所代表的組織的需求的人們的智慧結(jié)晶。標(biāo)準(zhǔn)就像一個公式，描述了做某件事的最佳方法。

　　ASTM 國際組織（前身為美國材料與試驗協(xié)會）將標(biāo)準(zhǔn)正式定義為 "在協(xié)會協(xié)商一致的過程中制定和確立的文件，符合 ASTM 程序和規(guī)定的審批要求"。

　　ASTM 出版了六種不同類型的標(biāo)準(zhǔn)，其中包括 (a) 測試方法、(b) 規(guī)格、(c) 分類、(d) 實踐、(e) 指南和 (f) 術(shù)語。

　　標(biāo)準(zhǔn)制定。標(biāo)準(zhǔn)化包括從實際標(biāo)準(zhǔn)制定到其出版、接受和實施的廣泛考慮。美國的標(biāo)準(zhǔn)化體系是一個分散的體系，按工業(yè)部門劃分，并由獨立的私營部門標(biāo)準(zhǔn)制定組織提供支持。這也是一個自愿和需求驅(qū)動的系統(tǒng)，由利益相關(guān)者根據(jù)行業(yè)和消費者表達的具體關(guān)切和需求制定和實施標(biāo)準(zhǔn)。

　　在美國，美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（ANSI）成立于 1918 年，是一個管理和協(xié)調(diào)美國標(biāo)準(zhǔn)以及合格評定系統(tǒng)的組織。它批準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)為美國國家標(biāo)準(zhǔn)（ANS），是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）和其他組織的美國國家成員機構(gòu)。

　　國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）是一個獨立的非政府國際標(biāo)準(zhǔn)制定組織，由成員國國家標(biāo)準(zhǔn)組織的代表組成。截至 2023 年，共有 167 個成員。該組織制定并發(fā)布技術(shù)和其他領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。

　　對標(biāo)準(zhǔn)化的一個常見誤解是，標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)發(fā)布就被認為是成功的，工作也就完成了。人們錯誤地認為，標(biāo)準(zhǔn)的采用和一致性本身就會隨之而來。

　　如前所述，自愿制度是美國標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)；標(biāo)準(zhǔn)的制定有賴于不同利益相關(guān)者之間的數(shù)據(jù)收集、討論和協(xié)議。由于這些原因，在制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時，將廣泛的參與者納入這一過程至關(guān)重要。

　　這些貢獻者必須具備豐富的知識，才能制定出反映當(dāng)前技術(shù)和需求的標(biāo)準(zhǔn)。為了達到最佳效果，必須在產(chǎn)品制造商、最終用戶、技術(shù)專家和標(biāo)準(zhǔn)專家等特定貢獻者群體之間取得平衡。盡管有適當(dāng)?shù)拇恚珒蓚€群體對標(biāo)準(zhǔn)化成果的評價可能完全不同。

　　例如，特定的制造商可能認為擬議的標(biāo)準(zhǔn)不適合他們的產(chǎn)品，而其他制造商則認為該標(biāo)準(zhǔn)非常適合他們的技術(shù)。這兩類人對成功的標(biāo)準(zhǔn)有著不同的看法。標(biāo)準(zhǔn)制定工作的大多數(shù)參與者都希望標(biāo)準(zhǔn)獲得成功，但不同參與者對成功的理解可能有所不同。對標(biāo)準(zhǔn)化的一個常見誤解是，標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)發(fā)布就被認為是成功的，工作也就完成了。人們錯誤地認為，標(biāo)準(zhǔn)的采用和一致性本身就會隨之而來。

　　與自愿標(biāo)準(zhǔn)制定相關(guān)的另一個挑戰(zhàn)是潛在的串通，即兩個或兩個以上的技術(shù)制造商共同推動有利于其技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　如前所述，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)是在特定社區(qū)內(nèi)統(tǒng)一具體做法（如測試方法）。制定一項讓各方都滿意的標(biāo)準(zhǔn)是一項挑戰(zhàn)，同時還要認識到不同貢獻者的不同目標(biāo)和優(yōu)先事項，這對于就具體測試方法和功能達成共識非常重要。

　　除了標(biāo)準(zhǔn)制定的組織部分，工程和科學(xué)方面的努力對于制定成功的標(biāo)準(zhǔn)也同樣重要。在制定新的測試方法時，必須在各個階段采用嚴格的工程實踐。

　　新的標(biāo)準(zhǔn)化測試方法應(yīng)針對其預(yù)期目的和應(yīng)用范圍進行驗證。在驗證過程中，最終目標(biāo)是確保測試方法代表了產(chǎn)品的特性，并具有所需的重現(xiàn)性和可重復(fù)性。

　　ASTM E 1488《用于制定和應(yīng)用測試方法的統(tǒng)計程序標(biāo)準(zhǔn)指南》2 為如何制定估計精度和偏差聲明提供了指導(dǎo)。該標(biāo)準(zhǔn)建議在制定測試方法時分幾個特定階段進行。圖 2 顯示了其中的一些步驟。

　　建議采取四個步驟：

　　設(shè)計階段

　　開發(fā)階段

　　評估階段

　　監(jiān)測階段

　　在完成實驗室間研究（ILS）后，在測試方法中加入精度說明，以提供使用測試方法時預(yù)期變異的具體估計值。精度說明的目的是提供信息，說明不同的測試結(jié)果之間可能出現(xiàn)的差異。重復(fù)性和再現(xiàn)性是對測試方法變異性的兩種衡量。需要注意的是，由于眾所周知的霍桑效應(yīng)3 ，ILS 結(jié)果可能會低估測量的變異性。當(dāng)操作人員不知道正在進行評估時，盲測可能會導(dǎo)致不同（更高）的變異性。

　　所有 ASTM 測試方法都要求包含精度說明，這一建議是基于艾森哈特1 的研究提出的。遺憾的是，一些與過濾效率測量相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，包括 ASHRAE 和 ISO 標(biāo)準(zhǔn)，并未包含精度說明。這些說明可能會對測試結(jié)果的公布、比較和過濾器選擇決策過程產(chǎn)生重大影響。