“云檢測”技術(shù)與應(yīng)用研究

戴錚 劉丹 李瀟

摘 ?要：“云檢測”是一種智慧化檢測新模式和手段，其融合了現(xiàn)有信息化檢測技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新一代信息技術(shù)。該文對實驗室傳統(tǒng)建設(shè)與管理方式存在的問題進(jìn)行了分析，對“云檢測”技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹。通過對檢測業(yè)務(wù)管理、資源管理、主數(shù)據(jù)管理、設(shè)備物聯(lián)、系統(tǒng)管理、對外接口等六大模塊功能的搭建及描述，闡述了“云檢測”技術(shù)在智慧實驗室中的應(yīng)用，希望為管理者對實驗室規(guī)范管理、智慧調(diào)度、過程掌握提供重要的支撐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：“云檢測”;智慧實驗室;物聯(lián)網(wǎng);云計算;區(qū)塊鏈

中圖分類號：TP806+.1 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）13-0160-04

Abstract：“Cloud detection” is a new mode and method of intelligent detection，which integrates the existing information detection technology and the internet of things technology and other new generation information technologies. This article analyzes the problems existing in the traditional laboratory construction and management methods，and introduces the “cloud detection” technology and application in detail. Through the construction and description of the six functional modules of testing business management，resource management，master data management，equipment IoT，system management，and external interface，the application of “cloud detection” technology in smart laboratories is explained. It provides an important supporting basis for standardized laboratory management，intelligent scheduling，and process control.

Keywords：“cloud detection”;smart laboratory;internet of things;cloud computing;blockchain

0 ?引 ?言

隨著科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于實驗室管理中的分析測試技術(shù)、樣品數(shù)量、檢測項目和檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性等方面都提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的傳統(tǒng)檢測技術(shù)和人工管理模式已不太適應(yīng)現(xiàn)代化第三方檢測機構(gòu)、科研院所、高校、企事業(yè)單位的實驗室智慧化管理的要求。

“云檢測”是一種基于網(wǎng)絡(luò)的、面向檢測行業(yè)服務(wù)的智慧化檢測新模式、新手段，其融合了現(xiàn)有信息化檢測技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云計算、區(qū)塊鏈技術(shù)、信息安全技術(shù)等新一代信息技術(shù)，推動檢測行業(yè)不斷向前發(fā)展。湖南航天天麓新材料檢測有限責(zé)任公司自2016年開始研究“云檢測”相關(guān)技術(shù)，經(jīng)過三年多的實踐運行，在“云檢測”領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗。本文作者從實驗室業(yè)務(wù)模塊出發(fā)，結(jié)合本公司實驗室情況從多個角度對“云檢測”技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 ?實驗室傳統(tǒng)建設(shè)與管理方式存在的問題

1.1 ?過程管控缺失

檢測過程無法體系化、規(guī)范化、透明化管理，質(zhì)量問題無法有效閉環(huán)，無法保證數(shù)據(jù)的真實性;無法對檢測過程進(jìn)行有效監(jiān)控，不合格產(chǎn)品數(shù)據(jù)流入市場后，易引發(fā)糾紛。無法有效監(jiān)控員工任務(wù)狀況，協(xié)同辦公、任務(wù)分配不也科學(xué)。

1.2 ?信息數(shù)據(jù)資源開發(fā)利用不足

當(dāng)前檢測數(shù)據(jù)信息資源的綜合開發(fā)利用不足，信息深層次挖掘尚不充分。檢測信息化尚未實現(xiàn)與大數(shù)據(jù)、云計算深度融合，未實現(xiàn)運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的加工處理和綜合分析。

1.3 ?工作效率需提高

大量的檢測數(shù)據(jù)需要依靠人工整理、人工計算、人工判斷，耗費大量時間且易產(chǎn)生誤差。合同、標(biāo)簽、原始記錄、報告等報表依靠人工編制，嚴(yán)重影響辦公效率。

1.4 ?信息無法有效共享

檢測工作涉及多個部門協(xié)同，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)壁壘，產(chǎn)生數(shù)據(jù)孤島，各實驗室之間數(shù)據(jù)無法互通。內(nèi)部的檢測報告、檢測數(shù)據(jù)傳遞需要依靠紙質(zhì)傳遞，造成資源浪費且無法保證數(shù)據(jù)的真實性、時效性。

1.5 ?數(shù)據(jù)查詢、臺賬統(tǒng)計難度大

紙質(zhì)文件需要耗費大量的紙張同時占用大量的保存空間，且查閱起來復(fù)雜、無法快速查找。檢測費用計算、工作量評估耗費大量精力，數(shù)據(jù)整合分析困難。

2 ?“云檢測”技術(shù)與應(yīng)用

2.1 ?“云檢測”技術(shù)重點研究方向

2.1.1 ?檢測即服務(wù)

檢測即服務(wù)（Test as a Service，TaaS）：根據(jù)檢測所需的軟硬件資源建立一個虛擬檢測實驗室，其中封裝了各種用于檢測分析的軟件功能作為云服務(wù)，同時也提供了檢測設(shè)備、試驗平臺等硬件資源的遠(yuǎn)程接入和使用服務(wù)。通過檢測云平臺高效整合各項檢測資源和能力，線上提供虛實相結(jié)合的智能化、個性化、在線化的一站式檢測云平臺服務(wù)，線下依托檢測設(shè)備、試驗平臺等提供檢測技術(shù)服務(wù)。

2.1.2 ?業(yè)務(wù)即服務(wù)

業(yè)務(wù)即服務(wù)（Business as a Service，BaaS）：在檢測業(yè)務(wù)的全過程中，對于各項經(jīng)營管理活動和交易行為，如銷售管理、客戶關(guān)系管理、物流管理等業(yè)務(wù)，提供在線化的云端資源和能力服務(wù)，用戶可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需要定制個性化的業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)外部協(xié)作和內(nèi)部管理、核心業(yè)務(wù)無縫銜接。

2.1.3 ?管理即服務(wù)

管理即服務(wù)（Management as a Service，MaaS）：檢測過程中需要各種檢測設(shè)備資源和軟件資源的配合，根據(jù)檢測機構(gòu)的日常管理需要，針對各項檢測管理活動如流程管理、數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理等管理活動，實施任務(wù)作業(yè)調(diào)度、數(shù)據(jù)自動化采集、檢測設(shè)備狀態(tài)采集和控制、檢測數(shù)據(jù)溯源等能力服務(wù)，從而將檢測環(huán)節(jié)透明化，輔助檢測用戶和檢測機構(gòu)對檢測過程的監(jiān)控和管理。

2.1.4 ?數(shù)據(jù)即服務(wù)

數(shù)據(jù)即服務(wù)（Data as a Service，DaaS）：檢測過程中產(chǎn)生大量的檢測數(shù)據(jù)和交易數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建檢測大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分析和處理，為檢測機構(gòu)和檢測客戶提供大數(shù)據(jù)服務(wù)，構(gòu)建各行業(yè)知識圖譜，進(jìn)行檢測分析和技術(shù)發(fā)展預(yù)測;形成檢測交易信用數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建行業(yè)信用體系，控制交易風(fēng)險;結(jié)合區(qū)塊鏈、混合云和網(wǎng)絡(luò)渠道安全技術(shù)，保障檢測數(shù)據(jù)的安全性和可靠性[1]。

2.2 ?關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 ?物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)（IOT）技術(shù)開發(fā)檢測設(shè)備通用數(shù)據(jù)模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊，打通實驗室檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)接口和監(jiān)控設(shè)備接口，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)自動采集、檢測報告自動生成、實驗室環(huán)境監(jiān)控等功能。檢測機構(gòu)對日常檢測過程進(jìn)行線上管理，提供例如檢測過程管理、數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、實驗室現(xiàn)場透明監(jiān)控等服務(wù)[2，3]。

2.2.2 ?大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)

基于大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)，依據(jù)檢測數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)畫像，從而對其工藝、配方和技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化;結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取檢測設(shè)備實時工作狀態(tài)，為檢測需求找到空閑的檢測設(shè)備并進(jìn)行需求推送，實現(xiàn)檢測設(shè)備實時管理和多實驗室設(shè)備協(xié)同，提高檢測設(shè)備資源的利用率。在這一過程中，運用數(shù)學(xué)技術(shù)優(yōu)化檢測大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，評估模型有效性，建立處理策略機制，編寫出針對檢測大數(shù)據(jù)的專用軟件算法，進(jìn)一步為大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)在檢測行業(yè)的應(yīng)用提供數(shù)學(xué)理論和應(yīng)用支持[4]。

2.2.3 ?區(qū)塊鏈技術(shù)

基于區(qū)塊鏈技術(shù)中的共識機制、加密算法和分布式存儲技術(shù)，解決檢測行業(yè)的信用體系、數(shù)據(jù)安全、報告溯源等問題。采用區(qū)塊鏈共識機制，構(gòu)建檢測交易信用數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建行業(yè)信用體系，幫助檢測機構(gòu)和檢測客戶控制交易風(fēng)險;采用區(qū)塊鏈非對稱加密算法，保障檢測數(shù)據(jù)的安全性和可靠性;采用分布式記賬技術(shù)，對檢測報告構(gòu)造“唯一性”標(biāo)識，很好的解決檢測數(shù)據(jù)溯源難的問題，查詢原始檢測數(shù)據(jù)真實、可靠[5]。

2.2.4 ?信息安全技術(shù)

信息安全技術(shù)是指確保云檢測系統(tǒng)中的硬件、軟件、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)受到保護(hù)，不受偶然的或者惡意的原因?qū)е聰?shù)據(jù)遭到破壞、更改、泄露，保證系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)連續(xù)、可靠、正常運行和服務(wù)的技術(shù)。信息安全技術(shù)包括物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)安全、應(yīng)用安全、人員和過程層面的管理安全等技術(shù)。

3 ?“云檢測”技術(shù)在智慧實驗室中的應(yīng)用

“云檢測”強調(diào)發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云計算、區(qū)塊鏈技術(shù)、信息安全技術(shù)等新一代信息技術(shù)的優(yōu)勢，智慧實驗室建設(shè)可以使相關(guān)優(yōu)勢得到全面直觀體現(xiàn)[6，7]?！霸茩z測”以實驗室的管理業(yè)務(wù)為核心，遵照國際規(guī)范進(jìn)行管理，將管理思想與現(xiàn)代的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)相結(jié)合，利用分布式管理體系來實現(xiàn)實驗室的管理，將資源管理、業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)管理和報表管理等功能有機的結(jié)合成一體[8]，可對實驗室的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、報告編制、報告管理、人員管理、樣品管理、質(zhì)量管理和資源管理等環(huán)節(jié)進(jìn)行全程監(jiān)控，是幫助實驗室走向規(guī)范化、信息化的重要手段[9]。

3.1 ?總體架構(gòu)

總體架構(gòu)劃分為6層，從上向下依次為訪問層、應(yīng)用層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)層，如圖1所示。

（1）訪問層：訪問層針對不同的訪問終端展示不同的服務(wù)界面，用戶可以通過PC端、電視大屏和其他終端設(shè)備進(jìn)行訪問，獲取相應(yīng)的服務(wù);

（2）應(yīng)用層：應(yīng)用層用于實現(xiàn)檢測業(yè)務(wù)的整體管理，主要由檢測業(yè)務(wù)管理、資源管理、主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)和現(xiàn)場可視化、系統(tǒng)管理五大功能模塊構(gòu)成，該層為整個系統(tǒng)的核心;

（3）應(yīng)用支撐層：應(yīng)用支撐層用于提供對系統(tǒng)應(yīng)用的強大支撐，包括數(shù)據(jù)接口、B/S架構(gòu)、Web發(fā)布等;

（4）數(shù)據(jù)庫層：數(shù)據(jù)庫層用于保存平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集層實時采集的數(shù)據(jù)與用戶產(chǎn)生的交互數(shù)據(jù)等，并依需要提供各類數(shù)據(jù)服務(wù)，如：實時數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)分析中間庫、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)等;

（5）數(shù)據(jù)采集層：數(shù)據(jù)采集層主要是用戶分析與轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)，按照指定規(guī)則解析數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)庫層，數(shù)據(jù)采集層包括設(shè)備網(wǎng)關(guān)、原始數(shù)據(jù)解析入庫、數(shù)據(jù)分析計算存儲、自有數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換;

（6）網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層主要是通過各種傳感器、PLC通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過4G/5G等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并將網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，將設(shè)備納入一個網(wǎng)段，實現(xiàn)設(shè)備的物聯(lián)共享。

3.2 ?功能設(shè)計

“云檢測”滿足《檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評價檢驗檢測機構(gòu)通用要求》（RB/T 214—2017）[10]和《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》[11]?！霸茩z測”功能包含六大模塊，包括檢測業(yè)務(wù)管理平臺、資源管理平臺、主數(shù)據(jù)管理平臺、設(shè)備物聯(lián)平臺、系統(tǒng)管理平臺、對外接口。

3.2.1 ?檢測業(yè)務(wù)管理平臺

檢測業(yè)務(wù)管理平臺包括在線委托、合同評審、樣品管理、任務(wù)管理、檢測管理、報告管理等核心業(yè)務(wù)流程，它既是日常工作的提效點，又是對檢測結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。檢測業(yè)務(wù)管理平臺支持對整個檢驗過程的閉環(huán)管理，確保整個檢驗過程可視、可管、可控，是整個系統(tǒng)的核心部分。

3.2.2 ?資源管理平臺

資源管理平臺涉及實驗室的人、機、料、法、環(huán)全面管理，是“云檢測”較為重要的組成模塊之一，資源管理平臺把影響實驗結(jié)果的諸多因素進(jìn)行全面整合、統(tǒng)一管控，主要包括人員管理、設(shè)備管理、文件管理、環(huán)境管理、試劑耗材管理、標(biāo)物標(biāo)液管理、供應(yīng)商管理。

3.2.3 ?主數(shù)據(jù)管理平臺

主數(shù)據(jù)管理平臺的功能主要包括：

（1）檢測方法管理：檢測方法和作業(yè)指導(dǎo)書以電子方式存檔，通過權(quán)限控制可對方法進(jìn)行調(diào)閱、更新、作廢處理;

（2）檢測標(biāo)準(zhǔn)管理：在該模塊內(nèi)可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)錄入、標(biāo)準(zhǔn)分類、標(biāo)準(zhǔn)查詢、標(biāo)準(zhǔn)查新和標(biāo)準(zhǔn)替換等功能，已經(jīng)被替換或未在認(rèn)證能力范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，在使用時會自動提示標(biāo)準(zhǔn)作廢和非認(rèn)證項目[12];

（3）檢測項目管理：該模塊可依據(jù)實驗室的檢測能力創(chuàng)建檢測項目庫，包括項目名稱、方法/依據(jù)、檢測對象、檢測周期、檢測限值、檢測費用標(biāo)準(zhǔn)等等，檢測項目庫覆蓋多個檢測領(lǐng)域，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);

（4）報告模板管理：該模塊可依據(jù)檢測領(lǐng)域、檢測認(rèn)證項目（如獲得CNAS認(rèn)證、CMA認(rèn)證的檢測項目）創(chuàng)建多個報告模板;

（5）原始記錄模板管理：用于動態(tài)管理和維護(hù)檢測過程的原始記錄，各專業(yè)實驗室可依據(jù)不同的檢測領(lǐng)域或檢測項目自定義創(chuàng)建原始記錄模板;

（6）樣品類別管理：對于客戶送檢樣品進(jìn)行分類登記、數(shù)據(jù)維護(hù)，便于樣品管理員進(jìn)行樣品管理;

（7）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：通過智慧大屏對實驗室運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行實時監(jiān)控、對生產(chǎn)數(shù)據(jù)、經(jīng)營數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和結(jié)果展示，實現(xiàn)檢測信息公開。大屏展示效果如圖2所示。

3.2.4 ?設(shè)備物聯(lián)

儀器測試數(shù)據(jù)的自動采集，即設(shè)備物聯(lián)。手工錄入易造成數(shù)據(jù)錯誤或偏差，增加了檢測科室核對數(shù)據(jù)和修改數(shù)據(jù)的工作量，降低了工作效率。實現(xiàn)設(shè)備物聯(lián)后，可以將分析儀器獲得的數(shù)據(jù)直接自動傳輸，減少手動錄入可能出現(xiàn)的差錯。設(shè)備物聯(lián)平臺可實現(xiàn)檢測自動化、設(shè)備物聯(lián)化、數(shù)據(jù)自動采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備巡檢等功能。

3.2.5 ?系統(tǒng)管理平臺

系統(tǒng)管理平臺包含人員管理、角色管理、權(quán)限管理、菜單管理、日志管理、數(shù)據(jù)字典管理等。其中數(shù)據(jù)字典是用于創(chuàng)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化存檔，便于后期維護(hù)。

3.2.6 ?對外接口設(shè)計

對外接口設(shè)計開發(fā)了ERP系統(tǒng)接口、MES系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)、供應(yīng)鏈系統(tǒng)、其他系統(tǒng)接口。

3.3 ?主要業(yè)務(wù)流程

“云檢測”主要業(yè)務(wù)流程為：

（1）檢測用戶完成檢測項目相關(guān)信息瀏覽、線上咨詢后填寫檢測委托單并進(jìn)行線上支付;

（2）檢測機構(gòu)完成業(yè)務(wù)受理，進(jìn)行委托登記樣品管理員;

（3）檢測機構(gòu)進(jìn)行任務(wù)分配，部分檢測任務(wù)可進(jìn)行設(shè)備預(yù)約;

（4）檢測員進(jìn)行檢測，將檢測結(jié)果輸入到原始記錄單，已經(jīng)物聯(lián)的設(shè)備可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，檢測結(jié)果自動傳輸生成原始記錄單;

（5）檢測員對檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)審核;

（6）檢測員編制檢測報告;

（7）審核員對檢測報告進(jìn)行審核;

（8）報告經(jīng)批準(zhǔn)后進(jìn)行電子簽名、電子印章后方可進(jìn)行報告發(fā)放，報告發(fā)放后客戶收到通知短信;

（9）對無異議的檢測報告進(jìn)行存檔，客戶如有異議可提出復(fù)檢申請。

主要業(yè)務(wù)流程圖如圖3所示。

4 ?結(jié) ?論

隨著網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，“云檢測”已成為檢測行業(yè)發(fā)展的趨勢，不斷利用新一代信息化技術(shù)推動“云檢測”的發(fā)展在整個檢測行業(yè)已達(dá)成共識。本文以發(fā)展云檢測產(chǎn)業(yè)為出發(fā)點，以提升實驗室服務(wù)效能為核心，對“云檢測”技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹，并研究了“云檢測”技術(shù)在智慧實驗室中的應(yīng)用，以期為檢測用戶提供全流程的檢測服務(wù)，為檢測機構(gòu)業(yè)務(wù)流程提供便利，為檢測機構(gòu)管理者提供有效的決策支撐依據(jù)，催生出以信息技術(shù)與檢測行業(yè)全方位深度融合為特征的“云檢測”新模式、新業(yè)態(tài)。

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作者簡介：戴錚（1982—），男，漢族，湖南長沙人，副總經(jīng)理，高級工程師，碩士研究生，研究方向：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)溯源技術(shù)。