基本信息
- 项目名称：
- 具有数据核查功能的记录仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 由于无纸记录仪存在电子数据易篡改、难追溯等方面的缺陷，导致制造业无纸记录仪无法满足医药、食品等行业对关键工位的现场数据有可核查、可追溯的迫切需求。本作品针对现有无纸记录仪在医药食品行业应用中的不足提出了一种采用FRAM+FLASH存储架构，提供纸质数据、用户MD5“数字指纹”和仪器生产商MD5“数字指纹”三重核查手段，在确保记录仪数据完备性和可核查性的同时，确保了数据的易用性。
- 详细介绍：
- 记录仪是医药食品生产领域确保生产安全和产品质量的一道有力屏障。有纸记录仪是1996年前的主流产品，采用机械结构带动纸轴旋转，用墨水笔在纸上记录和保存所采集的数据幅值或数值。但其内部结构复杂，运维工作量、费用及故障率颇高，同时记录数据的后续处理、分析和保管十分困难。 随着电子技术的发展，无纸记录仪以其技术的先进性和设置的灵活性成为了市场的主导。目前市场上无纸记录仪的普遍特征是：以微处理器为中心，具有程控信号输入（俗称万能输入）、液晶显示屏上多种呈现形式，支持通信组网、USB设备（U盘）、CF卡、SD卡等形式的数据备份，而表内数据存储则均采用电池供电的RAM+FLASH存储架构，该架构既兼顾记录仪对存取速度和存储空间的要求，同时又较好满足FLASH独特的读写要求。 但是，无纸记录仪的缺点正日渐凸现：电子数据易篡改、难追溯，即存在数据核查手段缺失的不足；电池供电RAM+FLASH存储架构因其外围电路较为复杂、RAM模块故障率高，存在数据完备性方面的固有缺陷。因此，技术落后、性价比欠佳的有纸记录仪在制造业领域仍占有一席之地，甚至屡现有纸记录仪卷土重来、再次取代曾淘汰自己的无纸记录仪个案。 本作品针对现有现有技术的不足，在数据的可核查性方面，本作品采用MD5校验算法。MD5算法全称是一种单向散列函数。该算法可将大容量的文件信息用不可逆的方式“压缩”成一种保密格式，即为记录数据生成一个独一无二的“数字指纹”，如果“数字指纹”发生变化，则表示其数据遭到篡改。在本作品中，我们对MD5算法中链接变量（Chaining Variable）进行修改，通过MD5形生成了的用户“数字指纹”和仪器生产商“数字指纹”，供用户核查以及仪器生产商的第三方认证。在数据完备性上采用FRAM+FLASH架构代替传统的RAM+FLASH架构。FRAM无需额外电池供电，外围电路简单、数据读写速度快、掉电数据不丢失，因此，采用FRAM+FLASH架构取代传统的RAM+FLASH架构，既满足了记录仪对存取速度和存储空间的要求，又提升了数据的完备性。同时，本作品将FRAM在逻辑上分为上下两区，上区用于存储临时存储记录数据和用户MD5“数字指纹”。下区不对用户公开，仅存储生产厂商MD5“数字指纹”，用于第三方认证。此外，本作品还借鉴了有纸记录仪的优点，配置热敏打印机实时打印采集数据，进一步提高了数据的可核查性 为保证记录仪的易用性，本作品使用方式与一般的记录仪相似，通过按键对记录仪的测量通道、记录参数、打印参数进行设置，通过数码管进行定点或巡回数字显示、热敏打印机进行趋势显示/记录和数字显示/记录。当用户的某个工位结束当日工作时，本作品对当日采集的实时数据通过用户MD5 生成一个用户“数字指纹”并由打印机附加输出；同时用户的生产质管或产品安全部门调用该MD5算法重新生成一个用户“数字指纹”并和打印机输出的“数字指纹”进行比较；如果相同，则认为数据未被篡改、是可信的，反之则不可信；记录仪生产商MD5再次计算当日采集的实时数据的散列值，生成仪器生产商“数字指纹”单独存储在FRAM下区，当用户需要第三方认证时，仪器生产商对记录数据调用MD5算法，将生成的“数字指纹”和FRAM下区相应的“数字指纹”进行比较；如果相同，则认为记录仪电子数据未被篡改、是可信的，反之则不可信。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的： 本作品针对现有医药食品生产领域存在对关键工位数据的可核查性和不可抵赖性的要求，提供一种具有数据核查功能的记录仪。克服了现有的记录仪在数据完备性和可核查性的问题，并为用户提供可靠的第三方认证。 基本思路： 本作品在数据可核查性上采用三重核查手段，通过纸质数据、成用户MD5“数字指纹”和生产厂商MD5“数字指纹”，确保数据的可核查性和不可抵赖性。 本作品在数据完备性采用FRAM+FLASH的存储架构。将FRAM在逻辑上分为上下两区，上区用于存储临时存储记录数据和用户MD5“数字指纹”。下区不对用户公开，仅存储生产厂商MD5“数字指纹”，用于第三方认证。 创新点： 1）采用FRAM+FLASH架构既满足了记录仪对存取速度和存储空间的要求，又提升了数据的完备性。 2）采用三重核查手段，提高了数据的数据的可核查性和不可抵赖性。 3）MD5算法不改变记录仪本身存储的任何数据，不增加用户的日常运维工作量、确保记录仪的易用性。 关键技术： FRAM+FLASH数据存储技术 多通道数据隔离抗干扰技术 三重数据核查技术 多通道数据无笔位实时打印技术 主要技术指标： 输入信号：电流、电压、频率、热电阻、热电阻 输入通道：8个独立通道，通道之间互不干扰 采样周期: 0.6S 数字记录精度: ±0.2%F·S
科学性、先进性
- 本作品针对无纸记录仪存在的数据完备性和可核查性上的缺陷，提出了采用FRAM+FLASH架构代替传统的RAM+FLASH架构完善记录仪的数据完备性。FRAM+FLASH架构具有外围电路简单、数据读写速度快等特点，既满足了记录仪对存取速度和存储空间的要求，又提升了数据的完备性。本作品采用MD5校验算法提高数据可核查性。MD5算法为记录数据生成一个独一无二的“数字指纹”，通过比对“数字指纹”是否发生变化判别数据是否被篡改。由于MD5不改变记录仪本身存储的任何数据，因此，不增加用户的日常运维工作量、确保记录仪的易用性。本作品中通过MD5生成用户“数字指纹”和仪器生产商“数字指纹”，供用户核查以及仪器生产商的第三方认证。此外，本作品还配置热敏打印机实时打印采集数据，通过纸质数据、用户“数字指纹”和仪器生产商“数字指纹”组成的三重核查手段，提高了数据的可核查性，确保了采集数据的真实性和不可抵赖性。
获奖情况及鉴定结果
- 校挑战杯决赛二等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 原始取得
作品可展示的形式
- 实物、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 近几年来，我国医药食品安全事故频发。这些事故不仅让生产企业付出了惨重的代价，而且造成了十分恶劣的社会政治经济影响。因此，政府、企业高度重视，不少企业的产品安全除生产部门监测外、常由独立于生产体系直接对CEO负责的产品安全部门复核审查。 要解决医药食品安全问题，除了相关企业自律之外，记录仪数据的可核查性也是一个十分重要的方面。本作品能满足医药食品行业在加工、制造、消毒、存储等环节中对中关键工位的操作数据可核查性规约的苛刻要求，可广泛应用于医药食品行业以及其他对数据不可抵赖性严格要求的制造行业。向用户提供不可抵赖的记录数据。目前本作品成果以进入小试阶段，在娃哈哈、农夫山泉、华海制药等公司试用。 根据最新的调查资料显示，2010年国内记录仪的市场在达到51亿元人民币，对具有数据核查功能的记录仪的市场需求约为7.5亿元，并以每年10.3%的速度增长。预计本作品转化后第一年的销售额能达10万元，三年内能扩大到40万。
同类课题研究水平概述
- 记录仪现场的数据采集、记录和分析是实施自动控制的前提。有纸有笔记录仪是1996年前制造业领域的主流产品，采用机械结构带动纸轴旋转，用墨水笔在纸上记录和保存所采集的数据幅值或数值。但有纸有笔记录仪存在故障高、记录数据的后续处理、分析和保管困难等缺点，逐渐被无纸记录仪所取代。 无纸记录仪经过十几年的发展已经进入成熟定型期，基本技术特征是：以微处理器为中心，具有程控信号输入（俗称万能输入）、液晶显示屏上多种呈现形式的特征；支持通信组网、USB设备（U盘）、CF卡、SD卡数据备份。 目前，制造业无纸记录仪的表内数据存储均采用电池供电RAM+FLASH的存储架构，该存储架构能兼顾记录仪对存取速度和存储空间的要求，同时又较好的满足了FLASH独特的读写要求。但随着无纸记录仪的广泛深入使用，其缺点亦日渐凸现：电子数据易篡改、难追溯，即存在数据核查手段缺失的不足；此外，电池供电RAM+FLASH存储架构还存在数据完备性方面的固有缺陷，导致制造业无纸记录仪难入数据需核查、数据有完备性要求的行业大门。而医药、食品等行业对关键工位的现场数据有可核查、可追溯的迫切需求，甚至提出了必要时能由第三方进行核查、追溯的苛刻要求，即数据必须具备不可抵赖性和可核查性；药品、食品安全保障有赖于不可抵赖的现场数据，另一方面数据可核查也是食品行业、GMP法规明确规定的。 为了提高数据的不可抵赖性，广大工程师对无纸记录仪作出如下改进：发明专利“数据交换装置”提出：增设逻辑单元监控数据交换，防止法律上非常敏感的记录数据在数据交换期间被篡改以及可靠地识别和记录篡改尝试；发明专利“财政数据记录仪”提出：在处理单元和存储器之间作用的保护电路禁止电子篡改存储在存储器中的数据。上述有益探索立足专用电路阻断电子数据被篡改的途径，但专用电路使记录仪的生产成本和复杂度增大、可靠性降低，而对专用电路的操作又相当烦琐；从纯技术角度而言，并不能完全杜绝绕过专用电路的作弊手段。数据加密（对称密钥、非对称密钥）一定程度上也可防止电子数据的篡改行为，但加/解密的资源开销大、密钥管理复杂；更重要的是记录仪的易用性大打拆扣、运维工作量增加，用户对此持强列的否定态度。因此，有必要开发一种在不增加用户的运维工作量、不影响记录仪易用性条件下，又能实现数据核查的新技术。
