0.引言
随着计量测试技术的发展,计量器具软件已广 泛运用到十大计量令业中,已往习惯对仪器、标准、 样品、人员和环境要素进行控制,以保证测量的有 效性,软件这一看不见的要素对测量结果的影响是 否考虑过?
ISO 10012-2003《测量:管理体系——测量方法 和测量设备的要求》第6.2条规定:“测量过程和结 果计算中所用的软彳牛应形成文件,并经识别和受控, 以确保持续使用的适宜性。软件及其任何修改在启 用前应进行测试和(或)确认,并经批准和存档^ 测试应在必要的范围内进行,以确保测量结果有效。”
CNAS^CLOl-2006《检测和校准实验能力认可准 则》5.4.7中的a)应对计算机软件适用性进行适当 确认。
可见,软件对测量有着重要的影响,应予以测 试和受控。规程更新,原软件设计厂家应根据新规 程或规范变化的技术参数对软件进行升级吏新,尽 管软件厂家会对升级软件进行必要的出厂测试,但 规程或规范替换的时间性,厂家升级软件可靠性测 试及安全性等也可能存在其未能完全预知的存在问 题,故使用者也应对软件重新验证。
本文介绍了奇瑞计量根据软件类型和相关标准, 结合日常工作经验,对计量器具软件验证内容进行 阐述,并对其验证过程进行规范性管理,以此抛砖 引玉,希望得到计量同行的指正。
1.计量器具软件验证缺少可行性技术操作文件
JJF 1182-2007《计量器具软件测评指南》要求 对计量器具软件测试结果进行评估。并对计量特性 有影响和起关键作用的软件标识与保护、计量器具 P方欺骗性及误操作性、防干扰性等技术要求进行控 制,可作为计量器具形式评价的指导性文件,也可 作为计量器具管理部门日常监督管理及计量器具生产企业进行软件测试的参照文件。
计量技术机构在对自动化测量设备进行校准 /检定时,往往只对硬件部分的计量性能进行测试, 主要原因在于JJF 1182-2007中规定的检查方法和测 试手段是建立在源代码测试基础上的,而计量检定 /校准人员一般不具有能力和条件对软件进行测评和企业计量部门在对计量器雛证中更视为困难, 如计量器具软件验收,新项目开展时,一般校准人 员或测量人员本身对专业知识和设备特性的认知存 在不足,无法识别软件的性能。目前计量器具软件 是和硬件—起进行测试,只要校准合格,就认为软 件合格,而软件和硬件的匹配及可靠性,需要长期 验证才能证明其符合性。国家规程进行更新时,使 用部门需对硬件部分进行能力确认。软件更新,只 能选择原软件制造商,而制造商由于新技术规范下 发到使用的周期_般只有几个月,需要消化技术规 范,重新编写软件程序,往往存在可靠性验证不足 的情况。
2.嵌入式计量器具软件的验证
JJF 1182-2007中将计量器具软件分为嵌人的 计算机系统(用P类型表示)和通用的计算机系统 (用U类型表示),并对其特点和验证方法进行了阐 述,本文将不再赞述。
笔者认为JJF 1182-2007对日常:£作中计量器具 验证存在如下现象:1)指南用户可操作性差,较适 合软件设计机构;2)指南只是泛指,无法具体到 专业技术(也不可能实现);3 )涉及验证的内容不 具体;4 )软件与硬件的连接配合可靠性中缺少验 证内容。
为确保计量器具软件得到有效验证,结合工作 经验,将测量软件分为两类:嵌入式软件和非嵌人 式软件.
嵌入式软件即嵌人在硬件中的操作系统和幵发
工具软件,它在产业中的关联关系体现为:芯片设 计制造—嵌人式系统软件—嵌人式电子设备开发、 制造。如数字指示秤中的软件《软件由于经过型式 批准,因此,具有安全、可靠,使用者只需要用标 准器对器具的软件、5更件一同进行测试,如图1所示, 主要是测试仪器的重复性、准确性和数据存储性.
3.非嵌入式计量器具软件的验证
3.1验证的必要性
非嵌入式软件和嵌入式软件正好相反,其是指 可以跨平台甚至跨系统使用的软件系统。本文非嵌 人式计暈器具软件:可以理解为JJF 1182-2007中通用 的计算机系统(U类型软件),此类软件设计灵活,一般开发商只要符合相关国家专业规程、规菹均推 向市场。如全自动指标表检定仪、热工全自动检定 系统、压力S动检定系统、温场测试系统等。这类 设备品种多,是计量行业自动化测试的主流。此类 设备软件国家没有列人计量器具新产品目录中,因 此没有经过型式批准,是国家量值溯源环节中存在 的一个漏洞,作为使用者,.为确保硬件和测量数据 的准确性,认为此类软件的验证值得重点关注,
但是此类软件种类多,国家对此类软件质量未 进行有效控制,软件的可靠性只有在日常工作中可 以看到。如本单位采购的某研究所开发的热工自动 检定系统软件,在2010年JJG 229-2010《工业铂、 铜热电阻》检定规程更新后,由于时间紧迫,厂家 软件升级后没有有效验证,导致与其相关连的热电 偶检定部分的程序出现问题:
1)在运行中途出现报错现象,而加热输出端子 还在2:作,软件没有设置硬件保护程序,导致检定 炉烧坏。
2)软件采集数据不准确现象:这是一份自动采 集后的数据,从报告中可以看出,7.2180 mV数据不 正常。造成此数据的原因是软件硬件不同步,扫描通道还在标准器通道,而软件指令为被检偶通道的 数据,最后造成被测热电偶不合格,如图2所示。
3)软件有死机现象,即软件界面停滞不前,而 调功器还在输进。
4)软件没有防错功能’即测量人员在选择硬件 输出时,点击错误,会导致设备损坏。
5)测量软件与硬件出现不同步,常出现错误信 息,如用水槽检测0尤,会出现负几十度现象,如 图3所示。
此软件使用造成了本单位长炉和断炉多次烧坏, 被测热电偶也多次过烧损坏,从上述情况可以看出 此类软件验证的必要性。
3.2非嵌入式计量器具软件验证的内容及方法
此类软件主要特性如下:
1)软硬件分离:一般由电脑、采集器、传感器、 软件组成。
2)灵活性强:国家没统一标准、依国家标准 设计。
3 )标准不履盖:B家规程/规范对硬件进行技 术规定,软件无要求。
4)专业技术强:非专业资深人员无法进行验证。
5)设计灵活:软件和硬件组成形式可多样化。
6)软件验证难:开发商验证无标准,规程更新, 用户无选择。
此类软件验证有国家规程规范的按国家规程规 范进行,如JJF 1098-2003《热电偶、热电阻自动测 量系统校准规范》规程中对软件有要求,在验收时严格按规程要求进行。
此类软件均由开发商自行开发,将软件功能写 清楚,明确软件故障带来的损失,包括日后规程更 新需要软件升级的责任问题。以免日后带来的推倭 现象发生,
若规程规范中无软件要求的至少要有以下检査 项目:
1)功能性检查
(1)专用测量软件应带有安装程序,有完整的 操作使用、维护说明和必要的备份,可以加密。
(2)专用测量软件.应具备原始测量数据安全记 录保存功能:测暈数据的采集计算与检定结果处理 及检测报告的出具应符合相关检定规程要求,其原 始敷据不能进行人工修改。
2)安全性检查
在测量过程中由于干扰、断电、部件故障和误 操作、病毒及软件冲突等原因引起死机或不能完成 本次测量工作时,应保证不因失控而被损坏,并保 留故障前已有的测量数据。
3)采集的准确性
用已知模拟信号或实物量具作为狺号输入,软 件读取的数据应符合相关规程规范的要求。
4)数据处理的正确性
数据采集的小数位数、结果处理是否符合专业 规程规范的判定要求。
5 )可靠性
记录日常检测过程中的软件异常现象。
软件验证人员应是计量专业技术人员,应熟悉 设备工作原理及软件操作,验证方案可以灵活多样, 验证中应避免对硬件的损坏,优先选取天损坏硬件 的方案。如热工自动检定系统验证时,可用已知模 拟信号取代标准器(信号发生器),输人到数字多用 表中,不用升炉温获取療号,避免软件运行不正常, 造成检定炉、水槽、标准器可能带来的损坏。
软件的验证整个过程,包括前期验证项目讨论, 中期的验证方法合理性确认,以及验证后的问题整改。
4.结语
非嵌入式计量器具软件验证应纳入法制管理, 国家配套出台可行性技术操作文件,开发商软件应 备案,规定验证采取的方法,验怔人员资质及验怔 所需设备的准确度等级,确保软件应用的充分性, 有效性,可靠性。