“现代产品几何规范（GPS）技术标准研究与制订”课题进展

摘要：“现代产品几何规范技术标准研究与制订”课题是以国际标准化组织ISO/TC213产品几何规范为主要研究对象，研究出适应于我国的产品几何规范技术标准体系，对提高我国制造业的标准水平和产业升级有积极的促进意义。本文主要介绍了课题目前已取得的阶段性成果，以便各方能够了解该课题的情况。
　　关键词：现代产品几何规范、技术标准、体系框架、应用贯彻
　　
　　现代产品几何规范（Dimensional Geometrical Product Specification and Verification, 简称GPS）技术标准是一切几何产品（有尺寸大小和形状的所有产品，包括高新技术产品、航空航天产品、检测仪器、机电产品、生物工程产品等）精度设计与计量的基础，是国际间进行技术交流、相关评定以及国际贸易合同的主要依据。GPS标准以计量数学为基础，采用“对偶原理”，引入“不确定度”概念，形成集几何产品技术规范和计量认证为一体的新一代GPS标准体系，解决极限与配合、几何公差、表面特征与测量等领域的标准协调问题，适应CAD/CAM、自动检测、在线质量控制等技术的应用，促进实现产品精度设计／制造／检测／质量控制的一体化。
　　“现代产品几何规范（GPS）技术标准研究与制订（第一期）” 于2002年10月正式立项，由机械科学研究院牵头，华中科技大学、中国标准化研究院、郑州大学和大连铁道大学等单位共同承担。课题任务主要为四大方面：研究建立我国产品几何规范（GPS）技术标准体系；参与5项国际标准制订；提出40余项国家标准建议草案（力争十余项成为国家标准）；提出GPS技术标准应用贯彻方案。
　　课题组本着“需求驱动、应用为本”、 “优势互补、资源共享”的原则，形成了标准、科研、产业密切配合、良好合作的研究团队，建立了课题专用FTP服务器，充分利用网络资源，通过网上研讨、网上交流、学术会议、企业试点等方式，保证了课题的顺利进行。
　　目前课题的进展情况如下：
　　一、完成了《GPS技术标准体系研究报告》讨论稿
　　1. 资料的收集、整理及分析
　　课题组搜集整理了大量的国内外资料，统计了167项ISO标准的详细信息，其中ISO正式标准60项，正在修订的ISO标准21项，标准草案36项，工作组草案49项。建立了GPS标准体系矩阵，将所有GPS标准按照作用范围分为基础的GPS标准、综合的GPS标准、通用的GPS标准和补充的GPS标准。理顺了每个GPS标准在GPS标准矩阵中的位置及标准之间的相互影响关系。调查研究了国外先进国家采用GPS标准的情况，其中英国转化了22项GPS标准成为本国标准，日本转化了15项，德国转化了46项，法国转化了27项。我国已经转化了55项GPS标准为国家标准。
　　2. GPS标准基本体系框架及规范模式的研究
　　以ISO14638《总体规划》、ISO17450系列标准为基础，从标准体系的构成上和从GPS系统模型的关联机制上，对ISO/TC213的GPS体系特点、规范模式及重要概念进行了必要的研究和探讨。
　　3. GPS标准体系理论基础的研究
　　对WG2、WG4、WG12、WG14、WG16、WG17工作组的工作及标准制定情况进行了跟踪分析，翻译了大量资料和相关标准。进一步地分析及发展趋势研究正在进行中。涉及的GPS理论基础有以下几方面：
　　① 计量数学基础的强化体现于GPS的全过程
　　② 共性“操作”技术中涉及到大量基于应用数学的信号分析与数据处理技术
　　如“拟合原理、数学模型及其应用技术”、“滤波原理、数学模型及其应用技术”等；
　　③“不确定度”理论及其拓展应用
　　如何将“测量不确定度”理论拓展到整个GPS领域？其中需要结合误差理论、概率与数理统计以及设计、工艺、测量领域的专业技术理论与实践，对“不确定度理论及其应用技术”进行深入的研究，否则，实现GPS系统的“量化”联系和资源优化配置是不可能的。
　　4. 在GPS相关领域的研究
　　开展了“STEP”标准与“GPS”标准的相关性研究，掌握国际标准化组织ISO/TC184与ISO/TC240各自在GPS技术领域开展相关标准化工作的进展和深度，研究分析这两大标准体系在技术内容等方面是否有重复、有冲突和有需要相互协调的地方。
　　5. 形成了《GPS技术标准体系研究报告》讨论稿
　　本报告共分为七大部分，论述了GPS的形成及发展趋势、GPS标准体系的总体框架、新一代GPS标准体系的规范模式、新一代GPS标准体系的理论基础及关键技术、新一代GPS标准体系的特点及存在的问题、国外主要工业国家对GPS标准的研究情况和我国GPS标准体系的建立情况。
　　在本报告的撰写过程中，综合考虑了国际上负责GPS的标准化组织ISO/TC 213 的情况，阐述了ISO/TC 213的成立背景及其为GPS标准制订的商业计划，总结了新一代GPS的起源，分析了GPS的发展趋势；调查研究了国外主要工业国家使用GPS的情况，对比研究了德国标准、美国标准、俄罗斯SEV的几何公差、英国BS 8888标准与ISO标准的区别与联系。为了使我国的GPS标准得到实质性的进步和提高，本报告的重点内容放在新一代GPS标准体系的规范模式、理论基础、关键技术以及优点与不足上。
　　通过对各个方面和环节的分析论证，在报告的最后，提出我国建立GPS标准体系的构建原则是：等同ISO同步建立、立足国内面向国际；我国GPS标准体系构建的应对策略是：实质参与ISO新一代GPS标准体系的关键技术及其重要标准的研制、总体系的全面协调发展与加强关键重点标准的研制相结合、新体系的建立和实施应注重新旧衔接实现平稳过渡、以重点行业的先行带动我国制造业GPS标准应用的全面提升。报告几经易稿、多次讨论、广泛征求意见，基本做到了语言简练、重点突出、点面俱全、分析入理。
　　二、参与了国际标准制订
　　课题组参与了五项国际标准的制修订：
　　① ISO/DTS 16610-61(GPS) Filtration: Part 61: Linear area filters: Gaussian
　　② ISO 4287 1996(GPS) Terms, definitions and surface texture parameters
　　③ ISO 3274 1996(GPS) Nominal characteristics of contact(stylus) instruments
　　④ ISO 13565-2 1996(GPS) Height characterization using the linear material ratio curve
　　⑤ ISO 4288 1997(GPS) Rules and procedures for the assessment of surface texture.
　　在开展国际标准制修订的过程中，撰写了阶段工作报告。总结报告主要内容包括：标准在GPS体系中的位置和作用分析；标准的主要内容分析；标准各阶段的中英文对照稿；我国的提案及采用情况；ISO/TC213工作会议的主要情况及修改后文本和各国意见的汇总分析；主要参考文献的分析情况；我国下一步制订国际标准的方案与措施。
　　工作组撰写了会议报告4篇：关于出席ISO/TC213第十四次工作会议的报告；关于出席ISO/TC213第十五次工作会议的报告；关于出席ISO/TC213第十六次工作会议的报告；关于出席ISO/TC213第十七次工作会议的报告。
　　结合对国际标准制修订的工作，工作组成员发表相关论文3篇：基于高斯滤波的稳健工程表面评定方法；高斯滤波稳健性能的研究与改进；M估计与高斯滤波联合应用于三维工程表面。
　　三、开展了我国GPS技术标准提案的研究
　　完成了我国GPS技术标准提案29项。这些标准包括GPS基础系列标准、不确定度标准、滤波技术系列标准、表面结构系列标准、几何公差系列标准及统计公差系列标准。针对标准提案中的每一项标准，都进行了标准的主要内容分析，阐述了该标准在GPS标准体系中的作用，总结了转化为国家标准的情况，并且提出了制订国家标准的方案和措施。
　　四、召开了全国范围内的GPS标准化研讨会
　　2003年12月5日至7日课题组在北京召开了大型GPS标准化研讨会，参会企业几十家，参与人员上百人。国家标准化管理委员会、国家科技部高新技术发展及产业化司和机械科学研究院的有关领导都出席了会议。会议就“产品几何规范（GPS）”标准化进行了学术交流，并遴选了29篇论文汇集成册，会上来自科研机构、工矿企业和标准化部门的专家围绕GPS的形成及发展趋势、GPS研究重点与体系框架、国外先进国家GPS现状与发展、我国GPS的现状、我国与国际上的差距、重点行业的需求分析、我国GPS的技术标准体系及发展战略规划、GPS标准的理论基础等方面发表演说、阐述观点、交流讨论，收到了很好的效果。
　　五、初步开展了GPS应用贯彻试点工作
　　为加强对国内产业需求和企业应用的分析，提高课题研究成果的实用性， GPS试点工作已全面展开。课题组提出了GPS标准应用贯彻试点方案的初稿，确定了GPS标准宣贯材料的提纲，并与时代集团公司、哈尔滨量具刃具集团有限责任公司开展了试点工作。例如，在表面粗糙度形状测量仪的开发中，执行了GPS标准。
　　课题下一步工作的重点将围绕GPS标准的应用贯彻展开，工作组已安排在《中国标准化》、《机械工业标准化与质量》及有关杂志上连载文章，并计划结合世界计量日和世界标准日，分别在5月20日和10月14日召开GPS标准研讨会，并于11月中旬在武汉与“全国高校互换性与测量技术研究会”联合召开大型学术会议，展开GPS标准的大规模研讨与应用宣传。