砝码检定数据智能化采集及无纸化管理系统研究

王琦 苏雄睿 陈露 包福 蒋立宇

摘 要：该系统实现了砝码检定校准数据的智能化采集以及无纸化管理。检测数据由标准器自动传输并录入到电子原始记录中，并由电子原始记录中的内嵌函数自动完成检测数据的运算（示值误差、重复性、不确定性、判定等），最终生成符合要求的证书报告。系统根据所选用的仪器设备（质量比较仪），采用数据接口传输方式，从质量比较仪的输出接口中读出数据；按照规范化格式将数据自动填写到原始记录模板中，随即自动进行数据处理和运算；最终再由原始记录自动生成符合格式要求的证书报告。该系统可显著提高工作效率，同时避免了人为误差，使得检定校准的流程及数据得到有效管控。该系统可显著提高工作效率，同时避免了人为误差，使得检定校准的流程及数据得到有效管控。

关键词：砝码检定；智能化采集；无纸化办公管理

0 引言

国内外同类研究现状分析及存在的问题：砝码是一种复现质量值的实物量具。它具有一定的物理特性和计量特性，包括：形状、尺寸、材料、表面状况、密度、磁性、質量标称值和最大允许误差等，它广泛应用于各个部门。因此，砝码的检定，对保证实物的准确可靠性能是很重要的。质量比较仪主要是根据测量弹性元件的变形和应变， 或电磁力反馈平衡的原理制造的高分辨率电子衡量设备。其主要用途是基于ABA或ABBA循环方式测量质量差值， 对砝码进行质量传递。

由于砝码的检定校准工作量较大，出于工作效率和质量的双重需要，对相应的智能检定校准系统提出了切实需求。一方面，部分厂商在传统质量比较仪的基础上，提供了部分自动化功能，如，METTLER TOLEDO公司生产的质量比较仪可以通过输入标准砝码的修正值，然后根据标准的检定流程操作，最终可以直接显示被检砝码的实际质量。但是这种通用系统或装置很难与使用机构的LIMS（实验室信息管理系统）相连，仍然需要通过后续冗长的手写方式来计算原始数据，并不能显著提高工作效率。另一方面，尽管随着在各大检定校准机构的普及，LIMS技术取得了长足的发展，但仍然没有打通检测数据的全寿命周期链，比如需要检定人员手工向系统中输入原始数据、手工计算误差等。

综上，当前砝码的检定校准过程存在如下几个问题：首先是人工读取并记录的方式效率低，并且稍有差池，就会影响测量结果的准确性；此外，随后的数据分析及计算也主要以手算为主，仍存在较大的改进空间，即可以将重复性过程程序化；最后，由原始记录到证书的映射没有形成唯一性关联，这种非自动化或半自动化的证书生成方式不但费时，而且存在质量风险。

1 研究原理和方案

1.1 数据的智能化采集

将砝码检定装置的数据自动的传输到指定的原始记录中，为后续的数据处理和应用做准备。采集层包括软硬件协同的两部分：硬件模块实现上位机和检定装置的数据连接，软件部分根据通信协议实现检测数据的解析。

1.2 数据的无纸化处理

主要是对上述采集的检测数据进行处理以形成符合要求的原始记录和证书。根据检测依据（规程规范）的要求，编制出符合检测依据要求和覆盖要素的数据原始记录模板，原始记录模板中包含检测样品信息、检测信息、环境、检测仪器等要素，又包含检测数据的运算（示值误差、重复性、不确定性、判定等）。此外，基于上述产生的原始记录，还需要智能化的生成证书报告，并和现有计量管理系统相衔接。

通过质量比较仪数据采集硬件及软件模块和砝码电子原始记录及证书模块实现检测数据自动化采集、电子原始记录的自动录入、检测数据的自动计算以及生成预订格式证书报告，最终实现砝码检定校准数据的智能化采集以及无纸化办公管理。

2 具体研究、试验方法和技术路径

2.1 数据的智能化采集

将砝码检定装置的数据自动的传输到指定的原始记录中，为后续的数据处理和应用做准备。采集层包括软硬件协同的两部分：硬件模块实现上位机和检定装置的数据连接，软件部分根据通信协议实现检测数据的解析。采用数据接口传输方式，从质量比较仪的输出接口读出数据，将数据传输到原始记录模板中，电子原始记录进行数据处理、运算。

2.2 数据的无纸化处理

主要是对检测数据的处理，这些数据处理主要依靠电子原始记录完成。具体内容就是根据检测依据（规程规范）的要求，编制出符合检测依据要求和覆盖要素的数据原始记录模板，原始记录模板中包含检测样品信息、检测信息、环境、检测仪器等要素，又包含检测数据的运算（示值误差、重复性、不确定性、判定等）。

3 主要功能

（1）证书类型、格式与检测项目的选择。

检定、检定结果通知书、校准等证书类型和各种证书格式在模板中选择即可，检测项目也可以进行选择，例如首次检定、后续检定、使用中检查等检定类型的项目是不同，选择检定类型后模板会提醒必须要做的项目，当检定员要提交证书时系统发现必须做而未做项目时就会发出警告。使原始记录内容更完整更正确，使计量检测工作更有条理。

（2）使用填充颜色增强人机友好。

为了使单元格性质一目了然，需要通过单元格填充颜色加以区分：白色表示此处需输入检测数据，模板装入信息管理系统后，这些区域一定会清空，格式为文本；浅黄色表示此处填参数，模板可以填默认数据也可以不填，当然可以修改；淡蓝色或浅绿色表示此处为固定表式或公式，这些单元格是要保护的。模板会根据单元格填充颜色使用命令自动编辑公式并进行保护，例如计算平均值、示值误差、重复性等，模板还会使用外部文件进行汉英翻译。

（3）保留修改痕迹和记录复现。

以往，电子原始记录难以实施的原因之一就是“电子记录中的数据可以不留痕迹地随意改动”，这是计量管理“难以容忍”的。该系统需要不但要有保留修改痕迹的功能，还需要有记录复现功能。当检测人员在某个单元格输入了一个检测数据并离开时，这次的数据就已经确定，当再次回到这个单元格并输入了不同的数据，则认为这个数据修改了，就必须保留修改痕迹。另外需要在修改痕迹页按数据录入的顺序保存一份清单，包括工作表名称、单元格地址、录入前单元格数据、本次录入数据、录入日期、录入人员姓名等，系统可以把整个在计量检测过程中录入的数据进行回放，即按先后顺序对检测数据的输入进行复现。增强电子原始记录的可追溯性。

（4）自定义函数和数据处理能力。

为了使电子原始记录的数据修约符合现代计量的要求，应允许一些自定义函数；首先可以按修约间隔或有效位数进行修约，按修约间隔进行修约比保留小数点位数更全面，更能正确表达仪器的测量结果，按有效位数进行修约在测量结果不确定的评定中，起了很大的作用；其次，同时可以以“进一法”、“去尾法”和“四舍六入，逢五奇进偶不进”的方式进行修约；自定义函数还可以判断测量数据的“最小分辨力”，与上述自定義函数配合使用后，可以使测量结果修约后的小数位数跟着输入数据小数位数的变化而变化，使电子原始记录的数据处理不但更准确、更合理地计算，还能更自动、更正确地表示出来。

（5）逐点分析不确定度功能。

能够使用电子原始记录，实现数据处理的自动化，每个校准点的测量结果不确定度就可以根据标准器准确度、被测量分辨力、实测值重复性和其它相关信息在瞬间全自动生成，还可以把生成的不确定度与实验室最佳校准能力进行比较，取较大者作为测量结果，杜绝出具证书“超范围”，实现校准证书在质量和效率上的质的飞越。

（6）结论自动判定和数据偏离提醒。

为了提高效率，需要利用Excel 函数编写公式并根据检测数据来自动判定结论。检定结论判定以国家量值传递系统表为准则，按检定规程或校准规范的要求，校准的结论性判断附加JJF1033 的判断原则。假如结论自动判定为不合格（Fail），则说明数据偏离了，应该提醒检测人员作进一步检查确认，若是检定证书不予提交，这样可以避免一些“粗心大意”产生的错误。

（7）生成证书报告。

根据上述电子原始记录，自动生成和现有计量管理相兼容的证书报告，以做后续导入。

4 结束语

该砝码智能检定校准系统能够实现检测校准数据的自动采集及传输，可以大大提高检测校准过程中数据记录的效率，并减少人为误差。同时，这种砝码智能检定校准系统可实现原始记录数据的全自动计算，包括误差分析、不确定度评定、合格判定、重复性计算等等，可以很大程度上把检测人员从复杂繁琐的重复计算劳动中解放出来；此外，这种砝码智能检定校准系统实现了从原始记录到证书报告的自动转换和生成，并可以和现有计量管理系统相衔接。

本研究通过对传统砝码检定系统的智能化改造，采用软硬件协同的方式，实现了检测数据自动化采集、电子原始记录自动录入及计算以及证书报告自动生成等功能。一方面，显著提高了该项目的智能化水平，改善工作效率和质量；另一方面，也是以此项目为切入点，通过对实验室检测流程及数据的管控，为智慧实验室的探索和建设打下技术基础。

参考文献

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[2]阚小妹，刘国华.电子天平的砝码自动检定系统设计[J].计量技术， 2006，（6）.

[3]国家质量监督检验检疫总局. JJG99-2006 《砝码检定规程》[S].北京：中国计量出版社，2007.