工業(yè)研究院搭建LIMS的經(jīng)驗(yàn)

馬琳鴿 王艷菊(北京低碳清潔能源研究院，北京 102209)

0 引言

實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(Laboratory Information Management System, LIMS)是以實(shí)驗(yàn)室為中心，基于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，將信息化技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室管理相結(jié)合，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)信息進(jìn)行收集、分析、報(bào)告和管理的系統(tǒng)[1-2]。LIMS目前已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模塊化產(chǎn)品，遵從ISO/IEC7025的標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15481—2000《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》，因此被廣泛用于第三方實(shí)驗(yàn)室(含各類檢測(cè)、監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室等)[3-10]、工廠[11]以及研發(fā)方向集中且確定的企業(yè)、公司、研究院所[12-15]等，在提高測(cè)試工作效率、有效存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)、降低運(yùn)行成本、合理分配資源、為管理提供決策依據(jù)等方面發(fā)揮著非常重要的作用。相關(guān)綜述也多見(jiàn)諸報(bào)道[16-18]，為迅速了解LIMS功能和搭建提供便捷的參考。

工業(yè)研究院的分析測(cè)試中心同樣需要LIMS來(lái)提升管理的效率，但商業(yè)化的LIMS產(chǎn)品不能取之即用，需要一些定制、二次開(kāi)發(fā)。LIMS系統(tǒng)實(shí)施完成后是否達(dá)到預(yù)期的功能，實(shí)施前的需求調(diào)研至關(guān)重要，基于需求定制開(kāi)發(fā)過(guò)程中與供應(yīng)商之間的即時(shí)、有效溝通也必不可少，最終目的是在理想化的要求與實(shí)現(xiàn)的程度之間尋求一個(gè)合理的平衡點(diǎn)。

1 LIMS在不同行業(yè)的差異分析

適用商業(yè)化LIMS產(chǎn)品的單位有三個(gè)共同的特點(diǎn)：一是幾乎所有的檢測(cè)項(xiàng)目都有對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法可以遵循；二是檢測(cè)項(xiàng)目一段時(shí)期內(nèi)無(wú)明顯的變動(dòng)；三是整個(gè)檢測(cè)過(guò)程不需要送檢人員的參與。

而工業(yè)研究院(尤其是研發(fā)方向比較廣的)的情況則有明顯差別：一是研發(fā)過(guò)程的不確定性導(dǎo)致的樣品多樣性和多變性使得已有的檢測(cè)方法只能作為參考，需適時(shí)調(diào)整，以解決問(wèn)題為目標(biāo)；二是檢測(cè)項(xiàng)目需要根據(jù)研發(fā)項(xiàng)目的變動(dòng)隨時(shí)添加；三是為了使測(cè)試更高效、溝通更及時(shí)，部分測(cè)試會(huì)由送檢人員參與、甚至完成，這些差別的存在使得商業(yè)化LIMS產(chǎn)品只能滿足工業(yè)研究院常規(guī)的、有固定方法的測(cè)試要求，而對(duì)具有研發(fā)性質(zhì)的測(cè)試需求則需定制或者二次開(kāi)發(fā)方可實(shí)現(xiàn)。作為一個(gè)工業(yè)研究院，在LIMS搭建過(guò)程中遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，但最終都通過(guò)采取一定的措施得以妥善解決。

2 工業(yè)研究院搭建LIMS中的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

研究院的研究方向涵蓋催化、水處理、儲(chǔ)能、先進(jìn)材料、煤清潔利用等六大領(lǐng)域，分析表征中心為院內(nèi)不同領(lǐng)域的所有研發(fā)項(xiàng)目提供支持，研發(fā)人員/分析表征人員數(shù)量比例超過(guò)10/1，一個(gè)分析表征工程師負(fù)責(zé)管理的儀器不少于2臺(tái)。初期對(duì)LIMS定位是內(nèi)部測(cè)試，系統(tǒng)中共有23個(gè)檢測(cè)類別，159個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目。從市場(chǎng)調(diào)研到招標(biāo)用了8個(gè)月的時(shí)間，之后歷經(jīng) 11個(gè)月的搭建后正式啟用。

2.1 測(cè)試申請(qǐng)模塊功能

2.1.1 樣品申請(qǐng)-輸入信息及測(cè)試特殊信息

內(nèi)部測(cè)試的定位促使LIMS團(tuán)隊(duì)把“系統(tǒng)簡(jiǎn)單化、界面友好化”作為搭建樣品申請(qǐng)模塊一個(gè)準(zhǔn)則。在樣品申請(qǐng)時(shí)能從院里其他系統(tǒng)同步進(jìn)來(lái)個(gè)人信息(如姓名、所屬中心、電話號(hào)碼等)是最優(yōu)選擇，減少送檢人填寫(xiě)的信息量，增加使用的便捷性，這一點(diǎn)在后期實(shí)施中通過(guò)與人力資源系統(tǒng)的同步得以實(shí)現(xiàn)。

考慮到來(lái)自不同項(xiàng)目樣品的種類過(guò)于繁雜，而每類測(cè)試對(duì)樣品均有特殊要求，因此在靜態(tài)數(shù)據(jù)收集時(shí)增加了“特殊信息描述”一欄(如NMR分析中，特殊信息描述為“樣品是否有鐵磁性或順磁性”等)，且設(shè)置為必填項(xiàng)，便于送檢人了解某類測(cè)試的樣品要求，確保后續(xù)測(cè)試的準(zhǔn)確性和儀器使用的安全性，如圖1 所示。

圖1 測(cè)試類別下的特殊信息描述界面

2.1.2 預(yù)約

典型的第三方實(shí)驗(yàn)室都是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)來(lái)樣進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試人員完成從接收樣品到報(bào)告發(fā)放的全過(guò)程，送檢人基本不參與，商業(yè)化LIMS產(chǎn)品完全滿足此類要求，但在這點(diǎn)上工業(yè)研究院是不同的，因此實(shí)際實(shí)施過(guò)程中保留了商業(yè)化LIMS產(chǎn)品中的所有功能，便于后期的認(rèn)證和對(duì)外測(cè)試，同時(shí)也提出了新需求?？紤]到工業(yè)研究院的特殊需求，如表1所示，在需求調(diào)研階段提出了儀器預(yù)約功能的需求。在預(yù)約功能中對(duì)每個(gè)可預(yù)約的工作日的預(yù)約情況用綠、黃、紅三種顏色可視化的標(biāo)示當(dāng)日無(wú)人預(yù)約、未滿可約、已滿不可約，如圖2所示，清晰地告知送檢人預(yù)約情況。為了保證每個(gè)項(xiàng)目組有均等的機(jī)會(huì)使用有效的儀器資源，在后臺(tái)又對(duì)每個(gè)項(xiàng)目組連續(xù)預(yù)約的時(shí)間以及一個(gè)月內(nèi)單個(gè)項(xiàng)目組預(yù)約時(shí)間總和作了限制(分別為≤16h和≤40h，這些時(shí)間限制可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況由系統(tǒng)管理員隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整)。針對(duì)科研項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中出現(xiàn)的臨時(shí)、緊急需求，利用保留的手動(dòng)調(diào)整預(yù)約時(shí)間的功能，予以靈活應(yīng)對(duì)。

除了管控儀器的工作時(shí)間外，還需要統(tǒng)計(jì)樣品的數(shù)量，據(jù)此統(tǒng)計(jì)測(cè)試人員的工作量、了解儀器的使用率和評(píng)估添置新資產(chǎn)的可能性，因而添加了同批次預(yù)約功能：在第一個(gè)樣品預(yù)約了一個(gè)時(shí)間段后，如果有其他樣品(1個(gè)或多個(gè))需要用同一個(gè)時(shí)間段完成，可用樣品復(fù)制功能，在“是否同批次預(yù)約”的下拉框中選擇“是”即可實(shí)現(xiàn)；選擇“否”則需為復(fù)制樣品單獨(dú)預(yù)約時(shí)間段，如圖3所示。所有預(yù)約的檢測(cè)項(xiàng)目均按照時(shí)長(zhǎng)計(jì)費(fèi)。

LIMS實(shí)施時(shí)，預(yù)約功能拓展到了每一個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目上，通過(guò)勾選便捷地設(shè)置為預(yù)約項(xiàng)，既增加了操作的靈活性，又在一定程度上提高了測(cè)試的效率以及儀器的使用率，有效地推進(jìn)研發(fā)項(xiàng)目的進(jìn)展。

2.2 樣品接收和任務(wù)分配模塊-更換檢測(cè)人員

表1 以SEM/TEM和紫外可見(jiàn)光譜為例表明工業(yè)研究院的特殊情況

圖2 預(yù)約窗口展示

圖3 同批次預(yù)約窗口

LIMS搭建之初的原則要求每個(gè)崗位至少有兩個(gè)檢測(cè)人員，保證一人不在崗時(shí)該崗位上仍有人值守，避免“儀器等人”的資源浪費(fèi)現(xiàn)象出現(xiàn)。試運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了新問(wèn)題：如果一個(gè)人接收了樣品之后，該測(cè)試將不能退回或者轉(zhuǎn)移，如因臨時(shí)原因不能或者無(wú)法完成測(cè)試時(shí)，后續(xù)流程無(wú)法繼續(xù)，影響結(jié)果的上傳和發(fā)放，進(jìn)而可能影響研發(fā)項(xiàng)目的進(jìn)度。為解決此類問(wèn)題，增加了“更換檢測(cè)人員”的功能，在出現(xiàn)上述情況時(shí)可以方便地將測(cè)試轉(zhuǎn)給同崗位的檢測(cè)人員，保證測(cè)試的時(shí)效性。

2.3 費(fèi)用核算模塊-重新計(jì)算(據(jù)實(shí))

工業(yè)研究院不同于第三方實(shí)驗(yàn)室的一點(diǎn)是測(cè)試方法需要實(shí)時(shí)調(diào)整以適用于變化的樣品，因此得到一個(gè)可靠的測(cè)試結(jié)果可能花費(fèi)的時(shí)間不同(如微孔吸附)，同一項(xiàng)測(cè)試要求元素個(gè)數(shù)也有差異(如ICP)，測(cè)試的組分?jǐn)?shù)也據(jù)實(shí)變化(如GC或GC-MS等)，原位測(cè)試的預(yù)約時(shí)間和實(shí)用時(shí)間也存在偏差(如原位XRD和原位XPS)，因此占用的人力、儀器和耗材資源的數(shù)量也不同，產(chǎn)生的費(fèi)用也不同，把這些類似的需求抽象化之后，采用以下式(1)作為測(cè)試完成后實(shí)際計(jì)算費(fèi)用(括號(hào)內(nèi)以同一項(xiàng)測(cè)試ICP為例)。靜態(tài)數(shù)據(jù)錄入時(shí)公式(1)可以直接輸入，后期使用時(shí)輸入c值，點(diǎn)擊“計(jì)算費(fèi)用”即可，使實(shí)際費(fèi)用與占用資源數(shù)量成正比。

式中：a為每樣品費(fèi)或測(cè)試的基礎(chǔ)費(fèi)用(如ICP 1000元/樣品，包含5個(gè)元素)；b為加收費(fèi)率，元/工時(shí)、元素、成分等 (如100元/元素)；c為實(shí)際工時(shí)/元素/成分等(在結(jié)果錄入時(shí)輸入，如7)；k為基礎(chǔ)費(fèi)用中包含的工時(shí)/元素/成分等(如5)。

舉例說(shuō)明：一個(gè)樣品作ICP分析，共測(cè)7種元素，費(fèi)用=1000+100(7-5)=1200元，測(cè)試完成提交結(jié)果后可以輸入實(shí)際c值(7)，計(jì)算實(shí)際費(fèi)用即可得到費(fèi)用1200元，該值自動(dòng)替代最初數(shù)值。

2.4 統(tǒng)計(jì)查詢模塊-定制查詢語(yǔ)句

工業(yè)研究院中所進(jìn)行的各個(gè)研發(fā)項(xiàng)目需要定期統(tǒng)計(jì)測(cè)試數(shù)量、測(cè)試費(fèi)用以監(jiān)控項(xiàng)目的資源和預(yù)算使用情況，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)也需要了解各項(xiàng)目、各中心使用分析表征資源的情況，核算分析表征中心的全人工成本以及布局新設(shè)備的購(gòu)置方向，這些需求均可通過(guò)LIMS中的統(tǒng)計(jì)查詢功能實(shí)現(xiàn)。除了常規(guī)的查詢語(yǔ)句外，在前期的需求調(diào)研中要盡可能考慮到可能用到的查詢組合，如同一個(gè)項(xiàng)目下提過(guò)測(cè)試申請(qǐng)的人員，每項(xiàng)申請(qǐng)的數(shù)量，費(fèi)用的多少等。針對(duì)這部分的需求調(diào)研，建議除了參與LIMS項(xiàng)目的核心成員外，要集思廣益，收集來(lái)自研發(fā)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)和領(lǐng)導(dǎo)層等各方面的需求，認(rèn)真梳理、分析，盡可能做到所有需求都能有對(duì)應(yīng)的查詢語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)，為管理提供決策依據(jù)，做到事半功倍。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)工業(yè)研究院的實(shí)際情況，在LIMS搭建過(guò)程中通過(guò)測(cè)試申請(qǐng)模塊(特殊信息需求、預(yù)約)、樣品接收和任務(wù)分配模塊(更換檢測(cè)人員)、費(fèi)用核算模塊(據(jù)實(shí)重新計(jì)算)、統(tǒng)計(jì)查詢模塊(定制查詢語(yǔ)句)進(jìn)行定制、二次開(kāi)發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能，有效提高了分析測(cè)試工作的管理水平。