張俊爽 王 濤 張書貴 趙慶良

(河北太行計(jì)量檢測有限公司，石家莊 050000)

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計(jì)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(jì)量檢測有限公司，石家莊 050000)

在計(jì)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(jì)量器具軟件進(jìn)行控制的重要性，以確保計(jì)量器具的計(jì)量特性符合法制計(jì)量要求，并針對實(shí)際情況提出幾種可行的軟件確認(rèn)方法以方便使用。

計(jì)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(jì)量、檢測、生產(chǎn)各個領(lǐng)域，尤其在計(jì)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(jì)量器具軟件的校準(zhǔn)。本文參照J(rèn)JF 1182—2007《計(jì)量器具軟件測評指南》并結(jié)合計(jì)量器具軟件使用現(xiàn)狀，分析了目前計(jì)量器具軟件測評的難點(diǎn)，并根據(jù)常見的幾類計(jì)量器具軟件測量方法，提出了幾種計(jì)量器具軟件確認(rèn)方法。

1 計(jì)量器具軟件評價(jià)的重要性、現(xiàn)狀及存在問題

隨著計(jì)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(jì)量院建立的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，下至市場上使用的計(jì)價(jià)秤。在計(jì)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(jì)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(jì)智能檢定系統(tǒng)、材料試驗(yàn)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(jì)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(jià)公正計(jì)量等屬于國家法制管理的計(jì)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(jì)量器具軟件進(jìn)行控制，以確保計(jì)量器具的計(jì)量特性符合法制計(jì)量要求。

JJF 1182—2007《計(jì)量器具軟件測評指南》由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2007年8月21日批準(zhǔn)發(fā)布，2007年11月21日實(shí)施。該指南編制后，使對計(jì)量器具軟件的測試結(jié)果具有了可評估性。并對計(jì)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(jì)量參數(shù)的存儲或傳遞的保護(hù)、計(jì)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(jì)量器具型式評價(jià)的指導(dǎo)性文件，也可作為計(jì)量管理部門日常監(jiān)督管理及計(jì)量器具生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行軟件測試的參照文件。

因此，計(jì)量器具軟件在設(shè)計(jì)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(yàn)證。在日常工作中，我們發(fā)現(xiàn)確實(shí)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(jì)量器具測量軟件，在計(jì)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(jì)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(shí)，往往僅對硬件部分的計(jì)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(jì)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(yàn)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(shí)，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(shí)，數(shù)據(jù)處理是否準(zhǔn)確則需要使用者進(jìn)行驗(yàn)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(yàn)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(dú)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(jì)量器具軟件常用確認(rèn)方法

一般來說，對計(jì)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(yàn)證

一般應(yīng)由軟件設(shè)計(jì)者實(shí)施，也可由設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(dú)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(jì)量器具

必須對兩部分同時(shí)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(yàn)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(yàn)證。

2.4 對于連接計(jì)算機(jī)的測量系統(tǒng)

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

2.4.1 驗(yàn)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(shí)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(jì)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(jì)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(yàn)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(jì)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(jì)量器具型式評價(jià)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(jì)量器具的使用單位大多不具備此技術(shù)條件。因此，計(jì)量器具的使用單位可從以下3個方面進(jìn)行確認(rèn)(驗(yàn)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(yàn)證：可用手動方法或采用其它測量設(shè)備與被驗(yàn)證測量系統(tǒng)同時(shí)檢定或校準(zhǔn)同一被校件，即使用最原始的方式計(jì)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(diǎn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(shí)使用的方法多是通過旁證進(jìn)行驗(yàn)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(shí)間，建議國家各專業(yè)計(jì)量委員會，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)階段國內(nèi)、國際計(jì)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(jià)大綱，并在型式評價(jià)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(xiàng)目，并將功能性和防作弊檢查作為重點(diǎn)，才能有效解決計(jì)量器具軟件不受法制監(jiān)管的現(xiàn)狀。

[1]JJF1182—2007計(jì)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(jì)量測試技術(shù)的新領(lǐng)域.計(jì)量技術(shù)，2003(5)

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

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.05.24