垂直旋轉(zhuǎn)貨架系統(tǒng)在醫(yī)院藥房中的應(yīng)用

趙雪峰，贠 超

（1.貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴陽 550003；2.北京航空航天大學(xué) 機(jī)器人研究所，北京 100029）

0 引言

目前國內(nèi)醫(yī)院藥房的藥品存儲方式主要為固定式貨架，藥品存儲分散，空間利用率低，因此藥房工作費(fèi)時費(fèi)力，處方處理效率低。而隨著醫(yī)療體制改革和醫(yī)院改革向著信息化方向發(fā)展，醫(yī)院藥房實(shí)現(xiàn)自動化、數(shù)字化管理已經(jīng)成為藥房發(fā)展的趨勢。垂直旋轉(zhuǎn)貨架目前由于其先進(jìn)性被廣泛應(yīng)用于辦公文件、檔案、機(jī)械或電子零部件、工具及刀具等多種物品的倉儲與管理。本文在垂直旋轉(zhuǎn)貨架的基礎(chǔ)上通過添加操作面板和保護(hù)裝置等所開發(fā)的智能存取系統(tǒng)用于存放盒裝、針劑類、袋裝、瓶裝等各種包裝的藥品，實(shí)現(xiàn)了藥品的上藥、儲藥和出藥的智能化。

智能存取系統(tǒng)是集信息、自動化管理和密集存儲于一體的高科技集成系統(tǒng)，它有機(jī)的結(jié)合了機(jī)器人技術(shù)、計算機(jī)信息與物流技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)和自動控制技術(shù)等。智能存取系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下六點(diǎn)：1）存取藥品方便，是藥品到人，而不是人到藥品，存取效率高，節(jié)省時間；2）提高空間利用率，減少占地面積，充分利用空間高度；3）降低勞動強(qiáng)度，提高系統(tǒng)效率；4）由于只有出入庫口開放，可使藥品免受灰塵或陽光等的侵害；5）操作安全性能高，在存取口設(shè)置有安全光幕保護(hù)，運(yùn)行部位有安全保護(hù)開關(guān)以及緊急制動等功能；6）實(shí)現(xiàn)藥品的智能管理，滿足按照藥品效期，不會存在藥品長期存放而失效。

1 智能存取系統(tǒng)的工作原理

智能存取系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時，由動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)的電動機(jī)提供動力，通過減速器和一級鏈傳動減速后，帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，驅(qū)動大鏈輪，而大鏈輪經(jīng)過二級鏈傳動減速后通過脹套和傳動軸相聯(lián)結(jié)，帶動箱斗做循環(huán)運(yùn)動。藥品放置在箱斗中，接收存取指令后，箱斗按最短路徑運(yùn)動，將藥品送至出藥口。

圖1 系統(tǒng)傳動原理圖

2 智能存取系統(tǒng)監(jiān)控管理系統(tǒng)

智能存取系統(tǒng)是在三個垂直旋轉(zhuǎn)貨架的基礎(chǔ)上，通過添加適合醫(yī)院的保護(hù)裝置、人性化操作裝置和與醫(yī)院HIS系統(tǒng)接口的管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異型包裝藥品的存取。系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，分為四級功能模塊：管理級、監(jiān)控級、控制級和執(zhí)行級。

圖2 智能存取控制系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

管理級：藥品出入庫信息、庫存信息的管理中心。響應(yīng)智能存儲系統(tǒng)上藥終端的入庫申請和醫(yī)院HIS(Hospital Information System)系統(tǒng)的處方信息，將出入庫任務(wù)下達(dá)給監(jiān)控級，并實(shí)時與監(jiān)控級進(jìn)行反饋信息通訊。管理級硬件平臺為智能存儲系統(tǒng)服務(wù)器。

監(jiān)控級：處于中間層，與管理級進(jìn)行信息交互，接收管理級上藥和處方信息，對各執(zhí)行裝置進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，將監(jiān)控程序生成的控制指令發(fā)送給控制級；與控制級進(jìn)行反饋信息通訊。監(jiān)控級硬件平臺為嵌入式主板。

控制級：按照監(jiān)控級發(fā)送的控制指令調(diào)用相應(yīng)的底層控制程序，利用I/O開關(guān)量控制執(zhí)行級各部件。主要功能有：控制變頻器調(diào)速，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，采集編碼器脈沖，控制各開關(guān)、按鈕和指示燈動作。控制級硬件組成為：I/O卡。

執(zhí)行級：接受控制級程序指令，控制設(shè)備執(zhí)行各種操作，達(dá)到控制要求。主要功能有：通過交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)柜的正反轉(zhuǎn)，通過變頻器控制電機(jī)運(yùn)行速度，通過編碼器反饋回轉(zhuǎn)柜運(yùn)動距離，通過貨物指示燈提示在回轉(zhuǎn)柜何處取藥。執(zhí)行級硬件組成為：變頻器、交流電機(jī)、編碼器和各種開關(guān)及指示燈。

2.1 智能存取系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)

智能存取系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)從管理系統(tǒng)獲取的處方和上藥信息，完成以下功能：按照系統(tǒng)服務(wù)器的出入庫信息，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行存取操作；實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的各種信號，主要包括編碼器脈沖值、I/O卡輸入輸出狀態(tài)、電機(jī)參數(shù)、變頻器參數(shù)等；提供友好的人機(jī)交互界面，便于操作。

在監(jiān)控系統(tǒng)中，主要有上藥監(jiān)控模塊和出藥監(jiān)控模塊，兩模塊的流程及軟件結(jié)構(gòu)模式基本一致，采用多線程技術(shù)，模塊中線程之間的通訊方式采用事件的方法來處理，通過事件的操作來實(shí)現(xiàn)線程間的同步，線程間的通訊則是采用消息的模式來完成。出藥監(jiān)控模塊的流程圖如圖3所示。

其中出藥監(jiān)控模塊主要有三個線程組成：1）與PCI2310進(jìn)行通訊的線程ThreadCom，監(jiān)控系統(tǒng)通過與PCI2310的通訊控制輸入和輸出，主要功能是讀取輸入點(diǎn)狀態(tài)：零位信號、手動和自動信號、上升和下降信號、前后屏切換信號等，控制輸出點(diǎn)的狀態(tài)：正反轉(zhuǎn)信號、電機(jī)抱閘信號、電機(jī)急停信號、變頻器速度切換信號、指示燈亮滅信號、前后觸摸屏電源信號等。2）采集出藥信息線程ThreadReadDataBase，本線程通過查看數(shù)據(jù)庫接口表中是否有需要處理的處方信息，如果有處方處理需求，監(jiān)控級獲取管理級分配的貨位信息，最短路徑規(guī)劃方法決策出運(yùn)行的最短路徑。當(dāng)系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時，本線程結(jié)束，等待聯(lián)機(jī)信號而重新啟動。3）運(yùn)動線程ThreaMotion。本線程按照最短路徑控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)層，在運(yùn)動控制中需要控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、變頻器的速度切換、電機(jī)制動等。本線程在檢測到有安全保護(hù)信號或手動信號時終止，以免邏輯混亂甚至發(fā)生安全事故，直至下一次出藥任務(wù)到來或確定運(yùn)行安全時才重新啟動線程。

2.2 智能存取系統(tǒng)管理系統(tǒng)

藥房管理信息系統(tǒng)主要由五個子模塊組成，分別是：用戶管理模塊、系統(tǒng)維護(hù)模塊、出入庫管理模塊、查詢打印模塊和參數(shù)設(shè)置模塊。

系統(tǒng)維護(hù)模塊主要實(shí)現(xiàn)對智能存取系統(tǒng)的各種信息進(jìn)行維護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)對藥品及儲位信息的管理，為提高各個貨架的利用率，在不同時段需要根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)對三個貨架的藥品分配。查詢模塊用于操作人員隨時根據(jù)不同查詢條件查看特定時間段內(nèi)的藥品出入庫情況、藥品庫存情況、儲位占用狀態(tài)等，并可針對各種查詢條件進(jìn)行相應(yīng)的排序及生成報表打印，報表生成模塊用于生成各種標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計報表，便于管理人員對儲藥庫進(jìn)行合理的調(diào)配，從而在以后的使用中提高效率，并可以把相關(guān)信息存檔便于查閱。出藥查詢模塊如圖4所示。

圖3 出藥監(jiān)控模塊流程圖

圖4 出藥查詢模塊

出入庫管理模塊是管理系統(tǒng)的核心，可以分為入庫、出庫以及命令執(zhí)行三部分。其中出入庫管理是按照一定的原則進(jìn)行庫存管理，命令執(zhí)行是將命令以最優(yōu)的順序下達(dá)到監(jiān)控系統(tǒng)，并且與監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時交換任務(wù)完成的信息，從而判斷下一步的任務(wù)如何進(jìn)行。該模塊的主要任務(wù)包括以下幾個方面：根據(jù)系統(tǒng)終端的請求，按照各個子系統(tǒng)的出入庫原則分配需要存取的儲位和相應(yīng)數(shù)量；對各子監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度；根據(jù)子監(jiān)控系統(tǒng)反饋的信息實(shí)時更新庫存表，保證藥品出入庫的實(shí)時性，提高藥品存放效率；針對不同藥品的使用情況自動動態(tài)分配儲位，并且與醫(yī)院增加新品種或者刪除舊品種保持同步，確保藥品發(fā)放的準(zhǔn)確性和及時性。在出庫模塊中又分為接口模塊、出藥分配等子模塊。接口模塊是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的來源，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1）與醫(yī)院HIS系統(tǒng)藥品信息的同步更新；2）將HIS系統(tǒng)的處方信息及處方接收狀態(tài)保存至本地數(shù)據(jù)庫；3）將處方完成情況反饋給HIS系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。接口模塊首先進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，將HIS系統(tǒng)的出入庫信息實(shí)時讀入本地數(shù)據(jù)庫，為能夠?qū)崟r處理多任務(wù)，采用多線程技術(shù)，系統(tǒng)通過AfxBeginThread（）函數(shù)啟用接口線程ThreadConnect，并選擇Event同步對象來實(shí)現(xiàn)線程間的同步。然后，更新HIS數(shù)據(jù)庫出藥接口表OutMedTableHIS的處理狀態(tài)，采用觸發(fā)器將已經(jīng)處理的出藥信息刪除，提高數(shù)據(jù)庫檢索效率，并將處方信息完成狀態(tài)反饋給HIS系統(tǒng)，通過讀取系統(tǒng)時間，更新本地數(shù)據(jù)庫藥品信息表。在退出程序時，也需要將進(jìn)程中的子線程全部退出，通過Event實(shí)現(xiàn)線程的運(yùn)行與同步。

3 結(jié)論

將本系統(tǒng)應(yīng)用于國內(nèi)某大型三甲醫(yī)院，完成整個藥品的吞吐流程，極大地縮短了處方的揀選時間，減輕了藥劑師的勞動強(qiáng)度，使得藥房管理自動化、科學(xué)化、規(guī)范化，提高了系統(tǒng)的整體效率，具有顯著的社會效益和一定的推廣前景。

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