張 躍 軍

(河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，河北 石家莊 050227)

0 引言

隨著質(zhì)檢行業(yè)的發(fā)展，質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的信息化建設(shè)已經(jīng)由最初的單機(jī)數(shù)字化，發(fā)展到現(xiàn)在的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，進(jìn)而向萬物互聯(lián)智能化的方向邁進(jìn)。在整個(gè)檢驗(yàn)活動(dòng)中，從人員、設(shè)備、客戶等信息管理，到在線受理、檢驗(yàn)流程、OA辦公、業(yè)務(wù)發(fā)展等流程管理，都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化管理，都有信息系統(tǒng)與之對應(yīng)，并逐步整合歸一到一起，形成了統(tǒng)一的質(zhì)檢業(yè)務(wù)信息化綜合管理平臺(tái)，為質(zhì)檢行業(yè)信息化打下了基礎(chǔ)。在整個(gè)信息化過程中，原始記錄電子化始終是一項(xiàng)短板，由于實(shí)驗(yàn)室絕大多數(shù)設(shè)備并非智能設(shè)備，數(shù)據(jù)采集不能自動(dòng)進(jìn)行，許多甚至是非電子設(shè)備，需要物理方式讀取數(shù)據(jù)，即使是電子檢驗(yàn)設(shè)備，也因?yàn)槠奉惙倍?、接口各異，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)采集始終是一項(xiàng)難點(diǎn)，成為整個(gè)質(zhì)檢行業(yè)信息化的一大障礙，進(jìn)行這方面的研究是非常有必要的。

1 質(zhì)檢機(jī)構(gòu)原始記錄電子化

在質(zhì)量檢驗(yàn)工作中，原始記錄是最早的第一手材料，最能反映檢驗(yàn)過程和檢驗(yàn)結(jié)果，是質(zhì)控體系溯源工作的重要資料，也是編制檢驗(yàn)報(bào)告和證書的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，所以，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、原始記錄的整理、歸檔和保管是質(zhì)檢機(jī)構(gòu)最重要的工作之一。傳統(tǒng)方式下，原始記錄采用手工書寫，人工校核、計(jì)算、整理、歸檔和管理，檢驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)也需要對照紙質(zhì)原始記錄手工輸入生成。在繁忙的檢測工作中，不僅占用大量的人工和時(shí)間，并且容易出錯(cuò)。在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，原始記錄電子化已成為必然趨勢。

電子化是以計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化信息為對象和內(nèi)容，通過計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息使用和傳播的一種技術(shù)。質(zhì)檢機(jī)構(gòu)原始記錄電子化包括原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和利用等諸多環(huán)節(jié)，它以原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為對象，通過計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換，傳輸至電子實(shí)驗(yàn)室記錄系統(tǒng)(ELN，Electronic Laboratory Note)[1]，生成數(shù)字化的原始記錄，經(jīng)校驗(yàn)和計(jì)算后，被LIMS系統(tǒng)利用，生成檢驗(yàn)報(bào)告，其過程和結(jié)果可以被ELN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)、參數(shù)化查詢、可視化統(tǒng)計(jì)、智能化分析。

在滿足必要程序和質(zhì)量控制，保證合規(guī)性的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)感知層各種技術(shù)手段及設(shè)備[2]，全過程、全要素、無縫記錄實(shí)驗(yàn)過程中的各種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、適時(shí)上傳，實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)計(jì)算、原始記錄隨時(shí)隨地查閱，形成數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一、與LIMS系統(tǒng)高度融合的ELN系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的大量利用打下基礎(chǔ)，可以節(jié)約企業(yè)資源、降低企業(yè)成本、縮短生產(chǎn)周期、提高檢驗(yàn)效率、降低人為缺陷的發(fā)生、提高企業(yè)競爭力。

2 實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集

在當(dāng)前“數(shù)字質(zhì)檢”“智慧質(zhì)檢”的大背景下，自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲取最“原始”的數(shù)據(jù)，是原始記錄電子化過程中，消除自動(dòng)化“孤島”，數(shù)據(jù)傳輸“斷鏈”的關(guān)鍵一環(huán)。實(shí)驗(yàn)室原始記錄需要采集“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等諸多方面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源多樣，形式各異，特別是綜合性質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室，檢測設(shè)備種類繁多，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取形式千差萬別，傳統(tǒng)設(shè)備與數(shù)字化設(shè)備并存，人工觀察與自動(dòng)讀取并存，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)采集成為一項(xiàng)個(gè)性化的事情，很難形成一套放之四海而皆準(zhǔn)的方案。所以，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，是一個(gè)理想化的目標(biāo)，在現(xiàn)階段是不現(xiàn)實(shí)的，設(shè)計(jì)符合現(xiàn)階段質(zhì)檢機(jī)構(gòu)實(shí)際，符合檢測技術(shù)發(fā)展實(shí)際，具備可行性與科學(xué)性，既經(jīng)濟(jì)又高效的方案，成為最佳選擇。

3 數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 總體思路與基本原則

實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集應(yīng)當(dāng)遵循科學(xué)實(shí)用、經(jīng)濟(jì)有效的原則，在科學(xué)分類的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)及設(shè)備的實(shí)際情況，靈活選擇物聯(lián)網(wǎng)感知層相關(guān)技術(shù)，采用自動(dòng)或手動(dòng)錄入、選擇、抓取、解析等方式，獲得實(shí)驗(yàn)的全要素、全過程第一手?jǐn)?shù)據(jù)記錄，應(yīng)當(dāng)采用安全的電子簽名技術(shù)，可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，嚴(yán)密的數(shù)據(jù)校核及確認(rèn)程序，保證電子原始記錄的原始性、準(zhǔn)確性與可追溯性，從而符合CNAS-CL01：2018《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》、RB/T 214—2017《檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評(píng)價(jià) 檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)通用要求》、CNAS-CI01：2012《檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)能力認(rèn)可準(zhǔn)則》及其它相關(guān)資質(zhì)認(rèn)定和認(rèn)可文件的要求，形成數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一、與LIMS系統(tǒng)高度融合的ELN數(shù)據(jù)采集體系。

(1)遵循科學(xué)實(shí)用的原則。在做電子原始記錄數(shù)據(jù)采集之前，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真思考工作目的和價(jià)值。原始記錄電子化可以帶來諸多優(yōu)勢，自動(dòng)采集可以節(jié)省人工，提高效率，但是絕不能為了自動(dòng)采集而自動(dòng)采集，而是應(yīng)該根據(jù)本單位和設(shè)備實(shí)際，根據(jù)數(shù)據(jù)的利用程度來科學(xué)選擇數(shù)據(jù)采集的方式。

(2)遵循經(jīng)濟(jì)有效的原則。對于實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)采集，單純從技術(shù)層面，廣泛加裝傳感器，就可以采集數(shù)據(jù)，但是要考慮投資回報(bào)。質(zhì)檢機(jī)構(gòu)在信息化進(jìn)程中，實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)采集不能只考慮技術(shù)的先進(jìn)性，最重要的是必須考慮機(jī)構(gòu)的實(shí)際需求，結(jié)合要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，充分利用現(xiàn)有條件，選擇投入少、見效快，最經(jīng)濟(jì)、最有效的方式進(jìn)行。

3.2 實(shí)驗(yàn)室電子原始記錄數(shù)據(jù)分類

原始記錄的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括與檢測有關(guān)的全部數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，可以完整、清晰地記錄和描述檢測全過程的試驗(yàn)條件、數(shù)據(jù)和現(xiàn)象[3]。其基本內(nèi)容包括：唯一性識(shí)別標(biāo)記和受控編號(hào)、頁碼編號(hào)、檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)依據(jù)、環(huán)境條件、樣品數(shù)量、檢驗(yàn)用儀器設(shè)備、樣品編號(hào)、樣品狀況描述、試樣處理過程描述、檢測結(jié)果的觀測值、計(jì)算公式與計(jì)算結(jié)果、最終取值、檢驗(yàn)地點(diǎn)、檢驗(yàn)員簽字、校核員簽字、日期、其他需要說明的情況等等，涵蓋人、機(jī)、料、法、環(huán)等多方面的內(nèi)容。

電子原始記錄與紙質(zhì)原始記錄一樣，如圖1所示，其內(nèi)容按照數(shù)據(jù)來源可以分為基本數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、樣品數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)。基本數(shù)據(jù)就是可以從LIMS、ELN等信息系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，包括唯一性識(shí)別編號(hào)和受控編號(hào)、頁碼編號(hào)、檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)依據(jù)、判定依據(jù)、計(jì)算公式、日期等內(nèi)容；人員數(shù)據(jù)就是與人員有關(guān)的數(shù)據(jù)，包括檢驗(yàn)員簽字、校核員簽字等內(nèi)容；設(shè)備數(shù)據(jù)就是與檢驗(yàn)設(shè)備有關(guān)的數(shù)據(jù)，包括檢驗(yàn)設(shè)備的名稱、規(guī)格型號(hào)、技術(shù)參數(shù)、編號(hào)、所在地點(diǎn)等；樣品數(shù)據(jù)就是與樣品相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括樣品數(shù)量、樣品編號(hào)、樣品狀況描述、實(shí)樣處理過程描述等內(nèi)容。環(huán)境數(shù)據(jù)就是與實(shí)驗(yàn)環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括環(huán)境的溫度、濕度、氣壓等內(nèi)容；檢測數(shù)據(jù)就是檢測過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，主要是檢測結(jié)果的觀測值。結(jié)果與最終取值可以由ELN系統(tǒng)的電子原始記錄模板自動(dòng)計(jì)算或處理得到。

圖1 原始記錄的數(shù)據(jù)分類

電子原始記錄的基本數(shù)據(jù)可以從信息系統(tǒng)自動(dòng)獲取，人員、設(shè)備、樣品、環(huán)境、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集是我們研究的重點(diǎn)，可以利用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)分別進(jìn)行采集。

3.3 人員、設(shè)備、樣品數(shù)據(jù)的采集

質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的人員、設(shè)備、樣品在LIMS系統(tǒng)中都實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化管理，利用條形碼、二維碼和RFID技術(shù)，可以將其ID或者關(guān)鍵參數(shù)“集成”在圖形碼或卡片當(dāng)中。在檢測過程中，選擇最經(jīng)濟(jì)有效的采集方法，利用射頻識(shí)別、激光掃描等信息傳感設(shè)備，將有關(guān)數(shù)據(jù)從其中或數(shù)據(jù)庫中讀取出來，按照預(yù)先約定的規(guī)則，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)信息交換與通訊，寫入電子原始記錄數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對人員、設(shè)備、樣品信息的快速采集與智能化處理。在條形碼、二維碼和RFID技術(shù)這三種數(shù)據(jù)采集方法中，條形碼最簡單，投入最少，但是可以集成的信息量很少，RFID技術(shù)可以在卡片中重復(fù)讀寫，集成的信息量最大，但是成本最高，二維碼方式以較大的信息量，較低的成本成為目前的優(yōu)選方案。

3.4 環(huán)境數(shù)據(jù)的采集

質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的檢測活動(dòng)大多發(fā)生在固定的場所，環(huán)境數(shù)據(jù)參數(shù)相對較少，僅有溫度、濕度、氣壓等少數(shù)幾項(xiàng)，而且溫度、濕度傳感器技術(shù)、設(shè)備及應(yīng)用較為成熟[6]，這些都為有效利用傳感器技術(shù)打下了基礎(chǔ)。在各實(shí)驗(yàn)室部署溫濕度等傳感器，建設(shè)統(tǒng)一的環(huán)境感知系統(tǒng)，進(jìn)而通過網(wǎng)絡(luò)交換與通訊，將環(huán)境數(shù)據(jù)集成到ELN系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間、場所與具體的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)關(guān)聯(lián)起來，形成完整的環(huán)境條件數(shù)據(jù)。

3.5 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集

在綜合性質(zhì)檢機(jī)構(gòu)，由于檢驗(yàn)設(shè)備的復(fù)雜性、數(shù)據(jù)獲取形式的多樣性，檢驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)采集是一項(xiàng)非常個(gè)性化的工作，不可能存在一種普適的方案，或者一種方式滿足所有設(shè)備的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取。要解決這個(gè)問題，需要從設(shè)備分類著手，根據(jù)設(shè)備與檢驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取形式的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)符合設(shè)備實(shí)際的數(shù)據(jù)采集方案。

3.5.1 檢驗(yàn)設(shè)備的分類

按照數(shù)據(jù)獲取形式的不同，可以把實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)設(shè)備分為兩大類。如圖2所示，一是傳統(tǒng)的非數(shù)字化設(shè)備，通常依靠純物理觀察才能獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)結(jié)果；二是較為先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)備，通常能夠形成數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且會(huì)以文件或者圖片的形式存儲(chǔ)或者打印出來。對于數(shù)字化的檢驗(yàn)設(shè)備，根據(jù)其有沒有上位機(jī)系統(tǒng)，又可以分為兩類，即有上位機(jī)的設(shè)備和沒有上位機(jī)的設(shè)備。對于由于各種原因無法讀取、解析或者傳輸實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)字化設(shè)備，通常把它歸入第一類設(shè)備，采用第一類設(shè)備的數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行采集。

圖2 檢驗(yàn)設(shè)備分類

3.5.2 非數(shù)字化設(shè)備檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集

對于傳統(tǒng)的非數(shù)字化的檢驗(yàn)設(shè)備，或者一些無法獲得、解析或者傳輸實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)字化檢驗(yàn)設(shè)備，如果強(qiáng)行加裝板卡或者傳感器，不僅難度大成本高，而且會(huì)改變檢驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)定性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，應(yīng)該選擇其他更加經(jīng)濟(jì)簡潔的方式進(jìn)行采集。通常利用平板、手機(jī)等移動(dòng)手持終端，利用OCR文字識(shí)別、拍照掃描[4]與語音輸入技術(shù)，對實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及打印結(jié)果進(jìn)行拍照、掃描或者識(shí)別，并人工輔助錄入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，完成檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，最后通過WIFI或者5G通信技術(shù)，將數(shù)據(jù)交由ELN系統(tǒng)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)采目標(biāo)。

3.5.3 有上位機(jī)的數(shù)字化設(shè)備的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

上位機(jī)是工業(yè)制造領(lǐng)域的概念，在檢驗(yàn)設(shè)備當(dāng)中同樣適用。這里的上位機(jī)是設(shè)備自帶的系統(tǒng)，可以對檢驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，為用戶提供人機(jī)交互界面，對設(shè)備的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，向用戶展示并反饋檢驗(yàn)結(jié)果。其自帶的系統(tǒng)往往已經(jīng)對設(shè)備的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效采集，只需要從其上位機(jī)系統(tǒng)中獲取檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。只要能夠獲取設(shè)備上位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限，或者獲取其Webservice數(shù)據(jù)訪問端口，就可以輕松獲取數(shù)據(jù)，再利用上位機(jī)本身的網(wǎng)絡(luò)通信接口，可以實(shí)現(xiàn)與ELN系統(tǒng)的無縫對接。

3.5.4 沒有上位機(jī)的數(shù)字化設(shè)備的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

沒有上位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字化檢驗(yàn)設(shè)備，通常會(huì)帶有通信接口，這些接口或者是基于TCP/IP協(xié)議的RJ45接口，或者是基于其他協(xié)議的RS485/RS232/RS422等串、并行接口[5]。我們可以利用這些通信協(xié)議與接口，設(shè)計(jì)或開發(fā)具有廣泛兼容性的物聯(lián)網(wǎng)中間件，對上形成統(tǒng)一的RJ45以太網(wǎng)絡(luò)通信接口，利用成熟規(guī)范的TCP/IP協(xié)議，或802.11系列無線協(xié)議連接局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，或者利用物聯(lián)網(wǎng)卡連接4G或5G網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而接入ELN系統(tǒng)，對下可連接RJ45接口異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)，可連接RS485/RS232/RS422等串行接口與并行接口，采集設(shè)備檢測數(shù)據(jù)，能夠提供自動(dòng)化的協(xié)議解析與轉(zhuǎn)換，能夠提供可靠的信息交互和通信，形成一個(gè)全連接、全協(xié)議，支持有線無線連接，支持多種數(shù)據(jù)解析方法的，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)輸入輸出架構(gòu)，構(gòu)建起連接異構(gòu)軟硬件、異構(gòu)接口、異構(gòu)協(xié)議、異構(gòu)數(shù)據(jù)的有效橋梁。借鑒或利用工業(yè)制造領(lǐng)域的成熟產(chǎn)品或是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的選擇。

4 需要注意的幾個(gè)問題

在電子原始記錄數(shù)據(jù)采集過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮質(zhì)量檢驗(yàn)活動(dòng)的特殊性，特別要注意以下問題。一是數(shù)據(jù)訪問、修改和處理應(yīng)經(jīng)過相應(yīng)授權(quán)，在相應(yīng)的工作領(lǐng)域和權(quán)限范圍內(nèi)工作，所有操作及更改必須全程留痕，確保全程可追溯[3]，經(jīng)過權(quán)威確認(rèn)的電子簽名或?yàn)橐环N較好的形式；二是設(shè)備加裝傳感器等設(shè)備后測得數(shù)據(jù)必須經(jīng)過校準(zhǔn)與可靠性測試，不能影響設(shè)備原有性能，自動(dòng)采集上來的數(shù)據(jù)要與原設(shè)備實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定期或周期性比對，必要時(shí)，采用實(shí)驗(yàn)室間比對等質(zhì)量控制方式來保證電子數(shù)據(jù)的可靠性；三是數(shù)據(jù)采集、傳輸、記錄等功能在投入使用前，或者發(fā)生改動(dòng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行功能確認(rèn)或者驗(yàn)證，以確保電子設(shè)備及軟件系統(tǒng)的質(zhì)量可控性。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)質(zhì)檢機(jī)構(gòu)實(shí)際，設(shè)計(jì)了一套完整的原始記錄電子化數(shù)據(jù)采集方案，對質(zhì)檢機(jī)構(gòu)，可以更好的保持原始記錄的原始性，避免人為錯(cuò)誤的發(fā)生，降低生產(chǎn)成本，提高檢驗(yàn)效率。方案科學(xué)選擇物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，補(bǔ)齊了質(zhì)檢機(jī)構(gòu)信息化進(jìn)程中的最后一塊短板，能夠?yàn)镋LN系統(tǒng)提供快捷持續(xù)的原始數(shù)據(jù)，縮小質(zhì)量檢驗(yàn)大數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)粒度，提高對檢驗(yàn)設(shè)備、環(huán)境、人員、流程的監(jiān)管能力，豐富并完善質(zhì)檢綜合信息系統(tǒng)的功能。