基于智能实验室联盟的产业计量市场技术实现途径研究

李勇 赵培 王继迎 张彦鹏

[摘 要]文章通过设计一个基于互联网的分布交互式多实验室的监管系统，管理人员通过这个系统来实现对多个分布式计量检定实验室的监控与管理。基于多总线的远程数据采集与传输和基于构件化的互联网智能监管技术应用，可实现分布交互式检测智能实验室系统建设构想，引入人工智能分析理念，实现有效的管理与提高实验室的工作效率，将实验员从日常的事务性工作中解放出来，实现实验、实验室设备与人员管理的数字化与智能化。

[关键词]分布式交互；智能实验室；模块化；智能决策

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2018.16.061

目前随着检测需求规模的不断增大，检测实验室任务也不断增多，实验室工作人员的负担越来越重。在现有条件下，比较好的办法就是设计一个基于互联网的分布交互式多实验室的监管系统，管理人员通过这个系统来实现对多实验室的监管。

分布交互式智能实验室是一种高端智能实验室的监管应用。智能监管系统能够自动识别监管对象和监管环境，发现监管环境中的异常信息，能够以最快和最佳的方式提供解决预案和处置信息，从而能够更加有效地协助实验人员处理日常业务工作，并最大限度地降低人工失误现象。

1 系统设计思路

由于计量系统的检测实验室很多，且各实验室的環境也不相同，要求开发出来的系统要有很强的适应性与可扩展性，因此，开发采用基于构件化的智能监测技术就十分必要。系统中工作任务重的通信控制模块，采用基于多总线的优先级处理方式的全双工实时远程数据采集与传输，可有效降低监管数据流量较大时，远程监控主机端口通信信息吞吐量重的问题，又可保证系统数据处理的实时性和可靠性，还减少远程主机与各监控点间大量的重复数据交换，避免网络延时带来的监管不同步的问题，降低应用对网络连接的带宽及可靠性和稳定性的开销，提高系统的远程实时交互可靠性及运行的稳定性。

根据构件化的原理及多总线系统的特殊性，设计如图1所示的体系结构。整个智能监管系统由实验室智能化服务器系统进行任务调度，系统中的各个功能模块根据功能分工，采用不同的结构模型。设备控制管理模块在实际开发时采用基于多总线混合型控制模块架构，对通信信息按照优先度等级进行分类，智能选取通信路径，降低通信信道阻塞的可能性。信息采集模块负责从各分布式智能实验室采集监管过程的各种实时信息，并存入服务器数据库系统。当实验人员需要使用和分析这些数据时，系统再从数据库文件中取出数据。数据资料分析模块应有感知、推理和决策判断等人工智能功能，可根据以往实验中信息处理、推理、规则集和知识库进行对比分析。数据资料分析模块根据自身的知识库和规则集，判断出调用哪种或多种功能服务和需要哪些数据，并从数据库文件中取得所需数据，传送给其他功能模块，最后还要把功能执行的结果返回给中心服务器系统，因此这部分的开发可以采用基于模糊神经网络决策理论的数据分析模型。环境感知模块和视频监管模块，接收中心服务器发出的指令信息，对该信息做出正确的判断，并启动相应的行动执行程序。在这个系统里，我们在实验室中安放由温度传感器、湿度感觉器和摄像头构成的硬件设施，通过温度传感器、湿度感觉器来实时获取实验室内和工作中的温度与湿度。摄像头则用于监测实验室内的检验员做实验的情况，并通过信号数据线传输给交互式实验室工作计算机。在多总线接口传输中实现多个发送器和多个接收器共用一条线路，增强抗干扰能力，加快数据传送速度，各个数据采集点与计算机间用星形网络拓扑结构，以广播方式进行数据通信。进行通信时，用作控制的中心服务器向各交互式实验室工作计算机发送数据采集命令，然后传感器将采集的各种数据传输给数据采集卡，再由数据采集卡将接收的数据传输给交互式实验室工作计算机，最终传输给中心服务器。数据资料分析模块对当前实验室的情况进行智能判断。

2 系统功能架构设计

实验室监管系统的使用不仅仅限于实验室管理人员，还包括实验中心的主任、各职能部门的领导、检验员等，因此该系统的使用对象比较多。在系统开发时，将系统架构按功能划分，系统功能模块根据用户对象的不同而分别设计，同时对系统用户进行归类，将系统用户按角色分为：职能部门领导、实验中心主任、实验室管理人员、检验员等。不同角色的权限、功能与用户界面都不一样。系统功能模块如图2所示。

（1）职能部门管理模块。通过这个模块，各职能部门领导可实时在线了解实验人员的工作状况，掌握管辖设备资源的工作状况，并协助实验室提高检验质量和检验员服务水平。

（2）资产登记模块。与资产管理模块相连，该模块采集的数据在本地硬盘存储一份，同时上传到办公室。该模块包含以下功能模块：实验人员管理、实验设备管理、查询统计、报表生成与打印、系统管理。通过该模块，办公室可以实时在线掌握计量检测实验室实验设备资源的工作状况，实现设备预约、权限、时限使用，快速统计评估设备资源的利用情况，真正实现设备资源在整个生命周期的全过程管理。

（3）信息查询模块。该模块主要用于检验员查询的实验安排及实验室设备的使用情况。该模块由各个实验中心的触摸屏与网上操作两个部分组成。检验员到实验中心后，用工作卡在触摸屏上的读卡器上刷一下，系统自动在屏幕上显示出检验员做实验的设备编号、实验时间等，同时系统记录下该生使用仪器的编号与时间及当时设备的状况，以便在设备出现不正常现象或检验员不按规范操作时，可以追究相关人员的责任。

（4）检验员监控、管理模块。该模块是整个系统的核心，检验员可以对系统中硬件参数初始化设置，并选择要监管的实验室，对停用实验室可以远程关闭实验设备。可以通过该模块对各分布式检测点实验室设备状态进行管理。实现在线设备性能状况登记，并上传到办公室，对勘用设备在系统中进行标识，对故障设备进行报修，同时还协调和调度检验人员安排的实验。

（5）实验中心主任管理模块。实验中心主任通过该模块可以对需在本中心做的实验进行统筹安排，并提交给系统，由实验管理模块对个派驻检测点安排的实验进行协调与确认。同时通过该模块还可以查询整个分布式交互水表检测实验室系统的实验安排情况，对其中不合理的部分及时向实验中心提出修改意见。另外，通过该系统还可以实时掌握检验员所做实验的进度与实验效果。

目前很多计量检测实验室的管理还停留在手工管理上，检测任务数不断增长，实验设备不断增加，因此如何有效地管理与提高实验室的工作效率，是目前产业计量检测实验室急需的问题。要解决该问题关键在于将实验员从日常的管理和数据分析工作中解放出来，提高实验、实验室设备、人员管理和实验结果处理的数字化与智能化水平。

3 结 论

智能实验室联盟通过基于“互联网+”模块化的设计，采用面向对象的方法、分布交互技术和多线程优先级决断处理机制，实现监管系统的扩展性、实时性和稳定性，以及全监管过程的实时在线控制。通过对通信、管理和分析决策事务的分离，对多总线通信信道和带宽的实时监管统一调度，能大大提高整个实验监管系统的工作效能，同时通过互联网的连接又能提高产业计量单位管理多个分布式交互实验室的水平，如果将区块链技术一并融入产业计量市场资源分配和检测费用结算中，必然会使现有的条块的分割严重，技术交流不畅，资源分配不均。

参考文献：

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