通用自動化校準(zhǔn)與信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

解啟瞻，嚴(yán)洪燕，張文鋒

(中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

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通用自動化校準(zhǔn)與信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

解啟瞻，嚴(yán)洪燕，張文鋒

(中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

目前，針對不同類別儀器設(shè)備的校準(zhǔn)已逐步實(shí)現(xiàn)自動化，但是，各自動化校準(zhǔn)程序所使用的開發(fā)平臺各不相同，且互不兼容，無法統(tǒng)一管理。校準(zhǔn)流程中的各項(xiàng)信息沒有統(tǒng)一的管理平臺，無法實(shí)現(xiàn)信息的即時查詢和管理。為了解決自動化校準(zhǔn)工作的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化問題以及校準(zhǔn)流程中的信息管理問題，設(shè)計(jì)了一套通用自動化校準(zhǔn)與信息管理系統(tǒng)。通過建立數(shù)據(jù)庫，收集校準(zhǔn)流程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)信息的即時顯示、查詢和調(diào)用。依據(jù)檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，開發(fā)各類設(shè)備的自動化校準(zhǔn)程序，校準(zhǔn)完成后生成格式統(tǒng)一的原始記錄并自動生成校準(zhǔn)證書。

校準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)化；自動化；系統(tǒng)

0 引言

直升機(jī)是由動力、飛控、電子、機(jī)電等多個子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，其總體指標(biāo)表征的是其綜合性能，支撐該總體指標(biāo)的是各子系統(tǒng)、部件和零件的成千上萬的各層參數(shù)的指標(biāo)，計(jì)量的作用是保證各層參數(shù)指標(biāo)的量值的準(zhǔn)確和溯源性，這是一種系統(tǒng)的保障作用。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)量校準(zhǔn)正逐步向自動化、多參數(shù)、智能化方向發(fā)展，校準(zhǔn)技術(shù)從單一參數(shù)、儀器向多參數(shù)、多種儀器集成的系統(tǒng)發(fā)展。

目前，針對不同類別儀器設(shè)備的校準(zhǔn)已逐步實(shí)現(xiàn)自動化。但是，各自動化校準(zhǔn)程序所使用的開發(fā)平臺各不相同，且相互獨(dú)立，無法統(tǒng)一管理，存在一定的風(fēng)險。各自動化校準(zhǔn)程序所生成的原始記錄格式各不相同，出具校準(zhǔn)證書時還需要復(fù)制粘貼原始記錄中的數(shù)據(jù)，修改委托單位信息、校準(zhǔn)日期、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)信息、校準(zhǔn)不確定度和校準(zhǔn)環(huán)境信息等一系列操作，容易出現(xiàn)錯誤。因此，自動化校準(zhǔn)工作需要解決統(tǒng)一化、規(guī)范化的問題。

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)工作自動化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，設(shè)計(jì)了一套通用自動化校準(zhǔn)與信息系統(tǒng)。一方面，實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)地面試驗(yàn)電子設(shè)備的自動化校準(zhǔn)，保障校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，規(guī)范校準(zhǔn)工作流程。另一方面，通過建立設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫，將被檢設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的各項(xiàng)信息錄入數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)信息的即時查詢和調(diào)用，便于周檢設(shè)備信息查詢和試驗(yàn)開試設(shè)備校準(zhǔn)信息查詢。

1 通用自動化校準(zhǔn)與信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

通過Microsoft Access建立儀器設(shè)備的信息數(shù)據(jù)庫[1]，將儀器設(shè)備狀態(tài)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、接口信息、校準(zhǔn)裝置信息、校準(zhǔn)規(guī)范和校準(zhǔn)流程等各類信息錄入數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)信息的即時查詢和調(diào)用。

軟件開發(fā)平臺選用NI LabView軟件[2]，依據(jù)各類設(shè)備校準(zhǔn)規(guī)范或企業(yè)規(guī)范，開發(fā)各試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備的自動化校準(zhǔn)子程序模塊，儀器設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫與自動化校準(zhǔn)之間實(shí)現(xiàn)信息共享，校準(zhǔn)完成后產(chǎn)生格式統(tǒng)一的原始記錄。

將校準(zhǔn)證書編制的流程自動化，按照被檢設(shè)備的類別自動調(diào)用相應(yīng)的校準(zhǔn)證書模板，然后從數(shù)據(jù)庫調(diào)用相關(guān)信息自動寫入校準(zhǔn)證書模板，準(zhǔn)確無誤地制作出標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的校準(zhǔn)證書，消除大量的復(fù)制粘貼等繁瑣操作，降低出錯概率。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 通用自動化校準(zhǔn)與信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.2 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序是用戶操作的主界面，是各子程序模塊的操作入口，即信息查詢與注冊、自動化校準(zhǔn)和證書制作三個基本模塊的操作入口。系統(tǒng)主程序方案設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

信息查詢與注冊模塊包含被檢設(shè)備信息查詢/注冊/修改、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備信息查詢/注冊/修改、客戶信息查詢/注冊/修改。

接到校準(zhǔn)任務(wù)后，首先，根據(jù)查詢條件(出廠編號、資產(chǎn)編號、設(shè)備名稱、送檢單位或送檢聯(lián)系人等)，查詢被檢設(shè)備的信息是否存在數(shù)據(jù)庫中，如果查詢到就可以直接調(diào)用該項(xiàng)信息；其次，輸入樣品編號，以此命名新的校準(zhǔn)任務(wù)；最后，添加本次校準(zhǔn)的日期、校準(zhǔn)人員和校準(zhǔn)環(huán)境信息，必要時還可以加上備注信息，如任務(wù)名稱和通道數(shù)量等，并將此信息寫入校準(zhǔn)任務(wù)數(shù)據(jù)庫中。

對于所外送檢或入所驗(yàn)收等初次校準(zhǔn)的設(shè)備，數(shù)據(jù)庫中沒有其各項(xiàng)信息記錄，需要臨時進(jìn)行各項(xiàng)信息的注冊，包括委托單位信息、被檢設(shè)備信息、校準(zhǔn)接線圖、校準(zhǔn)流程和設(shè)備供應(yīng)商信息等。

信息注冊完成后，就可以進(jìn)入自動化校準(zhǔn)環(huán)節(jié)。打開自動化校準(zhǔn)頁面后，刷新程序列表，從程序列表中選擇相應(yīng)的自動化校準(zhǔn)程序。

自動化校準(zhǔn)是該系統(tǒng)的重要組成部分，內(nèi)部封裝了若干項(xiàng)自動化校準(zhǔn)子程序，由于新設(shè)備的自動化校準(zhǔn)子程序需要不定期接入該系統(tǒng)，為減少程序開發(fā)難度，自動化校準(zhǔn)這部分必須具有良好的可擴(kuò)展性。 因此，將其設(shè)計(jì)成列表形式，以直觀的形式顯示給操作人員，所有的自動化校準(zhǔn)子程序模塊均編制索引，可以直接從列表中選擇調(diào)用，便于維護(hù)和擴(kuò)展。

圖2 系統(tǒng)主程序框圖

自動化校準(zhǔn)所生成的原始記錄格式統(tǒng)一，校準(zhǔn)完畢后進(jìn)入制作校準(zhǔn)證書環(huán)節(jié)。

從校準(zhǔn)任務(wù)列表中找到本次校準(zhǔn)的任務(wù)編號，即樣品編號，然后選擇本次校準(zhǔn)的原始記錄保存路徑，啟動證書制作程序，程序會根據(jù)被檢設(shè)備的類別自動調(diào)用相應(yīng)的校準(zhǔn)證書模板，并自動添加委托單位信息、校準(zhǔn)日期、校準(zhǔn)人員信息、校準(zhǔn)參考依據(jù)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)信息、校準(zhǔn)環(huán)境信息和原始數(shù)據(jù)記錄等，制作出一份完整的校準(zhǔn)證書。

2 系統(tǒng)子模塊設(shè)計(jì)

2.1 自動化校準(zhǔn)子程序模塊設(shè)計(jì)

按照設(shè)備類別對被檢設(shè)備進(jìn)行劃分，針對不同類別的設(shè)備，參照國家檢定規(guī)程、校準(zhǔn)規(guī)范或自編校準(zhǔn)規(guī)范，編寫相應(yīng)的自動化校準(zhǔn)子程序[3-4]。各子程序模塊編寫完成后放入校準(zhǔn)程序文件夾，主程序啟動后會掃描該文件夾，并將子程序模塊信息以列表形式給出。校準(zhǔn)人員可以根據(jù)需要選擇自動化校準(zhǔn)子程序，完成儀器設(shè)備的自動化校準(zhǔn)。

各自動化校準(zhǔn)子程序模塊的編寫，遵循三點(diǎn)原則：

1)具有標(biāo)準(zhǔn)化的操作界面布局

操作界面是校準(zhǔn)人員與計(jì)算機(jī)、被檢設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)裝置等進(jìn)行信息交互的平臺，標(biāo)準(zhǔn)化的操作界面可以培養(yǎng)良好的操作習(xí)慣，使校準(zhǔn)人員更方便快捷地完成從參數(shù)設(shè)置到系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)操作，使系統(tǒng)具有更好的操控性和可靠性。自動化校準(zhǔn)程序操作界面布局框圖如圖3所示，圖4為協(xié)調(diào)加載測控系統(tǒng)的自動化校準(zhǔn)子程序操作界面。

2)將標(biāo)準(zhǔn)化[5]的操作流程融入其中

自動化校準(zhǔn)程序是操作流程的產(chǎn)物，必須將標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程融入自動化校準(zhǔn)程序，以減少操作人員的工作難度。按照校準(zhǔn)項(xiàng)目，將校準(zhǔn)操作規(guī)范分割包裝，按照校準(zhǔn)流程的進(jìn)展情況進(jìn)行信息提示和運(yùn)行過程數(shù)據(jù)監(jiān)控。

3)原始記錄自動生成

原始記錄是校準(zhǔn)工作的重要參考數(shù)據(jù)，通常情況下是由人工記錄，或是由計(jì)算機(jī)自動生成中間數(shù)據(jù)，經(jīng)過人工排版形成，格式各式各樣，存在隨意性，也很容易出現(xiàn)錯誤。為解決這些問題，在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，原始記錄全部數(shù)據(jù)由自動化校準(zhǔn)程序生成，格式統(tǒng)一，無需排版，避免人工操作產(chǎn)生的各項(xiàng)紕漏。

圖3 自動化校準(zhǔn)程序操作界面布局框圖

2.2 校準(zhǔn)證書制作模塊設(shè)計(jì)

校準(zhǔn)證書是校準(zhǔn)工作完成后，交付客戶的最終報(bào)告。證書制作模塊用于快速準(zhǔn)確無誤地制作校準(zhǔn)證書，選擇調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)化的校準(zhǔn)證書模板，快速無差錯地合成校準(zhǔn)證書。程序流程圖如圖5所示。這一過程分四步進(jìn)行：第一步，根據(jù)任務(wù)編號，即證書編號自動調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息，從儀器設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫中搜索出該設(shè)備所屬的類別，打開相應(yīng)的校準(zhǔn)證書模板。第二步，根據(jù)任務(wù)編號(即證書編號)自動調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息，將被檢設(shè)備的各項(xiàng)信息，包括器具名稱、型號/規(guī)格、器具編號(出廠編號優(yōu)先，無出廠編號則填寫資產(chǎn)編號)、制造商、客戶名稱和客戶地址等信息寫入證書模板。第三步，將接收日期、校準(zhǔn)日期、建議下次校準(zhǔn)日期、校準(zhǔn)地點(diǎn)、校準(zhǔn)人員和環(huán)境溫濕度等信息寫入證書模板。第四步，將校準(zhǔn)原始記錄數(shù)據(jù)寫入證書模板。

圖4 自動化校準(zhǔn)子程序示例

校準(zhǔn)證書制作完成后，自動將其另存入校準(zhǔn)證書文件夾內(nèi)，并以證書編號命名，以免將模板文件覆蓋。該模塊還具有查詢功能，可根據(jù)查詢條件，如委托單位、校準(zhǔn)證書編號、被檢設(shè)備出廠編號、資產(chǎn)編號或設(shè)備名稱等，從數(shù)據(jù)庫中查詢已出具過的校準(zhǔn)證書，以列表形式給出，通過列表選擇打開相應(yīng)的校準(zhǔn)證書。

圖5 校準(zhǔn)證書制作程序流程圖

3 結(jié)論

通用自動化校準(zhǔn)與信息管理系統(tǒng)目前已應(yīng)用于部分直升機(jī)地面試驗(yàn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)，可以完成應(yīng)變測量系統(tǒng)、協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)、恒流適調(diào)、電流傳感器、電壓傳感器、線性變送器、整形放大器、程控應(yīng)變放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電荷放大器、振動傳感器和動態(tài)信號分析儀等設(shè)備的自動化校準(zhǔn)及信息管理。

該系統(tǒng)具有以下4方面的特點(diǎn)：

1)自動化校準(zhǔn)與信息管理相結(jié)合

目前國內(nèi)針對單一類別設(shè)備的自動化校準(zhǔn)軟件很多，校準(zhǔn)管理軟件也很多，但缺乏針對性，實(shí)用性不高。通用自動化校準(zhǔn)與信息管理系統(tǒng)將自動化校準(zhǔn)與信息管理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了校準(zhǔn)過程中的信息化管理。

2)涵蓋范圍廣，設(shè)備類別多，具有優(yōu)良的可擴(kuò)展性

系統(tǒng)包含通用測量設(shè)備的校準(zhǔn)和專用測試設(shè)備的校準(zhǔn)，設(shè)備類別多，系統(tǒng)集成度高，可以與自動化校準(zhǔn)子程序模塊快速連接，擴(kuò)展系統(tǒng)的自動化校準(zhǔn)能力。

3)系統(tǒng)校準(zhǔn)速度快、可靠性高

通過GPIB或LAN通訊接口，在計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)可靠的通訊，采用科學(xué)的測試軟件架構(gòu)，在數(shù)據(jù)采集、存儲、處理和顯示等技術(shù)方面均按照科學(xué)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編寫，合理布局，確保程序運(yùn)行的可靠性，數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)處理及存儲的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)顯示的直觀性。

4)校準(zhǔn)流程標(biāo)準(zhǔn)化

將校準(zhǔn)流程標(biāo)準(zhǔn)化，校準(zhǔn)過程中為校準(zhǔn)人員提供接線圖和操作流程等參考信息顯示，并可以即時查詢被檢設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備信息，有利于保證校準(zhǔn)質(zhì)量，減少重復(fù)勞動，節(jié)省資源，提高工作效率。

[1] 常玉慧.數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2] 楊樂平，李海濤，趙 勇，等.LabView 高級程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[3] 韓 華，李金鋒，朱一鶴，等.一種微波器件計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)量技術(shù)，2012.

[4] 周紹磊，周 正.一種通用自動測試系統(tǒng)軟件平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2013.

[5] 戴 林.基于VI的通用自動測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳輸標(biāo)定的實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

The Universal Design Method of Automatic Calibration and Information Management System

XIE Qizhan, YAN Hongyan, ZHANG Wenfeng

(China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China)

At present, according to different categories of instruments and equipment calibration had gradually realize automation, however, the automatic calibration procedures used by different development platform, and were independent of each other, not unified management. All the information in the process of calibration was without unified management platform, unable to realize the real-time query and management. In order to solve the problem of automatic calibration work of standardization and normalization as well as information management problems in calibration process, designed a set of general automatic calibration and information management system. Through the establishment of database, collected all the information in the process of calibration into the database, realized the real-time display and query. According to verification regulations or calibration specifications, developed automatic calibration procedures of various kinds of instruments and equipment, generating unified format original records and calibration certificate after the calibration automatically.

calibration; standardized; automatic; system.

2014-09-29

解啟瞻(1982-)，湖北省老河口市人，碩士，工程師，主要研究方向：直升機(jī)測試設(shè)備校準(zhǔn)。

1673-1220(2015)02-016-04

TP217; TP315

A