李勇 趙培 王繼迎 張彥鵬

[摘 要]文章通過設(shè)計(jì)一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的分布交互式多實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)管系統(tǒng)，管理人員通過這個(gè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)分布式計(jì)量檢定實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控與管理?；诙嗫偩€的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與傳輸和基于構(gòu)件化的互聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)管技術(shù)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)分布交互式檢測(cè)智能實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)想，引入人工智能分析理念，實(shí)現(xiàn)有效的管理與提高實(shí)驗(yàn)室的工作效率，將實(shí)驗(yàn)員從日常的事務(wù)性工作中解放出來，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備與人員管理的數(shù)字化與智能化。

[關(guān)鍵詞]分布式交互；智能實(shí)驗(yàn)室；模塊化；智能決策

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

目前隨著檢測(cè)需求規(guī)模的不斷增大，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室任務(wù)也不斷增多，實(shí)驗(yàn)室工作人員的負(fù)擔(dān)越來越重。在現(xiàn)有條件下，比較好的辦法就是設(shè)計(jì)一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的分布交互式多實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)管系統(tǒng)，管理人員通過這個(gè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)多實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)管。

分布交互式智能實(shí)驗(yàn)室是一種高端智能實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)管應(yīng)用。智能監(jiān)管系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別監(jiān)管對(duì)象和監(jiān)管環(huán)境，發(fā)現(xiàn)監(jiān)管環(huán)境中的異常信息，能夠以最快和最佳的方式提供解決預(yù)案和處置信息，從而能夠更加有效地協(xié)助實(shí)驗(yàn)人員處理日常業(yè)務(wù)工作，并最大限度地降低人工失誤現(xiàn)象。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

由于計(jì)量系統(tǒng)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室很多，且各實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境也不相同，要求開發(fā)出來的系統(tǒng)要有很強(qiáng)的適應(yīng)性與可擴(kuò)展性，因此，開發(fā)采用基于構(gòu)件化的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)就十分必要。系統(tǒng)中工作任務(wù)重的通信控制模塊，采用基于多總線的優(yōu)先級(jí)處理方式的全雙工實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與傳輸，可有效降低監(jiān)管數(shù)據(jù)流量較大時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)端口通信信息吞吐量重的問題，又可保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和可靠性，還減少遠(yuǎn)程主機(jī)與各監(jiān)控點(diǎn)間大量的重復(fù)數(shù)據(jù)交換，避免網(wǎng)絡(luò)延時(shí)帶來的監(jiān)管不同步的問題，降低應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接的帶寬及可靠性和穩(wěn)定性的開銷，提高系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)交互可靠性及運(yùn)行的穩(wěn)定性。

根據(jù)構(gòu)件化的原理及多總線系統(tǒng)的特殊性，設(shè)計(jì)如圖1所示的體系結(jié)構(gòu)。整個(gè)智能監(jiān)管系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)室智能化服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊根據(jù)功能分工，采用不同的結(jié)構(gòu)模型。設(shè)備控制管理模塊在實(shí)際開發(fā)時(shí)采用基于多總線混合型控制模塊架構(gòu)，對(duì)通信信息按照優(yōu)先度等級(jí)進(jìn)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(fù)責(zé)從各分布式智能實(shí)驗(yàn)室采集監(jiān)管過程的各種實(shí)時(shí)信息，并存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員需要使用和分析這些數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)再從數(shù)據(jù)庫文件中取出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)資料分析模塊應(yīng)有感知、推理和決策判斷等人工智能功能，可根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)中信息處理、推理、規(guī)則集和知識(shí)庫進(jìn)行對(duì)比分析。數(shù)據(jù)資料分析模塊根據(jù)自身的知識(shí)庫和規(guī)則集，判斷出調(diào)用哪種或多種功能服務(wù)和需要哪些數(shù)據(jù)，并從數(shù)據(jù)庫文件中取得所需數(shù)據(jù)，傳送給其他功能模塊，最后還要把功能執(zhí)行的結(jié)果返回給中心服務(wù)器系統(tǒng)，因此這部分的開發(fā)可以采用基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)決策理論的數(shù)據(jù)分析模型。環(huán)境感知模塊和視頻監(jiān)管模塊，接收中心服務(wù)器發(fā)出的指令信息，對(duì)該信息做出正確的判斷，并啟動(dòng)相應(yīng)的行動(dòng)執(zhí)行程序。在這個(gè)系統(tǒng)里，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中安放由溫度傳感器、濕度感覺器和攝像頭構(gòu)成的硬件設(shè)施，通過溫度傳感器、濕度感覺器來實(shí)時(shí)獲取實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和工作中的溫度與濕度。攝像頭則用于監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的檢驗(yàn)員做實(shí)驗(yàn)的情況，并通過信號(hào)數(shù)據(jù)線傳輸給交互式實(shí)驗(yàn)室工作計(jì)算機(jī)。在多總線接口傳輸中實(shí)現(xiàn)多個(gè)發(fā)送器和多個(gè)接收器共用一條線路，增強(qiáng)抗干擾能力，加快數(shù)據(jù)傳送速度，各個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)與計(jì)算機(jī)間用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以廣播方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。進(jìn)行通信時(shí)，用作控制的中心服務(wù)器向各交互式實(shí)驗(yàn)室工作計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，然后傳感器將采集的各種數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，再由數(shù)據(jù)采集卡將接收的數(shù)據(jù)傳輸給交互式實(shí)驗(yàn)室工作計(jì)算機(jī)，最終傳輸給中心服務(wù)器。數(shù)據(jù)資料分析模塊對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室的情況進(jìn)行智能判斷。

2 系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室監(jiān)管系統(tǒng)的使用不僅僅限于實(shí)驗(yàn)室管理人員，還包括實(shí)驗(yàn)中心的主任、各職能部門的領(lǐng)導(dǎo)、檢驗(yàn)員等，因此該系統(tǒng)的使用對(duì)象比較多。在系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，將系統(tǒng)架構(gòu)按功能劃分，系統(tǒng)功能模塊根據(jù)用戶對(duì)象的不同而分別設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行歸類，將系統(tǒng)用戶按角色分為：職能部門領(lǐng)導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)中心主任、實(shí)驗(yàn)室管理人員、檢驗(yàn)員等。不同角色的權(quán)限、功能與用戶界面都不一樣。系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。

（1）職能部門管理模塊。通過這個(gè)模塊，各職能部門領(lǐng)導(dǎo)可實(shí)時(shí)在線了解實(shí)驗(yàn)人員的工作狀況，掌握管轄設(shè)備資源的工作狀況，并協(xié)助實(shí)驗(yàn)室提高檢驗(yàn)質(zhì)量和檢驗(yàn)員服務(wù)水平。

（2）資產(chǎn)登記模塊。與資產(chǎn)管理模塊相連，該模塊采集的數(shù)據(jù)在本地硬盤存儲(chǔ)一份，同時(shí)上傳到辦公室。該模塊包含以下功能模塊：實(shí)驗(yàn)人員管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理、查詢統(tǒng)計(jì)、報(bào)表生成與打印、系統(tǒng)管理。通過該模塊，辦公室可以實(shí)時(shí)在線掌握計(jì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源的工作狀況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)約、權(quán)限、時(shí)限使用，快速統(tǒng)計(jì)評(píng)估設(shè)備資源的利用情況，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源在整個(gè)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(yàn)員查詢的實(shí)驗(yàn)安排及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用情況。該模塊由各個(gè)實(shí)驗(yàn)中心的觸摸屏與網(wǎng)上操作兩個(gè)部分組成。檢驗(yàn)員到實(shí)驗(yàn)中心后，用工作卡在觸摸屏上的讀卡器上刷一下，系統(tǒng)自動(dòng)在屏幕上顯示出檢驗(yàn)員做實(shí)驗(yàn)的設(shè)備編號(hào)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間等，同時(shí)系統(tǒng)記錄下該生使用儀器的編號(hào)與時(shí)間及當(dāng)時(shí)設(shè)備的狀況，以便在設(shè)備出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象或檢驗(yàn)員不按規(guī)范操作時(shí)，可以追究相關(guān)人員的責(zé)任。

（4）檢驗(yàn)員監(jiān)控、管理模塊。該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，檢驗(yàn)員可以對(duì)系統(tǒng)中硬件參數(shù)初始化設(shè)置，并選擇要監(jiān)管的實(shí)驗(yàn)室，對(duì)停用實(shí)驗(yàn)室可以遠(yuǎn)程關(guān)閉實(shí)驗(yàn)設(shè)備。可以通過該模塊對(duì)各分布式檢測(cè)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行管理。實(shí)現(xiàn)在線設(shè)備性能狀況登記，并上傳到辦公室，對(duì)勘用設(shè)備在系統(tǒng)中進(jìn)行標(biāo)識(shí)，對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行報(bào)修，同時(shí)還協(xié)調(diào)和調(diào)度檢驗(yàn)人員安排的實(shí)驗(yàn)。

（5）實(shí)驗(yàn)中心主任管理模塊。實(shí)驗(yàn)中心主任通過該模塊可以對(duì)需在本中心做的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，并提交給系統(tǒng)，由實(shí)驗(yàn)管理模塊對(duì)個(gè)派駐檢測(cè)點(diǎn)安排的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行協(xié)調(diào)與確認(rèn)。同時(shí)通過該模塊還可以查詢整個(gè)分布式交互水表檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)安排情況，對(duì)其中不合理的部分及時(shí)向?qū)嶒?yàn)中心提出修改意見。另外，通過該系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)掌握檢驗(yàn)員所做實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度與實(shí)驗(yàn)效果。

目前很多計(jì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的管理還停留在手工管理上，檢測(cè)任務(wù)數(shù)不斷增長，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不斷增加，因此如何有效地管理與提高實(shí)驗(yàn)室的工作效率，是目前產(chǎn)業(yè)計(jì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室急需的問題。要解決該問題關(guān)鍵在于將實(shí)驗(yàn)員從日常的管理和數(shù)據(jù)分析工作中解放出來，提高實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、人員管理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的數(shù)字化與智能化水平。

3 結(jié) 論

智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟通過基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模塊化的設(shè)計(jì)，采用面向?qū)ο蟮姆椒?、分布交互技術(shù)和多線程優(yōu)先級(jí)決斷處理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管系統(tǒng)的擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，以及全監(jiān)管過程的實(shí)時(shí)在線控制。通過對(duì)通信、管理和分析決策事務(wù)的分離，對(duì)多總線通信信道和帶寬的實(shí)時(shí)監(jiān)管統(tǒng)一調(diào)度，能大大提高整個(gè)實(shí)驗(yàn)監(jiān)管系統(tǒng)的工作效能，同時(shí)通過互聯(lián)網(wǎng)的連接又能提高產(chǎn)業(yè)計(jì)量單位管理多個(gè)分布式交互實(shí)驗(yàn)室的水平，如果將區(qū)塊鏈技術(shù)一并融入產(chǎn)業(yè)計(jì)量市場資源分配和檢測(cè)費(fèi)用結(jié)算中，必然會(huì)使現(xiàn)有的條塊的分割嚴(yán)重，技術(shù)交流不暢，資源分配不均。

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