基于智能實驗室聯盟的產業計量市場技術實現途徑研究

李勇 趙培 王繼迎 張彥鵬

[摘 要]文章通過設計一個基于互聯網的分布交互式多實驗室的監管系統，管理人員通過這個系統來實現對多個分布式計量檢定實驗室的監控與管理?；诙嗫偩€的遠程數據采集與傳輸和基于構件化的互聯網智能監管技術應用，可實現分布交互式檢測智能實驗室系統建設構想，引入人工智能分析理念，實現有效的管理與提高實驗室的工作效率，將實驗員從日常的事務性工作中解放出來，實現實驗、實驗室設備與人員管理的數字化與智能化。

[關鍵詞]分布式交互；智能實驗室；模塊化；智能決策

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

目前隨著檢測需求規模的不斷增大，檢測實驗室任務也不斷增多，實驗室工作人員的負擔越來越重。在現有條件下，比較好的辦法就是設計一個基于互聯網的分布交互式多實驗室的監管系統，管理人員通過這個系統來實現對多實驗室的監管。

分布交互式智能實驗室是一種高端智能實驗室的監管應用。智能監管系統能夠自動識別監管對象和監管環境，發現監管環境中的異常信息，能夠以最快和最佳的方式提供解決預案和處置信息，從而能夠更加有效地協助實驗人員處理日常業務工作，并最大限度地降低人工失誤現象。

1 系統設計思路

由于計量系統的檢測實驗室很多，且各實驗室的環境也不相同，要求開發出來的系統要有很強的適應性與可擴展性，因此，開發采用基于構件化的智能監測技術就十分必要。系統中工作任務重的通信控制模塊，采用基于多總線的優先級處理方式的全雙工實時遠程數據采集與傳輸，可有效降低監管數據流量較大時，遠程監控主機端口通信信息吞吐量重的問題，又可保證系統數據處理的實時性和可靠性，還減少遠程主機與各監控點間大量的重復數據交換，避免網絡延時帶來的監管不同步的問題，降低應用對網絡連接的帶寬及可靠性和穩定性的開銷，提高系統的遠程實時交互可靠性及運行的穩定性。

根據構件化的原理及多總線系統的特殊性，設計如圖1所示的體系結構。整個智能監管系統由實驗室智能化服務器系統進行任務調度，系統中的各個功能模塊根據功能分工，采用不同的結構模型。設備控制管理模塊在實際開發時采用基于多總線混合型控制模塊架構，對通信信息按照優先度等級進行分類，智能選取通信路徑，降低通信信道阻塞的可能性。信息采集模塊負責從各分布式智能實驗室采集監管過程的各種實時信息，并存入服務器數據庫系統。當實驗人員需要使用和分析這些數據時，系統再從數據庫文件中取出數據。數據資料分析模塊應有感知、推理和決策判斷等人工智能功能，可根據以往實驗中信息處理、推理、規則集和知識庫進行對比分析。數據資料分析模塊根據自身的知識庫和規則集，判斷出調用哪種或多種功能服務和需要哪些數據，并從數據庫文件中取得所需數據，傳送給其他功能模塊，最后還要把功能執行的結果返回給中心服務器系統，因此這部分的開發可以采用基于模糊神經網絡決策理論的數據分析模型。環境感知模塊和視頻監管模塊，接收中心服務器發出的指令信息，對該信息做出正確的判斷，并啟動相應的行動執行程序。在這個系統里，我們在實驗室中安放由溫度傳感器、濕度感覺器和攝像頭構成的硬件設施，通過溫度傳感器、濕度感覺器來實時獲取實驗室內和工作中的溫度與濕度。攝像頭則用于監測實驗室內的檢驗員做實驗的情況，并通過信號數據線傳輸給交互式實驗室工作計算機。在多總線接口傳輸中實現多個發送器和多個接收器共用一條線路，增強抗干擾能力，加快數據傳送速度，各個數據采集點與計算機間用星形網絡拓撲結構，以廣播方式進行數據通信。進行通信時，用作控制的中心服務器向各交互式實驗室工作計算機發送數據采集命令，然后傳感器將采集的各種數據傳輸給數據采集卡，再由數據采集卡將接收的數據傳輸給交互式實驗室工作計算機，最終傳輸給中心服務器。數據資料分析模塊對當前實驗室的情況進行智能判斷。

2 系統功能架構設計

實驗室監管系統的使用不僅僅限于實驗室管理人員，還包括實驗中心的主任、各職能部門的領導、檢驗員等，因此該系統的使用對象比較多。在系統開發時，將系統架構按功能劃分，系統功能模塊根據用戶對象的不同而分別設計，同時對系統用戶進行歸類，將系統用戶按角色分為：職能部門領導、實驗中心主任、實驗室管理人員、檢驗員等。不同角色的權限、功能與用戶界面都不一樣。系統功能模塊如圖2所示。

（1）職能部門管理模塊。通過這個模塊，各職能部門領導可實時在線了解實驗人員的工作狀況，掌握管轄設備資源的工作狀況，并協助實驗室提高檢驗質量和檢驗員服務水平。

（2）資產登記模塊。與資產管理模塊相連，該模塊采集的數據在本地硬盤存儲一份，同時上傳到辦公室。該模塊包含以下功能模塊：實驗人員管理、實驗設備管理、查詢統計、報表生成與打印、系統管理。通過該模塊，辦公室可以實時在線掌握計量檢測實驗室實驗設備資源的工作狀況，實現設備預約、權限、時限使用，快速統計評估設備資源的利用情況，真正實現設備資源在整個生命周期的全過程管理。

（3）信息查詢模塊。該模塊主要用于檢驗員查詢的實驗安排及實驗室設備的使用情況。該模塊由各個實驗中心的觸摸屏與網上操作兩個部分組成。檢驗員到實驗中心后，用工作卡在觸摸屏上的讀卡器上刷一下，系統自動在屏幕上顯示出檢驗員做實驗的設備編號、實驗時間等，同時系統記錄下該生使用儀器的編號與時間及當時設備的狀況，以便在設備出現不正?，F象或檢驗員不按規范操作時，可以追究相關人員的責任。

（4）檢驗員監控、管理模塊。該模塊是整個系統的核心，檢驗員可以對系統中硬件參數初始化設置，并選擇要監管的實驗室，對停用實驗室可以遠程關閉實驗設備?？梢酝ㄟ^該模塊對各分布式檢測點實驗室設備狀態進行管理。實現在線設備性能狀況登記，并上傳到辦公室，對勘用設備在系統中進行標識，對故障設備進行報修，同時還協調和調度檢驗人員安排的實驗。

（5）實驗中心主任管理模塊。實驗中心主任通過該模塊可以對需在本中心做的實驗進行統籌安排，并提交給系統，由實驗管理模塊對個派駐檢測點安排的實驗進行協調與確認。同時通過該模塊還可以查詢整個分布式交互水表檢測實驗室系統的實驗安排情況，對其中不合理的部分及時向實驗中心提出修改意見。另外，通過該系統還可以實時掌握檢驗員所做實驗的進度與實驗效果。

目前很多計量檢測實驗室的管理還停留在手工管理上，檢測任務數不斷增長，實驗設備不斷增加，因此如何有效地管理與提高實驗室的工作效率，是目前產業計量檢測實驗室急需的問題。要解決該問題關鍵在于將實驗員從日常的管理和數據分析工作中解放出來，提高實驗、實驗室設備、人員管理和實驗結果處理的數字化與智能化水平。

3 結 論

智能實驗室聯盟通過基于“互聯網+”模塊化的設計，采用面向對象的方法、分布交互技術和多線程優先級決斷處理機制，實現監管系統的擴展性、實時性和穩定性，以及全監管過程的實時在線控制。通過對通信、管理和分析決策事務的分離，對多總線通信信道和帶寬的實時監管統一調度，能大大提高整個實驗監管系統的工作效能，同時通過互聯網的連接又能提高產業計量單位管理多個分布式交互實驗室的水平，如果將區塊鏈技術一并融入產業計量市場資源分配和檢測費用結算中，必然會使現有的條塊的分割嚴重，技術交流不暢，資源分配不均。

參考文獻：

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