計量器具軟件確認(rèn)淺談

張俊爽 王 濤 張書貴 趙慶良

(河北太行計量檢測有限公司，石家莊 050000)

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計量器具軟件確認(rèn)淺談

張俊爽 王 濤 張書貴 趙慶良

(河北太行計量檢測有限公司，石家莊 050000)

在計量技術(shù)機(jī)構(gòu)中大量使用自動化測量設(shè)備。本文論述了對計量器具軟件進(jìn)行控制的重要性，以確保計量器具的計量特性符合法制計量要求，并針對實際情況提出幾種可行的軟件確認(rèn)方法以方便使用。

計量器具；軟件；確認(rèn)

0 引言

自動化測量設(shè)備已廣泛應(yīng)用于計量、檢測、生產(chǎn)各個領(lǐng)域，尤其在計量領(lǐng)域，檢定/校準(zhǔn)過程中離不開軟件對測量數(shù)據(jù)及結(jié)果的處理，一般檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范多數(shù)只是要求對儀器的綜合技術(shù)指標(biāo)或者硬件指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，很少涉及到計量器具軟件的校準(zhǔn)。本文參照J(rèn)JF 1182—2007《計量器具軟件測評指南》并結(jié)合計量器具軟件使用現(xiàn)狀，分析了目前計量器具軟件測評的難點，并根據(jù)常見的幾類計量器具軟件測量方法，提出了幾種計量器具軟件確認(rèn)方法。

1 計量器具軟件評價的重要性、現(xiàn)狀及存在問題

隨著計量科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大量自動化測量設(shè)備已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方方面面。上至國家級計量院建立的計量標(biāo)準(zhǔn)，下至市場上使用的計價秤。在計量檢定/校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)處理及測量不確定度分析中廣泛應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)和測量軟件，如光柵式指示表檢定儀、量塊自動檢定系統(tǒng)(電腦接觸式干涉儀)、直流電橋、電阻箱、電位差計智能檢定系統(tǒng)、材料試驗機(jī)現(xiàn)場檢定裝置、X射線探傷機(jī)自動測量系統(tǒng)等。

測量軟件對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性起到至關(guān)重要的作用。計算機(jī)軟件，尤其是涉及貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、資源保護(hù)、法定評價公正計量等屬于國家法制管理的計量器具軟件的可靠性和保護(hù)能力，日益受到國家高度重視。因此應(yīng)對計量器具軟件進(jìn)行控制，以確保計量器具的計量特性符合法制計量要求。

JJF 1182—2007《計量器具軟件測評指南》由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局于2007年8月21日批準(zhǔn)發(fā)布，2007年11月21日實施。該指南編制后，使對計量器具軟件的測試結(jié)果具有了可評估性。并對計量特性有影響和起關(guān)鍵作用的軟件的標(biāo)識與保護(hù)、對測量數(shù)據(jù)和重要計量參數(shù)的存儲或傳遞的保護(hù)、計量器具防欺騙性及防誤操作性、防干擾性等技術(shù)要求直接進(jìn)行了控制。該測評指南既可作為計量器具型式評價的指導(dǎo)性文件，也可作為計量管理部門日常監(jiān)督管理及計量器具生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行軟件測試的參照文件。

因此，計量器具軟件在設(shè)計完成后、使用前或升級后應(yīng)依據(jù)JJF 1182—2007 指南進(jìn)行測評驗證。在日常工作中，我們發(fā)現(xiàn)確實有些測量軟件存在諸多問題，如有些測量軟件可對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；某些進(jìn)口計量器具測量軟件，在計量術(shù)語、測量原理方法等方面，存在問題較多，甚至對用戶產(chǎn)生了“欺騙性”的使用，造成了錯誤的測量過程和結(jié)果。

但是，多數(shù)計量技術(shù)機(jī)構(gòu)在對自動化測量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定時，往往僅對硬件部分的計量性能進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定，而對軟件部分未必能進(jìn)行必要的測試，很大的原因在于JJF 1182—2007指南中規(guī)定的檢查方法和測試手段是建立在源代碼測試基礎(chǔ)上的，計量檢定/校準(zhǔn)人員未必有能力、有條件對這些測量軟件進(jìn)行測評驗證。

在日常工作中，購買的成品軟件大致分兩種：第一種是測量設(shè)備校準(zhǔn)時，軟件不參加校準(zhǔn)。如數(shù)顯式指示表檢定儀，按照J(rèn)JG 201—2008《指示類量具檢定儀檢定規(guī)程》，校準(zhǔn)其顯示部分示值是否準(zhǔn)確即可，而對使用數(shù)顯式指示表檢定儀校準(zhǔn)/檢定指示表時，數(shù)據(jù)處理是否準(zhǔn)確則需要使用者進(jìn)行驗證確認(rèn)；另一種是帶測量軟件一起校準(zhǔn)/檢定，如數(shù)字指示秤。按照J(rèn)JG 539—1997《數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》，可對其示值進(jìn)行整體校準(zhǔn)/檢定即可，即完成了對其測量軟件的驗證。

比較這兩種情況可見，對第一種情況應(yīng)對其測量軟件單獨進(jìn)行確認(rèn)，而第二種情況相當(dāng)于在測量設(shè)備的周期校準(zhǔn)或檢定過程中對軟件都進(jìn)行了確認(rèn)。

2 計量器具軟件常用確認(rèn)方法

一般來說，對計量器具測量軟件的確認(rèn)包含以下幾種情況：

2.1 對于軟件功能的確認(rèn)和驗證

一般應(yīng)由軟件設(shè)計者實施，也可由設(shè)計者委托有能力的單位進(jìn)行，每個用戶不可能進(jìn)行復(fù)雜的確認(rèn)。

計量器具軟件在使用前應(yīng)該有多種不同層面的設(shè)置，其中大多數(shù)在出廠前已經(jīng)設(shè)置完畢，部分技術(shù)參數(shù)或硬件專有參數(shù)需要在系統(tǒng)安裝過程中根據(jù)環(huán)境、客戶的合理要求設(shè)定。其計量特性是否符合要求由廠家負(fù)責(zé)，直至滿足訂貨合同的技術(shù)要求或相關(guān)規(guī)程的要求。

2.2 對于具有測量軟件的帶數(shù)顯功能的儀器

如針對此類儀器國家已出臺檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范如數(shù)字指示秤，可依據(jù)JJG 539—1997規(guī)程對數(shù)字指示秤整體校準(zhǔn)/檢定，用戶可不必單獨再對軟件進(jìn)行確認(rèn)。

2.3 對于既有機(jī)械標(biāo)尺又有數(shù)顯部分的計量器具

必須對兩部分同時進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定。如目前大量進(jìn)口的金相顯微鏡，既在目鏡中設(shè)有標(biāo)尺，又具備圖像采集功能，即通過對試樣圖像采集后，利用測量軟件對試樣組織結(jié)構(gòu)中的幾何量尺寸進(jìn)行測量，或者對其金相組織進(jìn)行成份分析。假如按照J(rèn)JG(教委) 012—1996《金相顯微鏡檢定規(guī)程》規(guī)定，僅對目鏡中標(biāo)尺進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)，則無法對其數(shù)顯(軟件)部分進(jìn)行確認(rèn)(驗證)。校準(zhǔn)/檢定人員可通過采集測微尺圖像后，與數(shù)顯部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對完成驗證。

2.4 對于連接計算機(jī)的測量系統(tǒng)

對于連接計算機(jī)的測量系統(tǒng)，軟件部分獨立運(yùn)行，使用前應(yīng)對其進(jìn)行驗證確認(rèn)。

2.4.1 驗證確認(rèn)方法一

可參照J(rèn)JF 1048—1995《數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》對整套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

JJF 1048—1995規(guī)范早在1995年5月31日即由國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)發(fā)布，1996年5月1日實施。規(guī)范適用于以模擬電量作輸入的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的校準(zhǔn)。它可以與各種類型的傳感器相連接，構(gòu)成測量溫度、力值、壓力、流量和位移等物理量的測量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是指能夠測量來自傳感器、變送器及其他信號源的輸入信號，并能以某種方式對測到的量值進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、處理、顯示、打印或記錄的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在計量行業(yè)中廣泛用于各種自動化檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)中。但是由于本校準(zhǔn)規(guī)范的專業(yè)性較強(qiáng)，就筆者多年從事計量工作來看，各種自動化檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)并未完全按照J(rèn)JF 1048—1995規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.4.2 驗證確認(rèn)方法二

在對軟件運(yùn)行環(huán)境、功能性檢查基礎(chǔ)上，采用最原始的方式計算后與測量軟件的處理結(jié)果進(jìn)行比較。

由于JJF 1182—2007指南是計量器具型式評價的一部分，主要針對軟件生產(chǎn)廠商，對廠商生產(chǎn)的軟件抽樣進(jìn)行測評，且需要用專用測評軟件；又因JJF 1048—1995規(guī)范具有較強(qiáng)的專業(yè)性，計量器具的使用單位大多不具備此技術(shù)條件。因此，計量器具的使用單位可從以下3個方面進(jìn)行確認(rèn)(驗證)：

1) 對軟件運(yùn)行環(huán)境的檢查，主要檢查殺毒軟件和防火墻。

2) 對軟件的功能性檢查，主要檢查軟件各部分是否能正常工作。

3) 對于測量軟件的校準(zhǔn)或驗證：可用手動方法或采用其它測量設(shè)備與被驗證測量系統(tǒng)同時檢定或校準(zhǔn)同一被校件，即使用最原始的方式計算后與測量軟件的處理結(jié)果進(jìn)行比較。

現(xiàn)舉例說明：

熱電偶、熱電阻自動檢定系統(tǒng)已投入使用多年，在JJF 1098—2003《熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》出臺前，為了對熱電偶、熱電阻自動檢定系統(tǒng)的軟件進(jìn)行確認(rèn)，通常采用以下方法：采用原來的熱電偶檢定系統(tǒng)(手動)及熱電偶自動檢定系統(tǒng)分別對同一只工作用鉑銠10-鉑熱電偶的鋅、鋁、銅點進(jìn)行檢定，測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 熱電偶自動與手動檢定系統(tǒng)檢定數(shù)據(jù)結(jié)果比對表

式中，En值為比對試驗的比率值； y0為原手動熱電偶檢定裝置測量結(jié)果； y1為新熱電偶自動檢定裝置測量結(jié)果；U0為原手動熱電偶檢定裝置測量不確定度，置信水平為95%，k=2；U1為新熱電偶自動檢定裝置測量不確定度，置信水平為95%, k=2。

通過采用兩種測量方法進(jìn)行比較，En的絕對值遠(yuǎn)小于1，說明采用熱電偶自動檢定系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理較準(zhǔn)確，測量軟件得到確認(rèn)。

2.4.3 驗證確認(rèn)方法三

按照國家已出臺校準(zhǔn)規(guī)范對其整套系統(tǒng)軟件、硬件進(jìn)行確認(rèn)、校準(zhǔn)。

如，根據(jù)JJF1098—2003校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定，需對整套系統(tǒng)進(jìn)行以下檢查及測試：包括安全性能檢查(含絕緣檢查、人為故障設(shè)置安全檢查)；掃描開關(guān)寄生電勢的測試；通道間數(shù)據(jù)采集差值測試；校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度驗證；重復(fù)性測試；恒溫性能的測試；專用軟件的功能檢查(專用軟件的測量數(shù)據(jù)記錄、保存，檢定記錄與檢定結(jié)果的顯示、打印和查詢功能，測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗證)共7部分。

3 結(jié)論

從以上可以看出，除了按照J(rèn)JF1098—2003校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定對熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)進(jìn)行較全面、系統(tǒng)的校準(zhǔn)、測試外，我們平時使用的方法多是通過旁證進(jìn)行驗證，不能從根本上起到檢查軟件質(zhì)量是否合格的作用。因此在今后一段時間，建議國家各專業(yè)計量委員會，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)階段國內(nèi)、國際計量技術(shù)的發(fā)展水平，盡快出臺各類自動化測量系統(tǒng)的檢定規(guī)程、校準(zhǔn)規(guī)范或型式評價大綱，并在型式評價過程中加入對控制軟件的檢查，對檢測合格的軟件版本進(jìn)行備案，在后續(xù)校準(zhǔn)/檢定中加入對軟件核查項目，并將功能性和防作弊檢查作為重點，才能有效解決計量器具軟件不受法制監(jiān)管的現(xiàn)狀。

[1]JJF1182—2007計量器具軟件測評指南

[2]JJF1048—1995數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范

[3]JJF1098—2003熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范

[4]JJG201—2008《指示類量具檢定儀檢定規(guī)程》

[5]JJG(教委) 012—1996《金相顯微鏡檢定規(guī)程》

[6] 薛賽男, 趙偉.軟件測試技術(shù)—計量測試技術(shù)的新領(lǐng)域.計量技術(shù)，2003(5)

[7] 李玉英.用于監(jiān)視和測量的計算機(jī)軟件的確認(rèn).計量技術(shù)，2004(7)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.05.24