《测量管理系统测量方法和测量设备的要求》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。”
《检测和校准实验能力认可准则》中：“ 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问题, 故使用者也应对软件重新验证。
缺少可行性技术操作文件
JJF1182-2007《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, 可作为计量器具型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, 很大原因在于JJF1182-2007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时更为困难, 如计量器具软件验收、新项目开展时, 一般校准或测量人员对专业知识和设备特性的认知不足, 无法识别软件的性能。目前, 计量器具软件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, 而制造商由于新规程下发到使用的周期一般只有几个月, 需要消化规程, 重新编写软件程序, 往往存在可靠性验证不足的情况。
嵌入式计量器具软件的验证
JJF1182-2007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) , 并据其特点对验证方法进行了阐述, 本文将不再赘述。
JJF1182-2007对日常工作中计量器具验证存在如下现象: (1) 指南的用户可操作性差, 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 (见图1) , 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, 因此安全可靠, 使用者只需用标准器对器具的软件、硬件一同测试, 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
非嵌入式计量器具软件的验证
1. 验证的必要性
非嵌入式软件和嵌入式软件正好相反, 是指可以跨平台甚至跨系统使用的软件系统。本文对非嵌入式计量器具软件可以理解为JJF1182-2007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, 如全自动指示表检定仪、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, 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, 认为对此类软件的验证值得重点关注。此类软件种类多, 国家对其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, 如我公司采购的某研究所开发的热工自动检定系统软件, 在2010年JJG229更换后, 厂家软件升级, 由于时间紧迫, 厂家软件没有进行有效验证, 出现了如下问题: (1) 在运行中途出现报错, 而加热输出端子还在工作, 软件没有设置硬件保护程序, 导致检定炉被烧坏。 (2) 软件采集数据不准确, 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。 (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, 常有错误信息, 如用水槽检测0℃, 会出现负几十摄氏度现象。
此软件的使用造成了我公司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。
2. 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:国家没有统一标准, 依国家检定规程设计。 (3) 标准不覆盖:国家规程/规范对硬件进行技术规定, 对软件无要求。 (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应按国家规程规范进行, 如JJF1098-2003《热电偶、热电阻自动测量系统校准规范》中对软件有要求, 在验收时, 应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, 以免日后出现矛盾。
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进行信号输入, 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, 优先选取不损坏硬件的方案, 如进行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。
软件验证的整个过程, 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, 计量单位和设备厂家双方的技术人员均持续保持密切沟通, 对软件验证工作有非常大的帮助。
