關(guān)于智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化工作的一些思考

陳克彥

摘 ?要：儀器設(shè)備在分析檢測實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，不斷提高儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化有著重要意義。現(xiàn)基于提高智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備提升分析檢測水平和效率的目的，圍繞此課題做了簡單的論述。首先，闡述了課題研究的意義。其次，分析了智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀。最后，總結(jié)了儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施。

關(guān)鍵詞：智能實(shí)驗(yàn)室;儀器設(shè)備;標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類號：F203 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）19-0188-02

Abstract： Instruments and equipment play an important role in the operation of analysis and testing laboratory， and it is of great significance to improve the standardization of instruments and equipment. Based on the purpose of improving the level and efficiency of analysis and detection of intelligent laboratory instruments and equipment， this paper makes a simple discussion on this topic. First of all， it expounds the significance of the subject research. Secondly， the present situation of instrument and equipment standardization in intelligent laboratory is analyzed. Finally， the implementation of instrument and equipment standardization is summarized.

Keywords： intelligent laboratory; instruments and equipment; standardization

引言

從當(dāng)前的分析檢測行業(yè)發(fā)展情況來說，智能實(shí)驗(yàn)室的管理實(shí)踐中，借助人工智能的技術(shù)發(fā)展，使得儀器設(shè)備管理優(yōu)化，不斷提高儀器設(shè)備使用效率，推動實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展以及運(yùn)行。引入現(xiàn)代化技術(shù)手段，提高儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，有助于增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的智能化，切實(shí)提升實(shí)驗(yàn)室價(jià)值與效率的發(fā)揮。

1 研究智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化工作的現(xiàn)實(shí)意義

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)活動開展與社會發(fā)展的角度來說，實(shí)驗(yàn)室占據(jù)著重要地位，發(fā)揮積極的作用，能夠?yàn)樯鐣峁┹^為準(zhǔn)確和可靠的檢測數(shù)據(jù)以及檢測結(jié)果。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室采取人工操作方式，通過紙質(zhì)文件的形式，完成試驗(yàn)記錄到形成報(bào)告，涉及到樣品接收、取樣、移轉(zhuǎn)、保存、處理，各種試劑，耗材，測試標(biāo)準(zhǔn)方法，儀器設(shè)備的正確選用、定期矯正、維護(hù)保養(yǎng)等多個(gè)方面。此類方式雖然能夠滿足目前的工作需求，但逐漸暴露出效率低下和保存管理不便等缺陷，難以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展。目前來說，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)發(fā)展到智能化實(shí)驗(yàn)室水平，集成應(yīng)用了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、各類試驗(yàn)儀器設(shè)備以及感應(yīng)設(shè)備等，促使智能化水平不斷提高，朝向數(shù)字化方向演變。智能實(shí)驗(yàn)室在樣品管理、儀器設(shè)備使用、信息處理方面，有著突出的優(yōu)勢，體現(xiàn)在樣品的處理流程、儀器設(shè)備的科學(xué)利用、活動數(shù)據(jù)信息的收集與儲存等方面。其中，儀器設(shè)備智能化起到重要作用。操作人員將采集的樣品按照規(guī)定放入儀器設(shè)備，儀器設(shè)備按照設(shè)定的操作參數(shù)與規(guī)范，開展樣品試驗(yàn)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息收集，并且和相關(guān)聯(lián)試驗(yàn)設(shè)備通信溝通，同時(shí)向上級管理信息進(jìn)行信息傳輸，若試驗(yàn)產(chǎn)生異常，則自動預(yù)警提示?；诖?，智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的重要性尤為突出，加大儀器設(shè)備智能標(biāo)準(zhǔn)化管理，保障智能實(shí)驗(yàn)室有效運(yùn)行，有著現(xiàn)實(shí)意義。

2 智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

2.1 管理要求不斷提高

基于科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展推動，以及檢測樣品和檢測項(xiàng)目的不斷增加，智能實(shí)驗(yàn)室引入的儀器設(shè)備更加多樣化和智能化，使得實(shí)驗(yàn)室管理工作越來越復(fù)雜艱巨，對實(shí)驗(yàn)室工作的標(biāo)準(zhǔn)化以及效率性，有著更高的要求，這對智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)帶來了新挑戰(zhàn)。從實(shí)驗(yàn)室方面來說，如何提高質(zhì)量管理水平，減少操作風(fēng)險(xiǎn)隱患，保障高效穩(wěn)定運(yùn)行，有著重要的意義?；诖吮尘?，要增強(qiáng)儀器設(shè)備管理的科學(xué)化、規(guī)范化以及標(biāo)準(zhǔn)化，減少操作人員與物資浪費(fèi)。加大對各個(gè)節(jié)點(diǎn)流程的管控力度，保證檢驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性，為需求者提供高質(zhì)量可靠數(shù)據(jù)。

2.2 管理水平落后

基于不斷增加的試驗(yàn)管理需求，采取傳統(tǒng)的人工管理方式以及人工預(yù)約方式，已經(jīng)不再適用，計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，給各行業(yè)領(lǐng)域智能化發(fā)展，提供了重要推動力量，使得實(shí)驗(yàn)室智能化管理出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室智能化不僅為一種理念和趨勢，也是一門技術(shù)，能夠使得實(shí)驗(yàn)室形成全新現(xiàn)代化管理模式，轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)室工作方式。從管理的層面分析，智能化水平不斷提高。依托各類智能化管理軟件與系統(tǒng)平臺，切實(shí)保障儀器設(shè)備管理規(guī)范化和信息化，促使管理水平和服務(wù)水平得到提高，推動實(shí)驗(yàn)室智能化和現(xiàn)代化發(fā)展。從當(dāng)前智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理實(shí)踐，以及不同儀器設(shè)備商產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不同，尚未達(dá)到此水平，還需要加大標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化以及信息化建設(shè)，進(jìn)而跟隨實(shí)驗(yàn)室智能化發(fā)展[1]。

3 智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的工作實(shí)踐

3.1 數(shù)據(jù)接口規(guī)范

從智能實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐來說，數(shù)據(jù)信息在各類設(shè)備之間進(jìn)行傳輸，要設(shè)置統(tǒng)一的接口，既包括硬件，也包括軟件。目前來說，檢測設(shè)備之間的硬件連接，按照速度和階段劃分，主要包括以下類型：（1）點(diǎn)對點(diǎn)連接方案，包括RS232與RS485。（2）總線網(wǎng)絡(luò)方案，包括CAN和PROFIBUS等。（3）有線以太網(wǎng)方案與無線網(wǎng)絡(luò)WIFI方案。（4）GPRS和3G以及4G等。不同的廠商結(jié)合設(shè)備使用場景和使用成本等，采取不同的連接方式。若采取強(qiáng)制手段，統(tǒng)一硬件接口方式，不太現(xiàn)實(shí)，實(shí)驗(yàn)室也擔(dān)心測試數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)流失，同時(shí)會造成資源浪費(fèi)。目前來說，由設(shè)備制造商結(jié)合實(shí)際情況來確定接口形式，符合當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

對于軟件系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理以及電子數(shù)據(jù)交換，主要是利用數(shù)據(jù)庫功能，要求保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和可靠性，同時(shí)數(shù)據(jù)要具有可控制性以及校驗(yàn)性。智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化模式下，數(shù)據(jù)的提供者以及使用者，必須對數(shù)據(jù)的含義以及表達(dá)，有著深刻且一致的理解，進(jìn)而保障數(shù)據(jù)能夠正確并且恰當(dāng)使用，有效解釋數(shù)據(jù)。若想達(dá)成此類共識，要定義數(shù)據(jù)的各類特征或數(shù)據(jù)屬性。一般來說，數(shù)據(jù)特征被稱作為元數(shù)據(jù)[2]。數(shù)據(jù)即定義以及描述其他數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。對智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備構(gòu)建元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)元模型，能夠助力注冊者進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)各類注冊系統(tǒng)的唯一性，同時(shí)可以使得系統(tǒng)工具以及信息注冊系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)的屬性類別、類型、定義等，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的操縱、元數(shù)據(jù)的交換。

舉例，高低溫箱按照GBT 18391.2-2008標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，可以劃分為多個(gè)元數(shù)據(jù)子集。這其中具體描述基本設(shè)備信息元數(shù)據(jù)的部分要素如下：（1）數(shù)據(jù)類型定義為字符串型;（2）值域定義為自由文本;（3）備注為必填選項(xiàng)。運(yùn)行時(shí)設(shè)備和上層系統(tǒng)之間，需要通過訪問數(shù)據(jù)接口服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換[3]。

3.2 通訊總線

遵循的通信協(xié)議，具體為雙方實(shí)體完成通信或者服務(wù)所需要遵循的相關(guān)規(guī)則以及約定。由通信信道與設(shè)備等組成的多個(gè)不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，必須可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，同時(shí)要能夠進(jìn)行信息交換以及資源共享，這需要設(shè)置共同的語言[4]。從當(dāng)前電器智能化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的情況分析，多采取現(xiàn)場總線技術(shù)，搭建現(xiàn)場設(shè)備基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，搭建具有大范圍以及豐富功能的以工業(yè)以太網(wǎng)為核心的中上層局域網(wǎng)。為了滿足多樣化需求以及獲得市場地位，當(dāng)前已經(jīng)擁有超過40種總線協(xié)議。于2003年發(fā)布的IEC61158現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了10類現(xiàn)場總線，比如Type1 TS61158現(xiàn)場總線等。各類總線在不同設(shè)備中，均有所應(yīng)用，但是應(yīng)用程度差異。實(shí)際應(yīng)用中，帶有通訊接口的產(chǎn)品，需要經(jīng)過現(xiàn)場總線測試以及認(rèn)證才可以進(jìn)入，企業(yè)若想同時(shí)進(jìn)入各類現(xiàn)場展現(xiàn)具有不現(xiàn)實(shí)性。

為了保證總線協(xié)議之間的兼容，多采取以下方式：（1）采取分層技術(shù)，突破現(xiàn)場總線技術(shù)壁壘。遵循此標(biāo)準(zhǔn)的電器，采取直接或者利用適配器的方式，接入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。（2）采用混合總線系統(tǒng)，也就是按照實(shí)際需求集成各類現(xiàn)場總線技術(shù)的分散控制系統(tǒng)。（3）遵循《用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通訊協(xié)議》，基于提高通信效率，以及優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)，全國上下積極探索將智能電器和以太網(wǎng)直接進(jìn)行連接的探索[5]。

3.3 智能運(yùn)行異常安全報(bào)警及處理

儀器設(shè)備智能運(yùn)行處于無人值守狀態(tài)，故障發(fā)生時(shí)若沒有自動安全報(bào)警及處理裝置，會發(fā)生事故，要求儀器設(shè)備具有自動檢測異常和異常處理功能。

例如，管線接頭脫落，利用壓力探測或漏液探測的故障狀態(tài)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息及停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于實(shí)驗(yàn)室智能化發(fā)展的背景，若想提高實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的效率，提高儀器設(shè)備管理水平，要注重標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。文中結(jié)合當(dāng)前智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)實(shí)踐，圍繞通訊總線、接口及自動故障報(bào)警等內(nèi)容，做了簡單的論述，提出了標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)的策略。

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