劉新蘭 / 奇瑞汽車股份有限公司

計量器具軟件的驗證

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0 引言

隨著計量測試技術(shù)的發(fā)展，計量器具軟件已廣泛運(yùn)用到十大計量專業(yè)中，已往習(xí)慣對儀器、標(biāo)準(zhǔn)、樣品、人員和環(huán)境要素進(jìn)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(jié)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(shè)備的要求》第6.2條規(guī)定：“測量過程和結(jié)果計算中所用的軟件應(yīng)形成文件，并經(jīng)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(yīng)進(jìn)行測試和（或）確認(rèn)，并經(jīng)批準(zhǔn)和存檔。測試應(yīng)在必要的范圍內(nèi)進(jìn)行，以確保測量結(jié)果有效?！?/p>

CNAS-CL01-2006《檢測和校準(zhǔn)實驗?zāi)芰φJ(rèn)可準(zhǔn)則》5.4.7 中的a）應(yīng)對計算機(jī)軟件適用性進(jìn)行適當(dāng)確認(rèn)。

可見，軟件對測量有著重要的影響，應(yīng)予以測試和受控。規(guī)程更新，原軟件設(shè)計廠家應(yīng)根據(jù)新規(guī)程或規(guī)范變化的技術(shù)參數(shù)對軟件進(jìn)行升級更新，盡管軟件廠家會對升級軟件進(jìn)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(yù)知的存在問題，故使用者也應(yīng)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合日常工作經(jīng)驗，對計量器具軟件驗證內(nèi)容進(jìn)行闡述，并對其驗證過程進(jìn)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(shù)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(jié)果進(jìn)行評估。并對計量特性有影響和起關(guān)鍵作用的軟件標(biāo)識與保護(hù)、計量器具防欺騙性及誤操作性、防干擾性等技術(shù)要求進(jìn)行控制，可作為計量器具形式評價的指導(dǎo)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(chǎn)企業(yè)進(jìn)行軟件測試的參照文件。

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，往往只對硬件部分的計量性能進(jìn)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(chǔ)上的，而計量檢定/校準(zhǔn)人員一般不具有能力和條件對軟件進(jìn)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(zhǔn)人員或測量人員本身對專業(yè)知識和設(shè)備特性的認(rèn)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(jìn)行測試，只要校準(zhǔn)合格，就認(rèn)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(jìn)行更新時，使用部門需對硬件部分進(jìn)行能力確認(rèn)。軟件更新，只能選擇原軟件制造商，而制造商由于新技術(shù)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(shù)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(jī)系統(tǒng) （用P類型表示）和通用的計算機(jī)系統(tǒng)（用U類型表示），并對其特點和驗證方法進(jìn)行了闡述，本文將不再贅述。

筆者認(rèn)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(shè)計機(jī)構(gòu) ；2）指南只是泛指，無法具體到專業(yè)技術(shù)（也不可能實現(xiàn)）；3）涉及驗證的內(nèi)容不具體 ；4）軟件與硬件的連接配合可靠性中缺少驗證內(nèi)容 。

為確保計量器具軟件得到有效驗證，結(jié)合工作經(jīng)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(chǎn)業(yè)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系體現(xiàn)為：芯片設(shè)計制造→嵌入式系統(tǒng)軟件→嵌入式電子設(shè)備開發(fā)、制造。如數(shù)字指示秤中的軟件。軟件由于經(jīng)過型式批準(zhǔn)，因此，具有安全、可靠，使用者只需要用標(biāo)準(zhǔn)器對器具的軟件、硬件一同進(jìn)行測試，如圖1所示，主要是測試儀器的重復(fù)性、準(zhǔn)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(nèi)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(jī)系統(tǒng)（U類型軟件），此類軟件設(shè)計靈活，一般開發(fā)商只要符合相關(guān)國家專業(yè)規(guī)程、規(guī)范均推向市場。如全自動指標(biāo)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(shè)備品種多，是計量行業(yè)自動化測試的主流。此類設(shè)備軟件國家沒有列入計量器具新產(chǎn)品目錄中，因此沒有經(jīng)過型式批準(zhǔn)，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(zhǔn)確性，認(rèn)為此類軟件的驗證值得重點關(guān)注。

但是此類軟件種類多，國家對此類軟件質(zhì)量未進(jìn)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(dǎo)致與其相關(guān)連的熱電偶檢定部分的程序出現(xiàn)問題：

1）在運(yùn)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(shè)置硬件保護(hù)程序，導(dǎo)致檢定爐燒壞。

2）軟件采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)現(xiàn)象，即軟件界面停滯不前，而調(diào)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(dǎo)致設(shè)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(fù)幾十度現(xiàn)象，如圖3所示。

圖2 軟件采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)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(nèi)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(qiáng)：國家沒統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、依國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

3）標(biāo)準(zhǔn)不履蓋：國家規(guī)程/規(guī)范對硬件進(jìn)行技術(shù)規(guī)定，軟件無要求。

4）專業(yè)技術(shù)強(qiáng)：非專業(yè)資深人員無法進(jìn)行驗證。

5）設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)行，如JJF 1098-2003《熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)程中對軟件有要求，在驗收時，嚴(yán)格按規(guī)程要求進(jìn)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(zé)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(yīng)帶有安裝程序,有完整的操作使用、維護(hù)說明和必要的備份，可以加密。

（2）專用測量軟件應(yīng)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(jié)果處理及檢測報告的出具應(yīng)符合相關(guān)檢定規(guī)程要求，其原始數(shù)據(jù)不能進(jìn)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(jī)或不能完成本次測量工作時，應(yīng)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(zhǔn)確性

用已知模擬信號或?qū)嵨锪烤咦鳛樾盘栞斎?軟件讀取的數(shù)據(jù)應(yīng)符合相關(guān)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(jié)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常現(xiàn)象。

軟件驗證人員應(yīng)是計量專業(yè)技術(shù)人員，應(yīng)熟悉設(shè)備工作原理及軟件操作，驗證方案可以靈活多樣，驗證中應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行不正常，造成檢定爐、水槽、標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)，以及驗證后的問題整改。

4 結(jié)語

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

[1]全國法制計量管理技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)委員會.JJF1098-2003熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)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(rèn)淺談[J].計量技術(shù)，2015（5）：77-79.