출처: Measurement: Sensors Volume 18, December 2021, 100282
초록
측정학의 디지털화는 측정학 커뮤니티의 모든 구성원에게 도전 과제를 제시합니다. 우리는 측정학적 서비스의 디지털화로 가는 디딤돌이 될 수 있는 PDF/A-3 솔루션을 기반으로 한 디지털 교정 인증서(DCC) 접근 방식을 제안합니다. 이 접근 방식을 여러 응용 프로그램에 적용하여 최소 요구 사항을 충족하고 고객과 실험실의 요구를 모두 만족시키는 방법을 제시합니다.
키워드 디지털 교정 인증서, 디지털 측정 서비스, PDF/A-3
1. 디지털 측정 서비스 소개
디지털화는 Gartner의 용어집에 따르면 “디지털 기술을 사용하여 비즈니스 모델을 변화시키고 새로운 수익 및 가치 창출 기회를 제공하는 것”입니다. 이는 디지털화가 단순히 기존 서비스를 간소화하는 것을 의미하지 않으며, 궁극적으로 디지털 기술을 통해 새로운 시장을 창출하는 것을 의미합니다. 우리는 측정학의 디지털화에서 두 가지 주요 과제를 발견했습니다.
디지털화의 측정학은 측정 시스템에서 인공지능의 해석 가능성 및 데이터 품질 평가와 같은 예에 중점을 두고 있지만, 이 논문은 측정학적 서비스의 디지털화에 중점을 둡니다.
측정학의 디지털화는 현재의 측정학적 서비스를 디지털화하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 여기서 디지털화와 디지털화(digitization)를 구별하는 것이 중요합니다. 디지털화(digitization)는 아날로그에서 디지털 형태로의 전환을 의미합니다.
그러나 측정학적 서비스의 디지털화는 단순히 디지털화(digitization)를 통한 서비스의 업데이트와 기존 역량의 통합을 포함할 뿐만 아니라, 이전에는 불가능했던 서비스의 기능을 확장함으로써 추가 가치를 포함할 수 있습니다.
현재의 (비디지털화된) 측정학적 서비스의 구조는 아래 그림 1에 나와 있습니다. 이는 고객이 실험실에 서비스 주문을 정의하는 것에서 시작하며, 이때 자원을 요청하고 계획해야 합니다. 이 계획에 따라 표준 절차를 따르며 측정을 수행하기 위해 준비가 이루어집니다. 측정의 평가는 추적 가능한 결과를 제공하며, 이 결과는 인증서 형태로 고객에게 전달됩니다. 서비스는 청구 과정으로 끝납니다.
2. 디지털 교정 인증서 소개
2.1. 교정 인증서의 디지털 진화
이미 측정학적 서비스를 디지털화하는 여러 시도가 존재합니다. 예를 들어, SmartCom 또는 유럽 측정 클라우드가 있습니다.
SmartCom은 측정 정보를 표현하는 XML 예제를 제공합니다. 이 아이디어를 바탕으로 디지털 교정 인증서를 저장하는 방법이 제안되었습니다. 유럽 측정 클라우드는 유럽의 디지털 품질 인프라를 위한 법적 측정학의 중추로서 클라우드 인프라를 제안합니다. 이러한 측정학의 디지털화 시도는 새로운 프레임워크를 수립하는 것을 목표로 합니다.
우리의 디지털 교정 인증서(DCC) 제안은 기존 교정 인증서의 자연스러운 진화를 제시합니다.
2.2. DCC의 일반 요구 사항
우리는 DCC의 개발이 공동 합의로 시작되어야 한다고 믿습니다. 국가 측정 연구소(NMIs), 교정 연구소 및 산업계의 요구와 필요를 고려해야 합니다. 따라서 우리의 접근 방식은 DCC에 대한 합의된 최소 요구 사항을 실험실과 고객의 명확하게 정의된 필요와 융합하는 데 중점을 둡니다.
유럽 수준에서의 일반 합의를 고려하기 위해 EURAMET 기술위원회 TC IM 1448의 현재 작업은 DCC의 내용 및 인터페이스에 대한 최소 요구 사항 정의에 중점을 둡니다.
2020년 1월에 열린 TC IM 1448 회의에서 DCC에 대한 다음의 최소 요구 사항이 논의되고 잠정적으로 합의되었습니다:
- 요구 사항 1: DCC는 기계 판독 가능해야 합니다.
- 요구 사항 2: DCC는 국가 표준에 직간접적으로 추적 가능해야 합니다.
- 요구 사항 3: DCC는 측정학적 추적성의 증거를 제공해야 합니다.
- 요구 사항 4: DCC는 수치 교정 곡선(또는 기타 추가 교정 평가 정보)을 포함할 수 있습니다.
- 요구 사항 5: DCC는 무결성, 진정성 및 (필요한 경우) 기밀성을 보장하기 위한 보안 절차로 암호화 서명을 사용해야 합니다.
3. 고객과 실험실을 위한 전환
앞서 설명한 것처럼, 우리의 DCC 접근 방식은 교정 인증서에서 디지털 교정 인증서(DCC)로의 전환 기간과 고객 및 실험실에 미치는 영향을 고려합니다. 이 접근 방식은 모든 참여자가 디지털 인증서를 완전히 채택하지 않은 경우에도 작동해야 합니다.
이전 섹션의 DCC에 대한 최소 요구 사항을 따르면서, 우리는 현재와 미래의 고객 요구뿐만 아니라 실험실과 기타 교정 연구소에서 배운 필요 사항을 충족하는 것을 목표로 합니다.
이를 바탕으로, 우리는 여러 테스트 케이스를 기반으로 하향식 접근 방식으로 데모를 개발했습니다. 이러한 방식으로 이해하기 쉬운 솔루션을 제공하여 더 큰 영향을 미치고자 합니다. 그러나 이러한 데모에는 한계가 있으며, 이는 METAS에서 제안하는 PDF/A-3 DCC 솔루션의 접근 방식일 뿐입니다.
4. 예시
4.1. 추상적인 예시
우리의 디지털 교정 인증서(DCC) 접근 방식은 최소한 사람이 읽을 수 있는 교정 인증서 버전을 포함하는 PDF/A-3 문서로 구성됩니다. 이 사람이 읽을 수 있는 버전은 현재의 (비디지털화된) 교정 인증서 또는 디지털화된 교정 인증서와 본질적으로 동일한 문서입니다.
METAS에서의 교정 인증서 또는 측정 보고서는 누가 교정을 수행했는지, 이 인증서가 어떤 장비에 유효한지, 이 인증서가 언제 생성되었는지, 그리고 이 인증서가 CIPM 상호 인정 협정의 CMP(교정 및 측정 능력)와 일치하는지를 나타내는 정보를 포함하는 PDF로 구성됩니다.
디지털화되지 않은 교정 인증서는 이미 추적 가능성과 관련된 모든 요구 사항을 충족하므로, 우리는 현재의 인증서를 기반으로 DCC를 구성하여 최소 요구 사항 2와 3을 충족합니다.
PDF/A-3의 메타데이터 필드에 동일한 정보를 포함시켜, 문서를 기계 판독 가능하게 만들어 요구 사항 1을 충족합니다. 측정 절차 설명과 같은 관련 추가 정보는 사람이 읽을 수 있는 PDF와 메타데이터에 포함시켜 동일한 방식으로 추가해야 합니다.
PDF/A-3 표준은 임의의 파일을 문서 내에 삽입할 수 있도록 허용합니다. 이는 특정 형식의 측정 데이터와 해당 메타데이터를 PDF/A-3 문서 내에 첨부 파일로 포함시킬 수 있음을 의미합니다. 이를 통해 미래의 표준화된 형식을 위한 요구 사항 4를 충족할 수 있습니다.
모든 임베디드 파일 외에도 파일의 해시값과 모든 임베디드 파일에 대한 설명을 포함하는 파일 설명 첨부 파일을 추가합니다. 고객은 해시값을 파일 설명 첨부 파일의 해시값과 비교하여 파일의 무결성을 확인할 수 있습니다.
DCC가 유효한 분야 및 장비에 따라, 아직 DCC를 채택하지 않은 고객을 만족시키기 위해 사람이 읽을 수 있는 PDF 부분에 데이터 기반 도표와 표를 계속 포함할 수 있습니다.
무결성과 진정성을 확인하기 위해 우리는 문서를 암호화 서명하여 전자적으로 서명하고, 문서를 우리의 서버를 통해 고객에게 제공합니다. 기밀성이 필요한 경우, 고객에게만 제공되는 비밀번호를 사용하여 문서에 접근할 수 있습니다. 더 높은 수준의 기밀성이 필요한 경우, 고객이 그러한 인프라를 제공해야 합니다.
다음 섹션에서는 우리의 DCC 접근 방식에 대한 특정 예제 응용 프로그램을 설명합니다.
4.2. VNA를 위한 디지털 교정 인증서
RF 및 마이크로파 도메인에서, VNA 도구는 벡터 네트워크 분석기(VNA) 측정의 불확실성을 평가하고 시각화하며 평가하는 데 사용되는 표준 소프트웨어 도구 중 하나입니다. VNA는 단일 구성 요소 또는 여러 구성 요소로 구성된 네트워크의 주파수 응답을 측정합니다. 이 구성 요소는 수동 및 능동 모두일 수 있습니다. VNA는 구성 요소나 네트워크로 보내지는 고주파 신호의 반사와 전송의 진폭과 위상을 측정합니다. 측정 값은 산란 매개 변수(S-매개 변수)라고 합니다.
교정 서비스에서는 VNA 도구를 사용하여 VNA로 S-매개 변수를 측정하고 관련 불확실성을 평가합니다. 데이터는 S-매개 변수 추정치와 불확실성을 저장하기 위해 특별히 설계된 VNA 도구 파일 형식으로 수집됩니다. 다음 단계에서는 LaTeX 템플릿(깃허브에서 사용 가능)을 사용하여 VNA 도구 파일이 첨부된 디지털 교정 인증서를 자동으로 생성합니다.
고객은 이렇게 생성된 디지털 교정 인증서를 VNA 도구에 직접 로드하여 도구 내에서 교정 데이터를 액세스할 수 있습니다. 여기서 데이터를 다양한 방식으로 시각화하거나 변환하거나 추가 처리하거나 다른 형식으로 내보낼 수 있습니다. 이 메커니즘은 VNA 도구가 무료 소프트웨어이기 때문에 모든 고객에게 제공됩니다.
4.3. 전기 에너지 및 전력 분야의 디지털 교정 인증서
전기 에너지 및 전력 측정 장치의 교정은 매우 광범위할 수 있으며 측정 값은 장치마다 다릅니다. 측정 값을 많이 기록할 수 있는 장치 때문에 실험실에서는 모든 측정 값을 교정 인증서의 서면 형식에 포함할 수 없습니다. 다른 장치들은 변수가 너무 많아 서면 보고서에 모든 것을 포함할 수 없는 유사한 문제를 제기합니다.
그러나 모든 측정 값을 포함하지 않더라도, 교정 인증서는 표에서 가장 관련성 높은 측정 값을 나열하는 것만으로도 상당히 커질 수 있습니다.
이 문제에 대한 해결책은 사람이 읽을 수 있는 PDF 인증서에 가장 중요한 값만 포함하고, 추가 정보(데이터 및 메타데이터)를 기계 판독 가능한 형태로 PDF/A-3 인증서에 임베드하는 것입니다.
전기 에너지 및 전력 도메인에서 이 측정 데이터가 어떻게 표현되는지에 대한 표준화된 접근 방식이 널리 퍼지지 않았기 때문에, 이 정보를 CSV 또는 Excel 파일과 같은 형식을 사용하여 임베드할 수 있도록 이전에 자세히 설명한 DCC 추상 예제를 확장할 수 있습니다. 이는 모든 장치의 출력에 적응할 수 있는 유연성을 제공하며, 고객에게 추가 가치를 제공합니다.
고객은 선호하는 스프레드시트 프로그램을 사용하여 임베드된 데이터를 열고, 검색하고, 필터링할 수 있으며, PDF 테이블에서 값을 찾는 것보다 더 빠를 수 있습니다. 또한 고객은 임베드된 데이터를 추가 처리에 사용할 수도 있습니다.
그러나 표준화된 형식이 없기 때문에 이 단계에서는 현재 인간의 개입이 필요합니다. 그럼에도 불구하고, 현재의 DCC 접근 방식의 일부로 JSON 형식의 메타데이터를 포함함으로써 기계로 실행 가능한 기능을 향한 첫 걸음을 이미 제공하고 있습니다.
4.4. 특정 규범을 준수하는 디지털 테스트 보고서
2018년에 조명 산업의 주요 업체와 스위스 정부는 2025년까지 스위스에서 조명 시스템의 전력 소비를 절반으로 줄이겠다는 목표를 세웠습니다. 이 목표에 따라 sensNORM 규범이 작성되어 모션 및 존재 센서의 평가 절차를 표준화했습니다. sensNORM은 모션 및 존재 센서의 측정 데이터를 저장하고 공유하기 위한 XML 스키마도 정의합니다.
METAS에서는 sensNORM에 따라 측정을 수행할 수 있는 최초의 독립 실험실인 sensLAB을 구축했습니다. 이 실험실에서 측정된 모션 센서의 디지털 테스트 보고서는 결과의 시각화를 포함하는 PDF/A-3 파일과 모든 측정 데이터 및 메타데이터가 포함된 임베드된 XML 파일로 구성됩니다.
고객은 이제 우리의 결과를 건축가와 조명 계획자에게 자동화된 방식으로 제공할 수 있습니다. 그들은 다시 건물 내 모션 센서의 위치를 최적화하여 불필요한 전력 사용을 줄일 수 있습니다.
4.5. 음향 측정에서 추적성 추가 정보 포함된 DCC
고객이 측정에 관련된 다양한 매개 변수의 영향을 추적하려는 경우, 마이크 매개 변수, 등가 볼륨, 공진 주파수, 손실 계수 및 캐비티 내에서의 소리의 음향 및 열적 거동을 설명하는 다양한 모델과 같은 추가 정보가 필요할 수 있습니다.
현재 우리는 민감도 결과만 제공하고 있습니다. 전력 교정 인증서에서와 유사한 문제가 있기 때문에, 위에서 언급한 추가 매개 변수를 일반 PDF 테이블에 포함시키는 것은 실용적이지 않습니다. 따라서 현재의 DCC 접근 방식은 고객에게 추가 정보를 제공하면서도 섹션 2에서 설명한 DCC의 최소 요구 사항을 준수하는 것입니다.
DCC 내에서 제공되는 전체 측정 데이터와 모든 관련 메타데이터를 사용하여 고객은 측정을 추적할 수 있습니다.
4.6. 설명된 접근 방식을 위한 또 다른 응용
FAIR 원칙을 준수하는 연구를 위한 디지털 보고서 연구자들은 종종 프로젝트 내에서 다른 연구자와 데이터 및 정보를 공유하는 문제에 직면합니다. EMPIR 프로그램과 같은 유럽 연구 프로젝트에서는 이 작업이 FAIR 원칙에 따라 수행되어야 합니다.
우리는 PDF/A-3 문서 내에 데이터 및 메타데이터를 포함시킴으로써 연구 프로젝트 내에서 정보를 공유하는 새로운 방법을 제안합니다. 이 방법을 통해 공유된 데이터와 동일한 파일 내에 사람이 읽을 수 있는 설명을 포함할 수 있습니다. 이 사람이 읽을 수 있는 설명(PDF 내)은 많은 연구 프로젝트에서 공통으로 사용되는 용어 및/또는 데이터 형식이 존재하지 않기 때문에, 메타데이터(FAIR를 따름)를 보완하는 데 특히 유용합니다.
시험 사례로, 우리는 BiRD 프로젝트에서의 측정 정보를 사용했습니다. 이 프로젝트는 Horizon 2020 프레임워크 내에서 EMPIR 프로그램에 의해 자금을 지원받았으며, 표준 재료 및 표면에 대한 양방향 반사율 분포 함수(BRDF) 측정의 표준화를 다루었습니다.
결과 문서는 두 개의 반사율 표준 측정을 포함한 테스트 보고서였으며, PDF/A-3 보고서 내에는 사람이 읽을 수 있는 표와 그래프에 측정 데이터가 표시되었습니다. 또한, 보고서에는 표준화되지 않은 테스트 절차에 대한 정보와 비고가 포함되었습니다.
PDF/A-3 내에 임베드된 것은 보고서에 표시된 데이터와 메타데이터의 기계 판독 가능 버전이었습니다. 이 데이터와 메타데이터는 BiRD 프로젝트의 일환으로 확립된 JSON 기반 BRDF 파일 형식으로 포맷되었습니다. 임베드된 정보는 BRDF 파일 형식과 호환되는 모든 응용 프로그램(예: BiRD view 웹 응용 프로그램)을 사용하여 추가 인간의 개입 없이 처리될 수 있습니다.
이 시험 사례는 임베드된 메타데이터를 통해 FAIR 원칙을 준수했으며, 섹션 2에서 설명된 최소 요구 사항 중 무결성 요구 사항을 충족했습니다.
5. 결론
디지털 측정 서비스로의 전환은 DCC에서 시작됩니다. 본 논문에서는 METAS의 DCC 접근 방식을 설명했습니다.
PDF/A-3 문서를 생성하는 이 솔루션은 상용 또는 오픈 소스 도구를 통해 쉽게 접근할 수 있습니다. 또한, 고객과 실험실 모두의 요구를 충족할 수 있을 만큼 유연합니다. 제시된 솔루션은 논의된 최소 요구 사항을 따르는 DCC의 “하나의” 유형 솔루션을 제공합니다.
동의된 DCC로의 추가 작업에는 디지털 단위 시스템(D-SI)의 통합과 BIPM 핵심 비교 데이터베이스 API(KCDB-API)의 통합이 필요합니다.
기계 실행 가능한 DCC를 향한 측정 데이터 및 메타데이터의 형식화 및 표현에 대한 추가 표준화 논의가 필요합니다.
합의된 DCC의 잠재적인 미래 구현은 하이브리드 전자 송장 형식인 ZUGFeRD/Factur-X와 유사한 목표를 따를 수 있습니다. 이 형식은 자동화된 청구 프로세스를 위해 표준화된 XML 송장 파일을 PDF/A-3 송장 문서에 임베드합니다.