劉新蘭 / 奇瑞汽車股份有限公司

計量器具軟件的驗證

劉新蘭 / 奇瑞汽車股份有限公司

0 引言

隨著計量測試技術的發(fā)展，計量器具軟件已廣泛運用到十大計量專業(yè)中，已往習慣對儀器、標準、樣品、人員和環(huán)境要素進行控制，以保證測量的有效性，軟件這一看不見的要素對測量結果的影響是否考慮過？

ISO 10012-2003《測量管理體系——測量方法和測量設備的要求》第6.2條規(guī)定：“測量過程和結果計算中所用的軟件應形成文件，并經識別和受控，以確保持續(xù)使用的適宜性。軟件及其任何修改在啟用前應進行測試和（或）確認，并經批準和存檔。測試應在必要的范圍內進行，以確保測量結果有效?！?/p>

CNAS-CL01-2006《檢測和校準實驗能力認可準則》5.4.7 中的a）應對計算機軟件適用性進行適當確認。

可見，軟件對測量有著重要的影響，應予以測試和受控。規(guī)程更新，原軟件設計廠家應根據(jù)新規(guī)程或規(guī)范變化的技術參數(shù)對軟件進行升級更新，盡管軟件廠家會對升級軟件進行必要的出廠測試，但規(guī)程或規(guī)范替換的時間性，廠家升級軟件可靠性測試及安全性等也可能存在其未能完全預知的存在問題，故使用者也應對軟件重新驗證。

本文介紹了奇瑞計量根據(jù)軟件類型和相關標準，結合日常工作經驗，對計量器具軟件驗證內容進行闡述，并對其驗證過程進行規(guī)范性管理，以此拋磚引玉，希望得到計量同行的指正。

1 計量器具軟件驗證缺少可行性技術操作文件

JJF 1182-2007《計量器具軟件測評指南》要求對計量器具軟件測試結果進行評估。并對計量特性有影響和起關鍵作用的軟件標識與保護、計量器具防欺騙性及誤操作性、防干擾性等技術要求進行控制，可作為計量器具形式評價的指導性文件，也可作為計量器具管理部門日常監(jiān)督管理及計量器具生產企業(yè)進行軟件測試的參照文件。

計量技術機構在對自動化測量設備進行校準/檢定時，往往只對硬件部分的計量性能進行測試，主要原因在于JJF 1182-2007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上的，而計量檢定/校準人員一般不具有能力和條件對軟件進行測評和驗證。

企業(yè)計量部門在對計量器具驗證中更視為困難，如計量器具軟件驗收，新項目開展時，一般校準人員或測量人員本身對專業(yè)知識和設備特性的認知存在不足，無法識別軟件的性能。目前計量器具軟件是和硬件一起進行測試，只要校準合格，就認為軟件合格，而軟件和硬件的匹配及可靠性，需要長期驗證才能證明其符合性。國家規(guī)程進行更新時，使用部門需對硬件部分進行能力確認。軟件更新，只能選擇原軟件制造商，而制造商由于新技術規(guī)范下發(fā)到使用的周期一般只有幾個月，需要消化技術規(guī)范，重新編寫軟件程序，往往存在可靠性驗證不足的情況。

2 嵌入式計量器具軟件的驗證

JJF 1182-2007中將計量器具軟件分為：嵌入的計算機系統(tǒng) （用P類型表示）和通用的計算機系統(tǒng)（用U類型表示），并對其特點和驗證方法進行了闡述，本文將不再贅述。

筆者認為JJF 1182-2007對日常工作中計量器具驗證存在如下現(xiàn)象：1）指南用戶可操作性差，較適合軟件設計機構 ；2）指南只是泛指，無法具體到專業(yè)技術（也不可能實現(xiàn)）；3）涉及驗證的內容不具體 ；4）軟件與硬件的連接配合可靠性中缺少驗證內容 。

為確保計量器具軟件得到有效驗證，結合工作經驗，將測量軟件分為兩類：嵌入式軟件和非嵌入式軟件。

嵌入式軟件即嵌入在硬件中的操作系統(tǒng)和開發(fā)工具軟件，它在產業(yè)中的關聯(lián)關系體現(xiàn)為：芯片設計制造→嵌入式系統(tǒng)軟件→嵌入式電子設備開發(fā)、制造。如數(shù)字指示秤中的軟件。軟件由于經過型式批準，因此，具有安全、可靠，使用者只需要用標準器對器具的軟件、硬件一同進行測試，如圖1所示，主要是測試儀器的重復性、準確性和數(shù)據(jù)存儲性。

圖1 嵌入式軟件性能和驗證方法及內容

3 非嵌入式計量器具軟件的驗證

3.1 驗證的必要性

非嵌入式軟件和嵌入式軟件正好相反，其是指可以跨平臺甚至跨系統(tǒng)使用的軟件系統(tǒng)。本文非嵌入式計量器具軟件可以理解為JJF 1182-2007中通用的計算機系統(tǒng)（U類型軟件），此類軟件設計靈活，一般開發(fā)商只要符合相關國家專業(yè)規(guī)程、規(guī)范均推向市場。如全自動指標表檢定儀、熱工全自動檢定系統(tǒng)、壓力自動檢定系統(tǒng)、溫場測試系統(tǒng)等。這類設備品種多，是計量行業(yè)自動化測試的主流。此類設備軟件國家沒有列入計量器具新產品目錄中，因此沒有經過型式批準，是國家量值溯源環(huán)節(jié)中存在的一個漏洞，作為使用者，為確保硬件和測量數(shù)據(jù)的準確性，認為此類軟件的驗證值得重點關注。

但是此類軟件種類多，國家對此類軟件質量未進行有效控制，軟件的可靠性只有在日常工作中可以看到。如本單位采購的某研究所開發(fā)的熱工自動檢定系統(tǒng)軟件，在2010年JJG 229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定規(guī)程更新后，由于時間緊迫，廠家軟件升級后沒有有效驗證，導致與其相關連的熱電偶檢定部分的程序出現(xiàn)問題：

1）在運行中途出現(xiàn)報錯現(xiàn)象，而加熱輸出端子還在工作，軟件沒有設置硬件保護程序，導致檢定爐燒壞。

2）軟件采集數(shù)據(jù)不準確現(xiàn)象：這是一份自動采集后的數(shù)據(jù)，從報告中可以看出，7.2180 mV數(shù)據(jù)不正常。造成此數(shù)據(jù)的原因是軟件硬件不同步，掃描通道還在標準器通道，而軟件指令為被檢偶通道的數(shù)據(jù)，最后造成被測熱電偶不合格，如圖2所示。

3）軟件有死機現(xiàn)象，即軟件界面停滯不前，而調功器還在輸出。

4）軟件沒有防錯功能，即測量人員在選擇硬件輸出時，點擊錯誤，會導致設備損壞。

5）測量軟件與硬件出現(xiàn)不同步，常出現(xiàn)錯誤信息，如用水槽檢測0 ℃，會出現(xiàn)負幾十度現(xiàn)象，如圖3所示。

圖2 軟件采集數(shù)據(jù)不準確現(xiàn)象

圖3 測量軟件采集與傳感器輸出不同步

此軟件使用造成了本單位長爐和斷爐多次燒壞，被測熱電偶也多次過燒損壞，從上述情況可以看出此類軟件驗證的必要性。

3.2 非嵌入式計量器具軟件驗證的內容及方法

此類軟件主要特性如下：

1）軟硬件分離：一般由電腦、采集器、傳感器、軟件組成。

2）靈活性強：國家沒統(tǒng)一標準、依國家標準設計。

3）標準不履蓋：國家規(guī)程/規(guī)范對硬件進行技術規(guī)定，軟件無要求。

4）專業(yè)技術強：非專業(yè)資深人員無法進行驗證。

5）設計靈活：軟件和硬件組成形式可多樣化。

6）軟件驗證難 ：開發(fā)商驗證無標準，規(guī)程更新，用戶無選擇。

此類軟件驗證有國家規(guī)程規(guī)范的按國家規(guī)程規(guī)范進行，如JJF 1098-2003《熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準規(guī)范》規(guī)程中對軟件有要求，在驗收時，嚴格按規(guī)程要求進行。

此類軟件均由開發(fā)商自行開發(fā)，將軟件功能寫清楚，明確軟件故障帶來的損失，包括日后規(guī)程更新需要軟件升級的責任問題。以免日后帶來的推諉現(xiàn)象發(fā)生。

若規(guī)程規(guī)范中無軟件要求的至少要有以下檢查項目：

1）功能性檢查

（1）專用測量軟件應帶有安裝程序,有完整的操作使用、維護說明和必要的備份，可以加密。

（2）專用測量軟件應具備原始測量數(shù)據(jù)安全記錄保存功能;測量數(shù)據(jù)的采集計算與檢定結果處理及檢測報告的出具應符合相關檢定規(guī)程要求，其原始數(shù)據(jù)不能進行人工修改。

2）安全性檢查

在測量過程中由于干擾、斷電、部件故障和誤操作、病毒及軟件沖突等原因引起死機或不能完成本次測量工作時，應保證不因失控而被損壞，并保留故障前已有的測量數(shù)據(jù)。

3）采集的準確性

用已知模擬信號或實物量具作為信號輸入,軟件讀取的數(shù)據(jù)應符合相關規(guī)程規(guī)范的要求。

4）數(shù)據(jù)處理的正確性

數(shù)據(jù)采集的小數(shù)位數(shù)、結果處理是否符合專業(yè)規(guī)程規(guī)范的判定要求。

5）可靠性

記錄日常檢測過程中的軟件異?，F(xiàn)象。

軟件驗證人員應是計量專業(yè)技術人員，應熟悉設備工作原理及軟件操作，驗證方案可以靈活多樣，驗證中應避免對硬件的損壞，優(yōu)先選取無損壞硬件的方案。如熱工自動檢定系統(tǒng)驗證時，可用已知模擬信號取代標準器（信號發(fā)生器），輸入到數(shù)字多用表中，不用升爐溫獲取信號，避免軟件運行不正常，造成檢定爐、水槽、標準器可能帶來的損壞。

軟件的驗證整個過程，包括前期驗證項目討論，中期的驗證方法合理性確認，以及驗證后的問題整改。

4 結語

非嵌入式計量器具軟件驗證應納入法制管理，國家配套出臺可行性技術操作文件，開發(fā)商軟件應備案，規(guī)定驗證采取的方法，驗證人員資質及驗證所需設備的準確度等級，確保軟件應用的充分性，有效性，可靠性。

[1]全國法制計量管理技術委員會.JJF 1182-2007計量器具軟件測評指南[S].北京：中國計量出版社，2007.

[2]馬純良.ISO10012：2003測量管理體系標準理解與實施[M].北京：中國計量出版社，2004.

[3]全國溫度計量技術委員會.JJF1098-2003熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準規(guī)范[S]. 北京：中國計量出版社，2003.

[4]張俊爽，王濤，張書貴，等.計量器具軟件確認淺談[J].計量技術，2015（5）：77-79.