Digitálny kalibračný certifikát (2)

V predchádzajúcej časti sme sa oboznámili so základnými požiadavkami, ktoré sa kladú na kalibračné certifikáty a ktoré musí spĺňať aj digitálny kalibračný certifikát (DCC).
Digitálny kalibračný certifikát (2)

Štruktúra DCC a príslušné technické riešenia

Výsledkom kalibrácie meradla je zvyčajne vydanie kalibračného certifikátu, ktorý obsahuje informácie o činnosti kalibrovaného meradla. Tieto informácie využíva zákazník, aby zlepšil proces merania kalibrovaným meradlom. Preto logická postupnosť hlavných činností spojených s kalibračným certifikátom zahŕňa:

  • tvorbu certifikátu,
  • jeho doručenie zákazníkovi,
  • použitie zákazníkom.

Táto logická postupnosť platí pre tlačený aj digitálny kalibračný certifikát. Samozrejme, aktivity spojené s DCC zahŕňajú niekoľko špecifických prvkov, ktorými sa bude zaoberať nasledujúci text.

Tvorba DCC

Medzinárodné dokumenty (konkrétne [4]) definujú podrobné požiadavky kladené na kalibračný certifikát; preto aj súbor operácií, ktoré sa podieľajú na jeho vytvorení, musí spĺňať tieto požiadavky. Obr. 2 predstavuje schematický pracovný postup s hlavnými činnosťami pri tvorbe DCC. Výsledný certifikát musí spĺňať požiadavky uvedené v časti 4, takže proces tvorby DCC je veľmi komplexnou činnosťou, ktorej výsledkom je výstupný súbor vhodný na ďalšie spracovanie (uloženie, doručenie zákazníkovi atď.).

Tvorba DCC zahŕňa viacero krokov, ktoré vyžadujú potrebné vstupy z rôznych zdrojov. Ako znázorňuje obr. 2, tieto vstupy prichádzajú buď z digitálneho prostredia (databázy, meracie a riadiace systémy, softvér na spracovanie dát atď.), alebo od ľudských operátorov (administratívni a laboratórni pracovníci a schvaľovacie orgány).

Podľa [5] obsahuje DCC tieto skupiny údajov:

  • administratívne údaje,
  • výsledky merania,
  • komentáre,
  • dokument.

Údaje sú usporiadané v hierarchickej štruktúre (obr. 3). Jadro DCC reprezentujú administratívne údaje a výsledky merania s pripomienkami a ďalšími informáciami uloženými v komplexnom dokumente.

Každá časť má v DCC svoju špecifickú úlohu, pričom využíva rôzne druhy informácií a má na ne aj rôzne požiadavky. Stručný prehľad je uvedený v tab. 4.

typ údajov obsahuje napríklad tieto body medzinárodne regulované záväznosť
administratívne údaje identifikácia laboratória,
identifikácia zákazníka,
identifikácia kalibrovaného meradla,
identifikácia metódy
regulované povinné
výsledky merania hodnoty namerané na etalóne a na kalibrovanom meradle,
zodpovedajúca neistota,
meracie jednotky
čiastočne regulované povinné
komentáre rôzne vyhlásenia,
názory a interpretácie (ak sa požadujú)
neregulované voliteľné
dokument náhľad DCC vo formáte .pdf,
rôzne jazykové mutácie DCC,
dodatočné súbory (video, fotografie, záznamy…)
neregulované voliteľné

Tab. 4 Prehľad štyroch skupín údajov v DCC

Ako znázorňuje obr. 1 (publikovaný v prvej časti seriálu v ATP Journal 6/2019), údaje, ktoré obsahuje DCC, musia spĺňať určité kritériá definované externými dokumentmi. Tieto dokumenty ovplyvňujú obsah kalibračného certifikátu bez ohľadu na jeho formu – vytlačený alebo digitálny (tab. 5).

skratka oblasť odkaz
SI používanie správnych meracích jednotiek [6]
VIM používanie správnej metrologickej terminológie [3]
GUM návody na vyhodnotenie neistoty merania [7]
CODATA odporúčané hodnoty základných fyzikálnych konštánt [8]
17025 požiadavky na normalizovaný obsah kalibračného certifikátu [4]

Tab. 5 Dokumenty definujúce obsah kalibračného certifikátu

Administratívne údaje

Táto časť DCC obsahuje najmä údaje na jednoznačnú identifikáciu kalibračného laboratória, kalibračného procesu, zákazníka a kalibrovaného prístroja. Dátové polia určené pre tieto informácie majú pevný formát podľa medzinárodných noriem, obsahujúci písmená v Unicode a arabské číslice. Časť administratívnych údajov v DCC preto spadá do regulovanej oblasti.

Výsledky merania

Patria sem hodnoty namerané počas kalibrácie, analyzované a prezentované vo forme úplného výsledku merania vrátane neistoty merania a príslušných meracích jednotiek, pričom táto časť DCC je čiastočne regulovaná. Úplne regulované sú:

a) Štruktúra úplného výsledku merania, ktorý vo všeobecnosti pozostáva z:

1. identifikátora,

2. odhadu nameranej hodnoty,

3. rozšírenej neistoty merania,

4. koeficientu rozšírenia,

5. jednotky,

6. času (ktorý je nepovinný).

Identifikátory sa uvádzajú vo formáte Unicode, čísla a časové formáty sú definované podľa existujúcich noriem.

b) Použitie meracích jednotiek, ako aj ich reprezentácia (pozri [9]). Tento dokument špecifikuje identifikátory jednotiek na podporu počítačového spracovania dát. Poskytuje prehľad množstva so súvisiacimi zbierkami medzinárodne štandardizovaných aj neštandardizovaných jednotiek.

c) Postup na vyjadrenie neistoty merania vrátane vyhlásení o faktore pokrytia a predpokladoch.

Neregulovaná je forma, pomocou ktorej sa vyjadruje výsledok kalibrácie. Podľa [3] sa môže kalibrácia vyjadriť „údajmi, kalibračnou funkciou, kalibračným diagramom, kalibračnou krivkou alebo kalibračnou tabuľkou. V niektorých prípadoch môže ísť o aditívnu alebo multiplikatívnu korekciu indikácie s pridruženou neistotou merania.“

Komentáre

Umožňujú poskytnúť ďalšie informácie o získaných výsledkoch merania. Táto časť DCC sa môže použiť podľa potreby a nie je regulovaná. Môžu sa sem vložiť napríklad grafické údaje, video alebo audio informácie, ako aj jednotlivé série meraní v ľubovoľnom formáte.

Dokument

Literatúra [5] predpokladá pri DCC použitie rozšíriteľného značkovacieho jazyka (angl. Extensible Markup Language – XML). XML je jazyk, ktorý definuje množinu pravidiel na kódovanie dokumentov vo formáte, ktorý je čitateľný pre človeka aj pre stroj. XML má viacero výhod, a to najmä:

  • široko sa využíva v medzinárodnom meradle ako formát výmeny údajov,
  • v súčasnosti už existuje veľké množstvo nástrojov na prácu s XML,
  • umožňuje bezpečné použitie kryptografických metód,
  • je dobre čitateľný strojmi nezávisle od platformy a je tiež v podstate čitateľný ľuďmi,
  • predstavuje formát údajov na dlhodobé ukladanie,
  • dá sa ľahko integrovať do databázových aplikácií a internetového prostredia,
  • je vhodný na manipuláciu s dátami obsiahnutými v DCC vrátane meracích jednotiek (pozri [9]),
  • umožňuje ukladanie voliteľných verzií DCC vo formáte. pdf.

Formát XML sa odporúča aj v [10], čo je dokument, ktorý definuje formát výmeny údajov na riadenie meracích a skúšobných zariadení podporované počítačom.

Doručenie DCC zákazníkovi

Po vytvorení DCC vo forme výstupného súboru ho treba doručiť zákazníkovi. Pri prenose DCC sa musí zabezpečiť integrita a autenticita údajov. Nato sa využívajú kryptografické metódy ochrany informácií.

Prirodzene v prvom rade sa uvažuje o použití digitálnych podpisov (angl. digital signature – DS) a časových pečiatok. Mnoho krajín na celom svete uznáva používanie digitálneho podpisu na právne úkony. Európska únia prijala takzvané nariadenie eIDAS [11] a mnohé členské štáty EÚ prijali aj príslušné právne predpisy.

V dôsledku technického vývoja trvá platnosť DS približne päť rokov. Takže aby sa zaručila čitateľnosť, dostupnosť, integrita a autenticita DCC, musí sa DS pravidelne aktualizovať.

Bez ohľadu na spôsob použitý na pripojenie kryptografických podpisov k DCC je výhodné, ak daný spôsob umožňuje, aby sa jeden alebo viac podpisov pripojilo k jednému DCC, ako aj podpísanie niekoľkých DCC súčasne (hromadný podpis).

Literatúra [11] okrem DS definuje aj používanie elektronických plomb.

Používanie DCC

Používatelia meradiel boli doteraz zvyknutí na tlačené kalibračné certifikáty. Znamená to, že majú postupy na manipuláciu s tlačenými dokumentmi, ich ukladanie, archiváciu atď. Okrem toho výsledky merania obsiahnuté v tlačených kalibračných certifikátoch slúžia ako základ na korekciu výsledkov meraní poskytovaných kalibrovanými meradlami. Tieto korekcie vytvárajú používatelia meradiel a zapisujú sa do softvéru na spracovanie údajov alebo priamo do meradiel. V každom prípade je celý proces pod kontrolou ľudského operátora zodpovedného za správnu implementáciu korekcií.

Teraz je situácia s DCC iná. Používateľ kalibrovaného meradla musí najskôr prijať určité opatrenia na zavedenie príslušnej infraštruktúry IKT. Ide najmä o správu DCC, následnú archiváciu (treba si napríklad uvedomiť, že platnosť digitálneho podpisu trvá približne päť rokov a musí sa pravidelne obnovovať), autorizovaný prístup a manipuláciu s DCC.

Ako už bolo uvedené, jednou z výhod DCC je strojová čitateľnosť obsiahnutých údajov, v tomto prípade výsledkov kalibrácie. Moderné meradlo alebo kontrolný riadiaci systém dokáže automaticky prečítať výsledky kalibrácie a vykonať potrebné korekcie. V princípe sa musí DCC načítať do riadiaceho systému alebo do samotného meradla. Môže to byť citlivá operácia, ktorá by mala byť digitálne zabezpečená, aby sa zabránilo neoprávnenej manipulácii so SW a možnej vírusovej infekcii celého meracieho, resp. riadiaceho systému. Konkrétne sa musí pri určených meradlách zabezpečiť plná dôvera v merací softvér (pozri [12], príloha D Načítanie softvéru pre určené meradlá). Hoci sa táto príručka zameriava na meradlá zahrnuté v smernici MID, výsledky majú všeobecný charakter a môžu sa uplatňovať aj pri meradlách nezahrnutých v smernici MID.

Literatúra

[1] Executive Summary. PTB-Mitteilungen. Heft 4. Metrologie fir die Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft. [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/ptb_mitteilungen/mitt2017/Heft4/PTB-Mitteilungen_2017_Heft_4.pdf.

[2] THIEL, F. – ESCHE, M. – TORO, F. G. – PETERS, D. – OPPERMANN, A. – WETZLICH, J. – DOHLUS, M.: The European Metrology Cloud. [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_8/8.5_metrologische_informationstechnik/Thiel_OIML_Bulletin_2018_Metrology_Cloud.pdf.

[3] JCGM 200: 2012 International vocabulary of metrology – Basic and general concepts and associated terms (VIM). 3rd edition. 2008 version with minor corrections. [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_200_2012.pdf.

[4] ISO/IEC 17025: 2017 General requirements for the competence of testing and calibration laboratories.

[5] HACKEL, S. – HÄRTIG, F. – HORNIG, J. – WIEDENHÖFER, T.: The Digital Calibration Certificate. [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/ptb_mitteilungen/mitt2017/Heft4/PTB-Mitteilungen_2017_Heft_4.pdf.

[6] The International System of Units (SI). [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://www.bipm.org/en/measurement-units/.

[7] JCGM 100: 2008 Evaluation of measurement data – Guide to the expression of uncertainty in measurement. GUM 1995 with minor corrections. [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://www.bipm.org/en/publications/guides/gum.html.

[8] 2010 Recommended Values. [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: http://www.codata.org/committees-and-groups/fundamental-physical-constants/tgfc-previous-values-and-publications.

[9] IEC TS 62720: 2017 Identification of units of measurement for computer-based processing.

[10] VDI/VDE 2623:2012 Format for data exchange in management of measuring and test equipment. [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://www.beuth.de/en/technical-rule/vdi-vde-2623/143033515.

[11] Regulation (EU) No 910/2014 of the European Parliament and of the Council of 23 July 2014 on electronic identification and trust services for electronic transactions in the internal market and repealing Directive 1999/93/EC. [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=uriserv:OJ.L_.2016.194.01.0001.01.ENG.

[12] WELMEC Guide 7.2, 2018 Software Guide (Measuring Instruments Directive 2014/32/EU1). [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://www.welmec.org/fileadmin/user_files/publications/WG_07/Guides/WELMEC_Guide_7.2_Software_Guide_2018.pdf.

[13] IEEE 1671-2010 – IEEE Standard for Automatic Test Markup Language (ATML) for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML.

[14] Directive 2014/32/EU of the European Parliament and of the Council of 26 February 2014 on the harmonisation of the laws of the Member States relating to the making available on the market of measuring instruments (recast). Text with EEA relevance. [online]. Citované 3. mája 2019. Dostupné na: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32014L0032.

  
doc. Ing. Martin Halaj, PhD.
Strojnícka fakulta STU v Bratislave
martin.halaj@stuba.sk