在線計量標準設備管理系統的開發與應用

肖天雷 王舒卉

（上海市計量測試技術研究院，上海 201203）

0 引言

隨著各類信息化技術的發展與推廣，計量檢測機構需要管理越來越豐富的數據，包括且不限于客戶信息、設備信息、原始記錄和過程信息等，這也為智能計量的發展提供了需求和動力[1]。目前，實驗室信息管理系統（LIMS）已經廣泛應用于檢測和校準業務中，并且朝著精細化管理的方向發展[2]，可以在控制和管理樣品、標準、報告、實驗室人員、儀器以及工作流程自動化中應用，其是機構運行的重要保證。

與此同時，信息化技術的發展也讓企業客戶擁有越來越多一體化、自動化和智能化的待計量設備。這些設備大多具有集成化程度高、信息化程度高、不易拆卸搬運等特點。因此，客戶對在線計量、現場計量的需求逐年上升，在線計量能在最接近工況的情況下完成量值的傳遞工作，并減少對客戶生產工作的影響。在該背景下，更多的標準器在計量機構以外進行現場檢測，從而對這些標準器的管理提出了新的要求。

1 用于在線計量的標準器管理現狀

目前，各機構和學者通過利用條形碼[3]、QR 二維碼[4]、自動化[5]和物聯網[6]等技術極大地提高了實驗室信息管理系統（LIMS）的能力。然而，LIMS 系統更專注于該計量機構整體的應用需求，而無法覆蓋專注于現場計量的在線計量實驗室的某些特定管理需求。

上海市計量測試技術研究院的LIMS 系統已經具備比較完善的設備信息管理能力，包括設備信息、設備技術指標以及設備溯源信息等關鍵元素。然而，該系統并沒有涉及設備的使用記錄管理。目前的管理方式仍然較為傳統，由操作人員在使用時手寫記錄在專用手冊上。由于該實驗室是以現場計量業務為主的在線計量實驗室，擁有的標準器較多且多數用于現場計量，因此這種傳統方法在實際應用中會存在一些問題。

如果對記錄手冊進行集中管理，那么在每次記錄時就很難快速找到設備所對應的手冊，嚴重降低了工作效率；如果將記錄手冊分別綁定在各自所對應的儀器上，那么在復雜臟亂的工作現場或運輸搬運過程中，有可能發生手冊遺失、手冊污染或手冊損壞等問題，不利于科學管理。無論哪種方法，都無法快速查閱歷史使用記錄和記錄內容，進而無法直觀地獲得設備的使用頻次。

此外，LIMS 系統也缺少對期間核查的管理。CNASCL01—2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》（ISO/IEC 17025：2017）和GB/T 27025—2019《檢測和校準實驗室能力的通用要求》明確規定，當需要利用期間核查以保持對設備性能的信心時，應按程序進行核查[7]。在一般情況下，將標準器2 次檢定/校準日期的中間定為期間核查的時機，在必要時酌情增加核查頻率。目前，期間核查記錄仍為手動提交歸檔，也無法根據使用頻次進行提醒。

除了以上2 個主要問題，管理工作中還可能存在使用記錄漏寫、期間核查不及時、穩定性/重復性試驗不及時以及紙質記錄遺失損壞的問題。

2 針對在線計量的標準設備管理系統

2.1 需求分析

基于對使用記錄管理和期間核查管理現狀的分析，在LIMS 系統中，現場使用的計量標準器的管理工作主要存在以下5 個需求：1） 使用記錄無紙化管理。使用記錄的內容至少包括使用人、使用日期、使用設備信息（名稱、型號和編號）、設備使用前后的狀態以及必要的備注信息。記錄管理的需求包括使用記錄的錄入和查詢。系統應能通過手動輸入或使用掃碼槍快速識別出條形碼的信息（設備編號），并找到對應的標準器。2） 期間核查預警。通過使用記錄無紙化的管理，系統可以根據每臺標準器在一個檢定/校準周期內的使用記錄條目的數量獲得該設備的使用次數。系統應自動分析和計算期間核查的次數，并推算具體的核查時間。系統應在該時間點前一周對使用人進行期間核查預警。3） 期間核查記錄無紙化管理。設備的期間核查記錄內容應覆蓋設備信息、期間核查的時間、期間核查的操作人以及期間核查記錄的具體內容。同時，系統應允許查詢當前設備的所有歷史期間核查記錄。4） 穩定性/重復性試驗記錄無紙化管理。設備的穩定性/重復性試驗記錄內容應包括設備信息、試驗日期、試驗操作人、參數名稱、計量單位、試驗數據以及試驗結論。某些設備會涉及不同參數的穩定性/重復性試驗，系統應能正確區分上述信息，并且可以篩選和查看當前設備所有參數的所有歷史穩定性/重復性試驗記錄和數據。5） 設備信息管理。設備信息庫主要包括該實驗室的所有標準器設備信息，使用記錄無紙化管理、期間核查記錄無紙化管理和穩定性/重復性試驗記錄無紙化管理都將調用該數據庫中的內容，因此它是實現該系統功能的基礎。由于該系統是離線系統，因此在每次設備溯源后，管理人員應及時更新該數據庫中對應設備的信息，以免影響系統的正常工作。

2.2 系統結構設計

根據工作中的實際需求，該文以.Net 框架為基礎，采用C#語言和MicrosoftAccess 數據庫工具在本地端設計了該標準設備管理系統。系統架構如圖1 所示。

圖1 標準設備管理系統框圖

系統采用微核心結構，Access 數據庫中的設備信息和職員信息繼承LIMS 中的相關人員（姓名、性別等）和設備信息庫的內容（序列號、技術指標以及溯源信息等），同時它還包括設備狀態、使用記錄以及期間核查等表格，以實現對其他系統功能數據的存儲，各表之間通過各自的主鍵ID 進行關聯。輸入端可采用手持式掃碼槍掃描條形碼或人工輸入序列號的方式。程序的主要功能由功能模塊來實現，其對信息的讀取和操作都在數據庫中進行，模塊之間彼此依賴程度較低。

2.3 系統功能

2.3.1 系統功能組成

標準設備管理系統采用了微核心+模塊化的結構，系統功能部分由設備信息管理模塊、使用記錄管理模塊、期間核查管理模塊、穩定性/重復性管理模塊組成，如圖2所示。

圖2 系統功能組成

2.3.2 設備信息管理模塊

該模塊負責管理標準器設備的各項信息，以滿足設備對信息管理的需求。該模塊可以實現對設備信息、設備溯源信息和設備管理信息的錄入、查詢和修改，還可以對設備到期溯源進行預警。

設備的原始數據由LIMS 系統的設備管理數據庫導入，并提供修改功能，從而在每次設備溯源或狀態更改時能夠手動更新以保持同步。該模塊不包括設備的技術指標信息和具體的溯源信息，但包括用于識別設備的基本信息（名稱、型號和編號）、設備狀態（停用、有效和送檢中）以及上一次溯源日期和保管人。在系統啟動時，該模塊會比較當前日期與所有設備的溯源日期，當發現存在7 d 內將超期的設備時，會對其數量進行統計并發出預警。如果設備已經超期，模塊在預警的同時，還會自動將設備狀態更改為“停用”。

設備信息模塊還包括該溯源周期內的使用次數，可以供期間核查模塊使用。

2.3.3 使用記錄管理模塊

該模塊負責管理設備的使用記錄，以實現使用記錄無紙化管理的需求。該模塊實現了錄入設備使用記錄和查詢設備歷史使用記錄的功能。

在使用設備前，職員通過掃碼槍識別條形碼或人工輸入序列號得到設備在設備信息數據庫中的ID 后，該模塊會將職員的ID 與該設備的ID 關聯起來，同時記錄使用時間和使用前狀態；該模塊會在設備信息庫中將該設備該溯源周期內的使用次數加1，將其作為判斷期間核查間隔時間的依據。在歸還設備時，該模塊在找到設備信息后，將自動找到該設備對應的最近一次的使用信息，也就是上一次借出的信息，并將歸還時間和使用后狀態記錄下來，完成一次使用記錄信息的錄入。該模塊不能對設備信息進行修改。

該模塊也可以通過設備序列號查詢該設備的所有歷史使用記錄，但不可以對其進行修改。

2.3.4 期間核查管理模塊

該模塊負責管理設備的期間核查，以滿足期間核查的智能化預警和期間核查記錄的無紙化管理需求。該模塊實現了期間核查間隔的判斷、期間核查的預警以及記錄的關聯和查詢功能。

期間核查記錄包括設備信息、核查日期、核查人員以及核查文件等。該模塊以設備在該溯源周期內的使用次數為依據，在系統啟動時會將使用次數除以當天與上次溯源日期間的間隔天數來判斷該設備的使用頻率。通常設備的期間核查次數為1 次，通常在一個溯源周期的中間進行。但根據管理文件的要求，使用頻率較高的設備應酌情增加核查次數。因此，該模塊將根據設備使用頻率自動計算出該周期內的核查日期。該模塊將下一次核查日期與當前日期進行比較，并提前7 d 對用戶進行期間核查的預警。如果該設備即將停用不需要進行核查，也可以手動取消預警。

由于不同設備對應的期間核查格式、方法以及數據各不相同，因此期間核查的具體內容采用系統外的獨立文件來存儲。期間核查的記錄應包括對應期間核查文件的唯一性編號。

該模塊還允許用戶查看設備對應的所有歷史期間核查記錄，但不可以對其進行修改。

2.3.5 穩定性/重復性試驗管理模塊

該模塊負責管理設備的穩定性/重復性試驗記錄，以滿足試驗記錄無紙化管理的需求。該模塊實現了穩定性/重復性試驗的智能預警，還可以對相關記錄進行錄入和查詢。

穩定性/重復性試驗的記錄包括設備信息、試驗日期、試驗人員、參數名稱、計量單位和試驗數據。試驗數據一般以設備在重復性或穩定性條件下，某個參考點示值的10次讀數作為記錄內容，還包括對應的結論數據（例如平均值、標準差等）。穩定性/重復性試驗的試驗周期由用戶自行規定，通常為1 a。設備在第一次執行穩定性/重復性試驗后，系統會根據預設的周期計算下次試驗的日期，在每次啟動時，將當前日期與下次試驗日期進行比較，并提前7 d 對用戶進行穩定性/重復性試驗預警。

該模塊還允許用戶查看設備對應的所有歷史穩定性/重復性試驗記錄，并根據類型和參數名稱進行篩選排序，但不可進行修改。

3 標準設備管理系統的應用

該實驗室專注于對工業設備和多參數設備的在線校準，現場計量業務約為總業務量的80%，其余業務為在實驗室中進行的送檢業務。實際工作內容決定了該實驗室不僅擁有具有參數種類多、便攜性強且帶出使用頻率高等特點的計量設備，也擁有不易搬運且使用頻率適中的大型標準器設備。由于便攜式標準設備在被帶出進行上門校準的過程中需要經常搬運移動，因此其技術指標的穩定性與實驗室環境相比會存在出現較大變化的風險，需要及時地進行期間核查以保證標準器的穩定性和可靠性。此外，該實驗室工程師較多，標準設備共享情況較嚴重，也需要嚴格地對設備的使用情況進行管理。

目前，該實驗室的設備使用記錄手冊一直使用紙質手冊，一段時間后多數手冊會沾上油漬、水漬，部分手冊還會出現缺角或損壞現象；相關儀器的期間核查流程全部由人工完成，由于設備數量較大、種類較多，難免存在核查間隔統一，沒有根據設備不同的溯源時間進行核查或者核查不及時等問題，增加了管理的成本和風險。

在實際應用中，該系統包括的各功能模塊都能正常開展工作。每天在系統首次啟動時，設備信息管理模塊、期間核查管理模塊和穩定性/重復性管理模塊都會根據相關數據判斷是否有設備需要進行溯源、期間核查或者穩定性/重復性試驗。系統將自動列出所有存在預警的設備，包括這些設備的數量和對應的操作選項（更新、忽略等），操作人員可以根據需要對這些信息進行處理，從而完成對設備溯源信息、期間核查記錄或穩定性/重復性試驗記錄的更新。其中，設備信息中的非溯源內容也可通過設備信息管理模塊進行修改。

當某工程師需要使用設備時，首先需要選擇自己作為使用人員，可以利用掃碼槍掃描條形碼的方式找到對應設備；而對于在實驗室中使用的不易搬動的設備，可以人工輸入序列號進行查找。同時，系統還支持異常報警，包括但不限于想使用還沒有歸還的設備、使用未處于“可用”狀態下的設備、歸還未被使用的設備等。

該系統可通過查詢功能查詢某設備的歷史使用記錄、穩定性/重復性記錄和期間核查記錄，生成表格供打印查閱。

4 結語

隨著在線計量需求的不斷增加，傳統的實驗室儀器管理方法在面對常用于現場的計量設備時會有一定的不足。該文針對存在的不足，結合在線計量標準器的管理需求，設計了一套標準設備管理系統。該系統依托LIMS 的設備數據，實現了設備管理、使用記錄管理、期間核查提醒和管理、穩定性/重復性試驗記錄提醒和管理功能。在實際應用過程中，該系統能夠實現既定的功能，幫助該實驗室人員記錄現場計量時的儀器使用情況，并根據該年度使用頻次來判斷期間核查的間隔。

該系統的應用實現了使用記錄無紙化和期間核查的智能提醒，更加符合現場計量設備的管理特征，可作為以現場計量為主的實驗室進行設備管理的參考。