基于物聯(lián)網(wǎng)的智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)研究

郭曉疆　夏培培　劉然

摘 要：本文以國家工程實(shí)驗(yàn)室為依托，針對實(shí)驗(yàn)室普遍存在的傳統(tǒng)人工質(zhì)量控制及管理，檢測業(yè)務(wù)工作流程等問題，通過建立智能化物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)樣品管理、資源管理、質(zhì)量管理、網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集等眾多功能，保證分析數(shù)據(jù)的嚴(yán)格管理和控制，提高檢驗(yàn)檢測工作效率，提高檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性，提高國家工程實(shí)驗(yàn)室在檢驗(yàn)檢測行業(yè)的競爭力及影響力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)；自動(dòng)數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

一個(gè)現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室在正常管理運(yùn)行中會(huì)涉及大量信息和數(shù)據(jù)采集、輸入和輸出，另外隨著原料復(fù)雜性的增加、裝置運(yùn)行強(qiáng)度的提高和新工藝/新技術(shù)的采用，對分析測試無論在樣品數(shù)量、分析周期、分析項(xiàng)目和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性等方面都提出了更高的要求，原來的人工管理模式在這種形勢下已經(jīng)顯得極不適用。為實(shí)現(xiàn)樣品、儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)信息、進(jìn)度等科學(xué)、有效管理，實(shí)驗(yàn)室需脫離傳統(tǒng)質(zhì)量控制監(jiān)督模式，建立一套基于MES的全智能物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（Laboratory Information Management System，簡寫LIMS）。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后，世界信息的第三次浪潮。早在20世紀(jì)90年代初期，麻省理工學(xué)院（MIT）的Kevin Ash-ton教授首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念。物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻自動(dòng)識(shí)別及無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物品自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享的技術(shù)。其主要由全球產(chǎn)品代碼（EPC）、射頻識(shí)別系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三大部分組成。目前，國外對物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)及應(yīng)用主要集中在歐美、日本等少數(shù)國家，且最初的研究方向主要是條形碼、RFID等技術(shù)，而隨著RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越多，受到各界的關(guān)注。

1.實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的研究

1.1 研究目標(biāo)

基于MES的無線物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與交互技術(shù)、數(shù)據(jù)上云和數(shù)據(jù)安全管理技術(shù)、移動(dòng)APP數(shù)據(jù)管理技術(shù)等研究，實(shí)現(xiàn)樣品、進(jìn)度、數(shù)據(jù)、儀器管理等功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、云存儲(chǔ)、分析、計(jì)算及移動(dòng)，構(gòu)建一套完整的實(shí)驗(yàn)室綜合管理和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控相結(jié)合的業(yè)務(wù)體系。

1.2研究內(nèi)容

主要功能模塊包括：檢測工作流程管理，系統(tǒng)初始化管理，資源管理，質(zhì)量管理，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集管理及云服務(wù)器管理。系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

1.2.1檢測工作流程管理

此為首要重點(diǎn)功能模塊，主要子模塊有：

（1）檢測委托管理，現(xiàn)場委托或網(wǎng)上委托均可?？蛻粼诰W(wǎng)上完成委托信息填寫、委托狀態(tài)查詢、意見反饋等操作，樣品通過郵寄或其他協(xié)定方式送達(dá)。

（2）樣品管理，檢測樣品有唯一編號(hào)，打印條形碼便于樣品識(shí)別，此條形碼將隨同樣品歷經(jīng)檢測流程的各環(huán)節(jié)。對特殊樣品的處置，留存和過期處理均做記錄并提醒管理員操作。

（3）樣品庫管理，包括檢測樣品信息的分類，有增加、編輯、刪除分類功能。

（4）檢測過程管理，對檢測的過程和結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，使各檢測之間的數(shù)據(jù)不發(fā)生沖突并保證數(shù)據(jù)的可追溯性。包括：委托接收/確認(rèn)、任務(wù)分配、檢測數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)復(fù)核、報(bào)告編制/審核/審批/發(fā)布。

（5） 原始數(shù)據(jù)管理，根據(jù)檢測項(xiàng)目制定原始數(shù)據(jù)表單，檢測員在完成檢測項(xiàng)目后完成檢測原始信息的錄入。此模塊包括檢測數(shù)據(jù)的增加、修改、打印功能。

（6）檢測項(xiàng)目管理，檢測項(xiàng)目是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測工作的基礎(chǔ)，其信息主要包括：項(xiàng)目名稱、編號(hào)、計(jì)量單位。系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)管理檢測項(xiàng)目，包括項(xiàng)目的增、改、查等功能。

（7）費(fèi)用管理，對委托發(fā)生的費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)一管理，包括按類別統(tǒng)計(jì)、查詢和匯總及導(dǎo)出。

1.2.2 系統(tǒng)初始化管理

此模塊為檢測工作的流程提供了保障。

（1）進(jìn)度管理，統(tǒng)計(jì)檢測過程中的工作安排及相應(yīng)進(jìn)度，適時(shí)提醒，使管理人員方便地管理工作進(jìn)度，合理安排工作順序和時(shí)間。

（2）系統(tǒng)權(quán)限管理，為實(shí)驗(yàn)室人員分配不同的管理權(quán)限，對應(yīng)不同的管理及檢測內(nèi)容，保證檢測數(shù)據(jù)安全性。

（3）門禁監(jiān)督管理，對進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的人員進(jìn)行監(jiān)督，非權(quán)限內(nèi)的人員進(jìn)入可實(shí)現(xiàn)報(bào)警，確保實(shí)驗(yàn)室財(cái)產(chǎn)安全及檢測樣品及數(shù)據(jù)安全。

（4）檢測標(biāo)準(zhǔn)方法的管理，檢測員在分析前需確認(rèn)分析項(xiàng)目所使用的方法（方法標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)）。調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的檢測標(biāo)準(zhǔn)方法，包括檢測項(xiàng)目/參數(shù)等的錄入、編輯、查詢功能。

（5）檢測權(quán)限管理，基于角色來管理檢測權(quán)限，主要包括：檢測人員和檢測角色的關(guān)系管理，檢測角色和檢測項(xiàng)目的關(guān)系管理，檢測角色和檢測系統(tǒng)的關(guān)系管理，按鈕權(quán)限、頁面權(quán)限、功能模塊權(quán)限。

（6）儀器接口管理，提供儀器接口的自定義功能。對新購置的儀器設(shè)備，不需要對其進(jìn)行特殊編碼設(shè)置，僅需系統(tǒng)提示向?qū)В纯勺詣?dòng)連接。

1.2.3資源管理

（1）人員管理，包括實(shí)驗(yàn)室人員的基本信息，人員檔案，人員培訓(xùn)等。

（2）設(shè)備管理，是對需要計(jì)量的儀器設(shè)備進(jìn)行定期計(jì)量管理，保證其處于最好的工作狀態(tài)，確保出具的數(shù)據(jù)和報(bào)告的正確性。主要包括設(shè)備檔案管理、計(jì)量管理、期間核查管理、故障與維修管理。

（3）物資耗材管理，主要有兩部分：標(biāo)準(zhǔn)物資管理，包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的檔案管理、使用管理、過期管理、采購管理、庫存管理；辦公耗材管理，包括物資檔案的管理、物資采購和物資庫存的管理。

（4）文件管理，主要包括質(zhì)量文件檔案管理，審核質(zhì)量文件管理，審批的質(zhì)量文件管理，發(fā)放質(zhì)量文件管理，修訂質(zhì)量文件，作廢質(zhì)量文件等內(nèi)容。

（5）客戶管理，建立客戶檔案，實(shí)現(xiàn)滿意度調(diào)查、投訴建議、歷年業(yè)務(wù)量等信息統(tǒng)計(jì)、查詢。

1.2.4質(zhì)量管理

此模塊涉及實(shí)驗(yàn)室管理體系文件中的各個(gè)環(huán)節(jié)，為實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證認(rèn)可及評審提供保障。

（1）實(shí)驗(yàn)室內(nèi)審，包括實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部審核策劃、內(nèi)審準(zhǔn)備、內(nèi)審實(shí)施、糾錯(cuò)及跟蹤驗(yàn)證各個(gè)環(huán)節(jié)。

（2）實(shí)驗(yàn)室外審，包括CNAS、CMA等外部評審，涉及外部審核過程中所有資料管理及歷年外部評審資料的查詢、編輯。

（3）管理評審，包括管理評審所有輸入輸出內(nèi)容的監(jiān)督管理。

（4）能力驗(yàn)證，包括能力驗(yàn)證計(jì)劃、檢測過程及能力驗(yàn)證證書等實(shí)施的各個(gè)環(huán)節(jié)的制定、查詢、修改。

（5）科研項(xiàng)目管理，包括項(xiàng)目的進(jìn)程，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)管理，項(xiàng)目資料等。

1.2.5數(shù)據(jù)自動(dòng)采集管理

此模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的自動(dòng)采集，包括儀器設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)的采集，檢測數(shù)據(jù)的采集等信息。

1.2.6云服務(wù)器管理

此模塊實(shí)現(xiàn)對自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、篩選及計(jì)算、修約功能，方便實(shí)驗(yàn)室管理人員及檢測人員查詢、應(yīng)用，保證原始數(shù)據(jù)及檢測報(bào)告中檢測結(jié)果及儀器設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的準(zhǔn)確可靠。

2.實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

對信息管理系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，做好系統(tǒng)的需求分析，報(bào)告設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本框架結(jié)構(gòu)，主要包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)物理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。

2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建立獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使其通過防火墻與外部系統(tǒng)聯(lián)通，并在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中設(shè)置防病毒服務(wù)器，使接入網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)收到保護(hù)，確保電子信息的存儲(chǔ)安全。

2.3云服務(wù)器的設(shè)計(jì)

搭建云服務(wù)器平臺(tái)，為云服務(wù)器分配足夠的存儲(chǔ)空間，制定云服務(wù)器的數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)制，對自動(dòng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線存儲(chǔ)、篩選、修約、查詢，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.4功能模塊設(shè)計(jì)

對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集模塊，檢測工作流程模塊，資源管理模塊及質(zhì)量管理模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定主模塊的各個(gè)子模塊，并確定各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)的傳遞及其調(diào)用關(guān)系。

2.5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

完成系統(tǒng)平臺(tái)的界面開發(fā)，數(shù)據(jù)庫開發(fā)，儀器接口設(shè)置，云服務(wù)器的搭建，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，檢測工作流程，資源管理及質(zhì)量管理及其相關(guān)子模塊的功能，完成相關(guān)數(shù)據(jù)間的調(diào)用。

2.6系統(tǒng)安裝調(diào)試

在實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器上安裝實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

2.7系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)

在系統(tǒng)正常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足，針對系統(tǒng)存在問題，對系統(tǒng)進(jìn)行不斷的維護(hù)、完善。

結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)平臺(tái)的建立，可規(guī)范檢驗(yàn)檢測工作流程，節(jié)約重復(fù)檢測的試驗(yàn)成本，減少檢測報(bào)告流轉(zhuǎn)時(shí)間，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全性，提高實(shí)驗(yàn)室整體能力，使實(shí)驗(yàn)室管理標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化，提高其在同等規(guī)模及技術(shù)水平實(shí)驗(yàn)室間的競爭力。

參考文獻(xiàn)

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