砝碼檢定數(shù)據(jù)智能化采集及無紙化管理系統(tǒng)研究

王琦 蘇雄睿 陳露 包福 蔣立宇

摘 要：該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了砝碼檢定校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的智能化采集以及無紙化管理。檢測(cè)數(shù)據(jù)由標(biāo)準(zhǔn)器自動(dòng)傳輸并錄入到電子原始記錄中，并由電子原始記錄中的內(nèi)嵌函數(shù)自動(dòng)完成檢測(cè)數(shù)據(jù)的運(yùn)算（示值誤差、重復(fù)性、不確定性、判定等），最終生成符合要求的證書報(bào)告。系統(tǒng)根據(jù)所選用的儀器設(shè)備（質(zhì)量比較儀），采用數(shù)據(jù)接口傳輸方式，從質(zhì)量比較儀的輸出接口中讀出數(shù)據(jù)；按照規(guī)范化格式將數(shù)據(jù)自動(dòng)填寫到原始記錄模板中，隨即自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算；最終再由原始記錄自動(dòng)生成符合格式要求的證書報(bào)告。該系統(tǒng)可顯著提高工作效率，同時(shí)避免了人為誤差，使得檢定校準(zhǔn)的流程及數(shù)據(jù)得到有效管控。該系統(tǒng)可顯著提高工作效率，同時(shí)避免了人為誤差，使得檢定校準(zhǔn)的流程及數(shù)據(jù)得到有效管控。

關(guān)鍵詞：砝碼檢定；智能化采集；無紙化辦公管理

0 引言

國(guó)內(nèi)外同類研究現(xiàn)狀分析及存在的問題：砝碼是一種復(fù)現(xiàn)質(zhì)量值的實(shí)物量具。它具有一定的物理特性和計(jì)量特性，包括：形狀、尺寸、材料、表面狀況、密度、磁性、質(zhì)量標(biāo)稱值和最大允許誤差等，它廣泛應(yīng)用于各個(gè)部門。因此，砝碼的檢定，對(duì)保證實(shí)物的準(zhǔn)確可靠性能是很重要的。質(zhì)量比較儀主要是根據(jù)測(cè)量彈性元件的變形和應(yīng)變， 或電磁力反饋平衡的原理制造的高分辨率電子衡量設(shè)備。其主要用途是基于ABA或ABBA循環(huán)方式測(cè)量質(zhì)量差值， 對(duì)砝碼進(jìn)行質(zhì)量傳遞。

由于砝碼的檢定校準(zhǔn)工作量較大，出于工作效率和質(zhì)量的雙重需要，對(duì)相應(yīng)的智能檢定校準(zhǔn)系統(tǒng)提出了切實(shí)需求。一方面，部分廠商在傳統(tǒng)質(zhì)量比較儀的基礎(chǔ)上，提供了部分自動(dòng)化功能，如，METTLER TOLEDO公司生產(chǎn)的質(zhì)量比較儀可以通過輸入標(biāo)準(zhǔn)砝碼的修正值，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的檢定流程操作，最終可以直接顯示被檢砝碼的實(shí)際質(zhì)量。但是這種通用系統(tǒng)或裝置很難與使用機(jī)構(gòu)的LIMS（實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)）相連，仍然需要通過后續(xù)冗長(zhǎng)的手寫方式來計(jì)算原始數(shù)據(jù)，并不能顯著提高工作效率。另一方面，盡管隨著在各大檢定校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的普及，LIMS技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但仍然沒有打通檢測(cè)數(shù)據(jù)的全壽命周期鏈，比如需要檢定人員手工向系統(tǒng)中輸入原始數(shù)據(jù)、手工計(jì)算誤差等。

綜上，當(dāng)前砝碼的檢定校準(zhǔn)過程存在如下幾個(gè)問題：首先是人工讀取并記錄的方式效率低，并且稍有差池，就會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；此外，隨后的數(shù)據(jù)分析及計(jì)算也主要以手算為主，仍存在較大的改進(jìn)空間，即可以將重復(fù)性過程程序化；最后，由原始記錄到證書的映射沒有形成唯一性關(guān)聯(lián)，這種非自動(dòng)化或半自動(dòng)化的證書生成方式不但費(fèi)時(shí)，而且存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

1 研究原理和方案

1.1 數(shù)據(jù)的智能化采集

將砝碼檢定裝置的數(shù)據(jù)自動(dòng)的傳輸?shù)街付ǖ脑加涗浿校瑸楹罄m(xù)的數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用做準(zhǔn)備。采集層包括軟硬件協(xié)同的兩部分：硬件模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和檢定裝置的數(shù)據(jù)連接，軟件部分根據(jù)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的解析。

1.2 數(shù)據(jù)的無紙化處理

主要是對(duì)上述采集的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以形成符合要求的原始記錄和證書。根據(jù)檢測(cè)依據(jù)（規(guī)程規(guī)范）的要求，編制出符合檢測(cè)依據(jù)要求和覆蓋要素的數(shù)據(jù)原始記錄模板，原始記錄模板中包含檢測(cè)樣品信息、檢測(cè)信息、環(huán)境、檢測(cè)儀器等要素，又包含檢測(cè)數(shù)據(jù)的運(yùn)算（示值誤差、重復(fù)性、不確定性、判定等）。此外，基于上述產(chǎn)生的原始記錄，還需要智能化的生成證書報(bào)告，并和現(xiàn)有計(jì)量管理系統(tǒng)相銜接。

通過質(zhì)量比較儀數(shù)據(jù)采集硬件及軟件模塊和砝碼電子原始記錄及證書模塊實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、電子原始記錄的自動(dòng)錄入、檢測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算以及生成預(yù)訂格式證書報(bào)告，最終實(shí)現(xiàn)砝碼檢定校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的智能化采集以及無紙化辦公管理。

2 具體研究、試驗(yàn)方法和技術(shù)路徑

2.1 數(shù)據(jù)的智能化采集

將砝碼檢定裝置的數(shù)據(jù)自動(dòng)的傳輸?shù)街付ǖ脑加涗浿?，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用做準(zhǔn)備。采集層包括軟硬件協(xié)同的兩部分：硬件模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和檢定裝置的數(shù)據(jù)連接，軟件部分根據(jù)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的解析。采用數(shù)據(jù)接口傳輸方式，從質(zhì)量比較儀的輸出接口讀出數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆加涗浤０逯校娮釉加涗涍M(jìn)行數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算。

2.2 數(shù)據(jù)的無紙化處理

主要是對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理，這些數(shù)據(jù)處理主要依靠電子原始記錄完成。具體內(nèi)容就是根據(jù)檢測(cè)依據(jù)（規(guī)程規(guī)范）的要求，編制出符合檢測(cè)依據(jù)要求和覆蓋要素的數(shù)據(jù)原始記錄模板，原始記錄模板中包含檢測(cè)樣品信息、檢測(cè)信息、環(huán)境、檢測(cè)儀器等要素，又包含檢測(cè)數(shù)據(jù)的運(yùn)算（示值誤差、重復(fù)性、不確定性、判定等）。

3 主要功能

（1）證書類型、格式與檢測(cè)項(xiàng)目的選擇。

檢定、檢定結(jié)果通知書、校準(zhǔn)等證書類型和各種證書格式在模板中選擇即可，檢測(cè)項(xiàng)目也可以進(jìn)行選擇，例如首次檢定、后續(xù)檢定、使用中檢查等檢定類型的項(xiàng)目是不同，選擇檢定類型后模板會(huì)提醒必須要做的項(xiàng)目，當(dāng)檢定員要提交證書時(shí)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)必須做而未做項(xiàng)目時(shí)就會(huì)發(fā)出警告。使原始記錄內(nèi)容更完整更正確，使計(jì)量檢測(cè)工作更有條理。

（2）使用填充顏色增強(qiáng)人機(jī)友好。

為了使單元格性質(zhì)一目了然，需要通過單元格填充顏色加以區(qū)分：白色表示此處需輸入檢測(cè)數(shù)據(jù)，模板裝入信息管理系統(tǒng)后，這些區(qū)域一定會(huì)清空，格式為文本；淺黃色表示此處填參數(shù)，模板可以填默認(rèn)數(shù)據(jù)也可以不填，當(dāng)然可以修改；淡藍(lán)色或淺綠色表示此處為固定表式或公式，這些單元格是要保護(hù)的。模板會(huì)根據(jù)單元格填充顏色使用命令自動(dòng)編輯公式并進(jìn)行保護(hù)，例如計(jì)算平均值、示值誤差、重復(fù)性等，模板還會(huì)使用外部文件進(jìn)行漢英翻譯。

（3）保留修改痕跡和記錄復(fù)現(xiàn)。

以往，電子原始記錄難以實(shí)施的原因之一就是“電子記錄中的數(shù)據(jù)可以不留痕跡地隨意改動(dòng)”，這是計(jì)量管理“難以容忍”的。該系統(tǒng)需要不但要有保留修改痕跡的功能，還需要有記錄復(fù)現(xiàn)功能。當(dāng)檢測(cè)人員在某個(gè)單元格輸入了一個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)并離開時(shí)，這次的數(shù)據(jù)就已經(jīng)確定，當(dāng)再次回到這個(gè)單元格并輸入了不同的數(shù)據(jù)，則認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)修改了，就必須保留修改痕跡。另外需要在修改痕跡頁按數(shù)據(jù)錄入的順序保存一份清單，包括工作表名稱、單元格地址、錄入前單元格數(shù)據(jù)、本次錄入數(shù)據(jù)、錄入日期、錄入人員姓名等，系統(tǒng)可以把整個(gè)在計(jì)量檢測(cè)過程中錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，即按先后順序?qū)z測(cè)數(shù)據(jù)的輸入進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。增強(qiáng)電子原始記錄的可追溯性。

（4）自定義函數(shù)和數(shù)據(jù)處理能力。

為了使電子原始記錄的數(shù)據(jù)修約符合現(xiàn)代計(jì)量的要求，應(yīng)允許一些自定義函數(shù)；首先可以按修約間隔或有效位數(shù)進(jìn)行修約，按修約間隔進(jìn)行修約比保留小數(shù)點(diǎn)位數(shù)更全面，更能正確表達(dá)儀器的測(cè)量結(jié)果，按有效位數(shù)進(jìn)行修約在測(cè)量結(jié)果不確定的評(píng)定中，起了很大的作用；其次，同時(shí)可以以“進(jìn)一法”、“去尾法”和“四舍六入，逢五奇進(jìn)偶不進(jìn)”的方式進(jìn)行修約；自定義函數(shù)還可以判斷測(cè)量數(shù)據(jù)的“最小分辨力”，與上述自定義函數(shù)配合使用后，可以使測(cè)量結(jié)果修約后的小數(shù)位數(shù)跟著輸入數(shù)據(jù)小數(shù)位數(shù)的變化而變化，使電子原始記錄的數(shù)據(jù)處理不但更準(zhǔn)確、更合理地計(jì)算，還能更自動(dòng)、更正確地表示出來。

（5）逐點(diǎn)分析不確定度功能。

能夠使用電子原始記錄，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化，每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果不確定度就可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度、被測(cè)量分辨力、實(shí)測(cè)值重復(fù)性和其它相關(guān)信息在瞬間全自動(dòng)生成，還可以把生成的不確定度與實(shí)驗(yàn)室最佳校準(zhǔn)能力進(jìn)行比較，取較大者作為測(cè)量結(jié)果，杜絕出具證書“超范圍”，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)證書在質(zhì)量和效率上的質(zhì)的飛越。

（6）結(jié)論自動(dòng)判定和數(shù)據(jù)偏離提醒。

為了提高效率，需要利用Excel 函數(shù)編寫公式并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)來自動(dòng)判定結(jié)論。檢定結(jié)論判定以國(guó)家量值傳遞系統(tǒng)表為準(zhǔn)則，按檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范的要求，校準(zhǔn)的結(jié)論性判斷附加JJF1033 的判斷原則。假如結(jié)論自動(dòng)判定為不合格（Fail），則說明數(shù)據(jù)偏離了，應(yīng)該提醒檢測(cè)人員作進(jìn)一步檢查確認(rèn)，若是檢定證書不予提交，這樣可以避免一些“粗心大意”產(chǎn)生的錯(cuò)誤。

（7）生成證書報(bào)告。

根據(jù)上述電子原始記錄，自動(dòng)生成和現(xiàn)有計(jì)量管理相兼容的證書報(bào)告，以做后續(xù)導(dǎo)入。

4 結(jié)束語

該砝碼智能檢定校準(zhǔn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集及傳輸，可以大大提高檢測(cè)校準(zhǔn)過程中數(shù)據(jù)記錄的效率，并減少人為誤差。同時(shí)，這種砝碼智能檢定校準(zhǔn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)原始記錄數(shù)據(jù)的全自動(dòng)計(jì)算，包括誤差分析、不確定度評(píng)定、合格判定、重復(fù)性計(jì)算等等，可以很大程度上把檢測(cè)人員從復(fù)雜繁瑣的重復(fù)計(jì)算勞動(dòng)中解放出來；此外，這種砝碼智能檢定校準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從原始記錄到證書報(bào)告的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和生成，并可以和現(xiàn)有計(jì)量管理系統(tǒng)相銜接。

本研究通過對(duì)傳統(tǒng)砝碼檢定系統(tǒng)的智能化改造，采用軟硬件協(xié)同的方式，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、電子原始記錄自動(dòng)錄入及計(jì)算以及證書報(bào)告自動(dòng)生成等功能。一方面，顯著提高了該項(xiàng)目的智能化水平，改善工作效率和質(zhì)量；另一方面，也是以此項(xiàng)目為切入點(diǎn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)流程及數(shù)據(jù)的管控，為智慧實(shí)驗(yàn)室的探索和建設(shè)打下技術(shù)基礎(chǔ)。

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