一、計(jì)量器具軟件國內(nèi)發(fā)展歷程
1.發(fā)展歷程
20世紀(jì)80年代，軟件作為高速發(fā)展中的新興產(chǎn)業(yè)，影響著全球的信息化，軟件技術(shù)也逐步應(yīng)用到電子計(jì)量器具儀表中。如今軟件已經(jīng)成為電子儀表一個(gè)不可或缺的核心部件。多數(shù)儀表軟件經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從單一到復(fù)合的一個(gè)過程。
建國初期較長一段時(shí)間內(nèi)，我國的計(jì)量器具基本上都是機(jī)械儀器，電子設(shè)備非常缺乏。隨著機(jī)電行業(yè)的發(fā)展，計(jì)量器具才逐步過渡到電器產(chǎn)品上來。20世紀(jì)80年代末90年代初中期，隨著我國集成電路技術(shù)的發(fā)展，8位單片機(jī)系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。這類單片機(jī)系統(tǒng)功能比較簡單、集成度不高、軟件規(guī)模較小，一般由一個(gè)軟件工程師編寫匯編程序即可完成全部的軟件功能。這些功能主要表現(xiàn)為將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)通過顯示屏顯示出來。這樣我國計(jì)量器具電子化的序幕正式拉開，與此同時(shí)，國際國內(nèi)針對(duì)電子儀表的法規(guī)也逐步建立。由于一些客觀原因，到目前，我國很多儀表企業(yè)僅使用這樣的單片機(jī)技術(shù)就可維持生存。
20世紀(jì)90年代末是一個(gè)科學(xué)技術(shù)極大發(fā)展的時(shí)期。納米技術(shù)成就了超大規(guī)模集成電路的形成，原先簡單的8位單片機(jī)技術(shù)被升級(jí)到16位系統(tǒng)、專用DSP系統(tǒng)和32位系統(tǒng)，越來越多的硬件功能被集成到一塊集成電路上，與之相應(yīng)的嵌入式軟件系統(tǒng)也隨之變得越來越復(fù)雜。很多電子儀表器具軟件也悄然發(fā)生著變化，更為高級(jí)的C和C++編程語言被廣泛應(yīng)用到嵌入式軟件設(shè)計(jì)中，使得軟件規(guī)模變得巨大，從而軟件工程思想成為儀表軟件研發(fā)的主流思想。21世紀(jì)初，嵌入式操作系統(tǒng)(如uc/OSII、Linux等)被加入電子儀表的軟件設(shè)計(jì)中，使得電子儀表軟件功能除了單一的模數(shù)轉(zhuǎn)換外，同時(shí)還具備了基于復(fù)雜數(shù)學(xué)算法的核心算法特性(如數(shù)字信號(hào)處理等)、各種專用軟件模塊特性以及復(fù)雜邏輯控制特性。軟件成為各行各業(yè)電子儀表的絕對(duì)核心部件。
另外，進(jìn)入21世紀(jì)以來，以信息交換數(shù)據(jù)共享為目的的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到蓬勃發(fā)展。同時(shí)，遠(yuǎn)程校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用使得電子儀表的軟件從簡單的嵌入式系統(tǒng)擴(kuò)展到更為復(fù)雜的具有后臺(tái)計(jì)算機(jī)支撐的系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見，建立響應(yīng)及時(shí)數(shù)據(jù)相對(duì)集中的信息化平臺(tái)將引領(lǐng)今后電子計(jì)量器具軟件的發(fā)展方向。
2.發(fā)展的局限性
我國計(jì)量器具發(fā)展至今，在機(jī)械加工制造工藝流程質(zhì)量控制方面已經(jīng)達(dá)到較高的水平。但是計(jì)量器具中的控制軟件在研發(fā)水平、維護(hù)質(zhì)量等方面卻不盡如人意。究其原因不外乎以下幾點(diǎn):
首先，國內(nèi)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度不夠。盜版泛濫、抄板肆虐，因?yàn)榍謾?quán)打官司的案例不勝枚舉，甚至跨國案件也不少見。也正因此，國內(nèi)廠商特別是中小企業(yè)普遍對(duì)軟件產(chǎn)品研發(fā)不夠重視。表現(xiàn)在研發(fā)方面，許多企業(yè)在硬件的研發(fā)上投入是大手筆，而在軟件方面則舍不得投入。國內(nèi)某些地區(qū)，一家研發(fā)的軟件可以供幾十個(gè)小廠商的同類衡器產(chǎn)品使用。
其次，涉足計(jì)量器具專業(yè)軟件的開發(fā)商不具規(guī)模，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。以國內(nèi)衡器行業(yè)計(jì)量器具軟件為例，業(yè)內(nèi)幾乎沒有專業(yè)的稱重軟件研發(fā)公司。那么從事稱重軟件的研發(fā)只能依靠衡器生產(chǎn)商自身，一些中小企業(yè)，招一個(gè)具有嵌入式開發(fā)背景的技術(shù)人員按照別人的功能模仿改版，稍好一點(diǎn)的技術(shù)人員還可以提出自己的想法，但是也僅此而已。只要保證低端產(chǎn)品的功能可以正常使用不發(fā)生頻繁出錯(cuò)的情況即可，根本談不上質(zhì)量保證，因?yàn)橐坏┏鲥e(cuò)大不了重新啟動(dòng)儀表。另一方面，小公司不太可能花費(fèi)大量時(shí)間和精力去研究所用研發(fā)工具、采用芯片的內(nèi)在質(zhì)量及兼容特性等指標(biāo)，往往造成一些影響行業(yè)的事件。2010年全國范圍內(nèi)突發(fā)的出租汽車計(jì)價(jià)器死機(jī)事件是不該忘記的教訓(xùn)。
再次，計(jì)量儀表軟件自身存在著需求廣而雜、研發(fā)時(shí)間短、版本不好統(tǒng)一、實(shí)施和維護(hù)成本高的問題。這些制約儀表軟件的快速發(fā)展。以皮帶秤或汽車衡為例，如果汽車衡或皮帶秤僅作為稱重環(huán)節(jié)使用的工具，那么功能相對(duì)簡單的多，也便于實(shí)施。但如果涉及企業(yè)的ERP管理，或者OA辦公等綜合軟件，那么每個(gè)客戶提出的需求要單獨(dú)考慮，而且往往這些需求的時(shí)間非常緊，這直接影響研發(fā)、版本、安裝過程中的不完善，而且多數(shù)情況下留有技術(shù)上和安全性上的許多漏洞，將來的維護(hù)成本自然不會(huì)低。
最后，由于IT行業(yè)的包容性和技術(shù)性造成了技術(shù)人員的流動(dòng)性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)要高于其他傳統(tǒng)行業(yè)。IT人員在企業(yè)學(xué)到經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技術(shù)后，如果得不到自己預(yù)期的待遇很容易見異思遷，有些甚至在研發(fā)的產(chǎn)品中植入炫耀性的或惡意性的程序代碼。
二、計(jì)量器具軟件未來發(fā)展方向
要對(duì)軟件的發(fā)展預(yù)測(cè)作出準(zhǔn)確的判定不是一件容易的事，在IT技術(shù)突飛猛進(jìn)的這么多年，硬件的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過軟件。但是就目前國際國內(nèi)的行業(yè)前瞻性研究及面臨的問題可以對(duì)我國計(jì)量器具軟件的大致發(fā)展方向做些預(yù)測(cè)。
1.遠(yuǎn)程計(jì)量校準(zhǔn)功能
目前，計(jì)量所需的標(biāo)準(zhǔn)量值可以大致分為兩類:一類是以實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)為載體，通過實(shí)物的測(cè)量來復(fù)現(xiàn)，計(jì)量校準(zhǔn)的主要過程需要與實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較測(cè)量，而信息技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)物的傳遞。因此，對(duì)這類標(biāo)準(zhǔn)目前還很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)；另一類標(biāo)準(zhǔn)不以實(shí)物為載體，而以規(guī)定的方法或自然常數(shù)為基礎(chǔ)，如以相對(duì)關(guān)系為基礎(chǔ)的比例參數(shù)、相位參數(shù)、瞬時(shí)量參數(shù)、統(tǒng)計(jì)量參數(shù)等，這些標(biāo)準(zhǔn)理論上都可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)。因此，目前研究的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)技術(shù)大多是針對(duì)這類參量展開的。特別是近年來，我國計(jì)量法制職能發(fā)展方向之一的能源計(jì)量，涉及面廣、數(shù)據(jù)量大，采用傳統(tǒng)上報(bào)數(shù)據(jù)的方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會(huì)各級(jí)的需求。因此，結(jié)合能源計(jì)量、環(huán)境監(jiān)測(cè)等國家級(jí)項(xiàng)目的鋪開，研發(fā)帶有遠(yuǎn)程計(jì)量校準(zhǔn)功能的計(jì)量器具軟件將是各家制造廠商的重點(diǎn)研究任務(wù)。
2.遵循行業(yè)協(xié)議規(guī)范
目前帶有遠(yuǎn)程功能的計(jì)量器具軟件雖然可以移植在大多數(shù)電子計(jì)量器具上，但是不同的計(jì)量器具軟件研發(fā)廠家和制造商之間的通信協(xié)議由于涉及前面提到的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題卻并不一致。在不同廠家的產(chǎn)品之間如何互聯(lián)互通成為一個(gè)行業(yè)性的問題。因此，及早推出有利于行業(yè)健康發(fā)展的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)不僅對(duì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)有利，也起到保護(hù)國內(nèi)企業(yè)合法利益的作用。更是對(duì)減少惡性競爭，過度依賴國外產(chǎn)品，增強(qiáng)國貨產(chǎn)品國際競爭力有重要意義。
3.自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
隨著各領(lǐng)域產(chǎn)品的功能復(fù)雜程度大幅提高，面對(duì)測(cè)試參量種類的繁雜、測(cè)試難度的增加以及測(cè)試實(shí)時(shí)性要求的日益增多，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室人工檢測(cè)手段在很多現(xiàn)場檢測(cè)場合已經(jīng)無法滿足法制檢定、周期檢測(cè)、校準(zhǔn)需求。另外大型工程設(shè)備，生產(chǎn)企業(yè)中的關(guān)鍵儀器以及涉及安全生產(chǎn)的、保障設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基本需求越來越高。近年來，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)以及高速總線控制技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，正體現(xiàn)出其自身的優(yōu)勢(shì)。譬如測(cè)量過程中減少人為的誤差、減少檢測(cè)人員工作量、可以在線檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制等。自動(dòng)監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)軟件必將成為新世紀(jì)測(cè)量、測(cè)試領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一，甚至其行業(yè)發(fā)展的技術(shù)水平可能成為一個(gè)國家計(jì)量技術(shù)水平評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素。
4.重構(gòu)測(cè)試軟件
為了結(jié)合軟硬件各自特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，前些年就有人提出了重構(gòu)系統(tǒng)的概念。這種思想改變了以往由制造廠家根據(jù)市場需求設(shè)置計(jì)量器具應(yīng)用功能交由用戶使用的單一局面，而是根據(jù)不同測(cè)試需求提供給用戶可以自定義儀器功能的一種全新應(yīng)用。其主要的思想就是在一個(gè)通用的硬件平臺(tái)上，由用戶通過軟件的參數(shù)設(shè)置來實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試功能。這一構(gòu)思本質(zhì)上是利用可編程器件邏輯狀態(tài)可設(shè)的特性，結(jié)合軟件技術(shù)，使儀表硬件資源可復(fù)用。軟件無線電測(cè)試系統(tǒng)可以算是重構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)例子，近年來，我國對(duì)軟件無線電也給予了較大的重視和投入。
背景資料國內(nèi)計(jì)量儀表行業(yè)現(xiàn)狀
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和多芯片模塊(MCM)等技術(shù)使得在線監(jiān)測(cè)或遠(yuǎn)程校準(zhǔn)變得可能，這樣的儀表往往需要能夠即時(shí)反饋現(xiàn)場的檢測(cè)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，這些高精尖的計(jì)量器具儀表依靠的不僅是更加先進(jìn)的制造工藝，還有作為這些高端產(chǎn)品的核心部件——軟件。計(jì)量行業(yè)普遍認(rèn)為，高性能、高可靠、便攜化、帶遠(yuǎn)傳功能的數(shù)字儀表是今后計(jì)量器具發(fā)展的方向。數(shù)字技術(shù)和智能芯片的出現(xiàn)把模擬式儀器的準(zhǔn)確度、分辨力與測(cè)量速度提高了幾個(gè)量級(jí)，為實(shí)現(xiàn)傻瓜式的測(cè)試自動(dòng)化提供較好的基礎(chǔ)條件。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入，使儀器儀表的性能和功能發(fā)生了全新的變化，將獨(dú)立分開的參量測(cè)量變成了某個(gè)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的測(cè)量，從原先的被動(dòng)探測(cè)、接受、表示轉(zhuǎn)變?yōu)槿娴谋O(jiān)控、測(cè)量、分析、預(yù)警、統(tǒng)計(jì)、處理、保存和輸出。變單個(gè)儀器進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量為測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行全面測(cè)量。
目前我國國產(chǎn)計(jì)量儀器的檔次還比較低，我們計(jì)量行業(yè)所用的大量精密儀器絕大部門依賴國外的進(jìn)口產(chǎn)品，特別是省級(jí)及各行業(yè)計(jì)量中心以上計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的主要標(biāo)準(zhǔn)器90%以上都是采用國外進(jìn)口產(chǎn)品。這樣的事實(shí)反映出國內(nèi)外儀器儀表質(zhì)的差別。其核心技術(shù)——軟件算法方面差距較大。不過在中低端尤其是涉及貿(mào)易結(jié)算方面量大面廣的計(jì)量器具的生產(chǎn)制造方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，而且近年來在爭取國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)言權(quán)，擴(kuò)大出口方面這些廠商的表現(xiàn)可圈可點(diǎn)。
