计量器具软件的验证

2018-01-08刘新兰奇瑞汽车股份有限公司

上海计量测试 2017年6期

关键词：嵌入式软件规程器具

刘新兰 / 奇瑞汽车股份有限公司

计量器具软件的验证

刘新兰 / 奇瑞汽车股份有限公司

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专业中，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件应形成文件，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-CL01-2006《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更新，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、计量器具防欺骗性及误操作性、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验证。

企业计量部门在对计量器具验证中更视为困难，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一起进行测试，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一般只有几个月，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：嵌入的计算机系统（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，本文将不再赘述。

笔者认为JJF 1182-2007对日常工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：嵌入式软件和非嵌入式软件。

嵌入式软件即嵌入在硬件中的操作系统和开发工具软件，它在产业中的关联关系体现为：芯片设计制造→嵌入式系统软件→嵌入式电子设备开发、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、硬件一同进行测试，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。

图1 嵌入式软件性能和验证方法及内容

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。本文非嵌入式计量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、规范均推向市场。如全自动指标表检定仪、热工全自动检定系统、压力自动检定系统、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入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工作，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，而调功器还在输出。

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 ℃，会出现负几十度现象，如图3所示。

图2 软件采集数据不准确现象

图3 测量软件采集与传感器输出不同步

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：国家规程/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。以免日后带来的推诿现象发生。

若规程规范中无软件要求的至少要有以下检查项目：

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;测量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，其原始数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信号输入,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，优先选取无损坏硬件的方案。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），输入到数字多用表中，不用升炉温获取信号，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。