LIMS 在某煤化工企業(yè)的開發(fā)與應(yīng)用

賀小強(qiáng)

（神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831404）

引言

對一個實(shí)驗(yàn)室來說，無論規(guī)模的大小，每時每刻都會產(chǎn)生大量的信息，這些信息主要是一些測量、分析的數(shù)據(jù)，還有許多維持實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的管理型數(shù)據(jù)。這些海量、復(fù)雜的數(shù)據(jù)使得每一個實(shí)驗(yàn)室為維護(hù)這些數(shù)據(jù)而浪費(fèi)了大量的人力和物力，結(jié)果效率還十分的低下，經(jīng)常出錯，更談不上數(shù)據(jù)的快速科學(xué)分析。

依照ISO/IEC 17025—2005《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》與現(xiàn)行法律法規(guī)和中心質(zhì)量管理體系，基于實(shí)驗(yàn)室從事的檢驗(yàn)活動和參比實(shí)驗(yàn)室活動，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，需要建立實(shí)驗(yàn)室LIMS[1]，實(shí)現(xiàn)從樣品采集、樣品受理、檢驗(yàn)、結(jié)果評價、出具報告全過程及相關(guān)的活動的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化辦公功能，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，達(dá)到“無”紙化辦公目的[2]，提高質(zhì)量和安全事件追溯能力，及時采取糾正、預(yù)防、改進(jìn)措施，推進(jìn)業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化和自動化，實(shí)現(xiàn)LIMS 數(shù)據(jù)共享和有效利用。

神華新疆化工有限公司以褐煤為生產(chǎn)原料主要生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯等產(chǎn)品。該公司化驗(yàn)室主要承擔(dān)公司的原料分析、過程控制分析、成品分析及水質(zhì)環(huán)保分析，以及裝置臨時加樣分析。該公司2016 年裝置開工，化驗(yàn)室每月都有2 000 萬～3 000萬個數(shù)據(jù)需要手動錄入，分析數(shù)據(jù)只能電話報給生產(chǎn)裝置，等到下班后再進(jìn)行本班分析數(shù)據(jù)的共享存儲。這種運(yùn)行方式嚴(yán)重影響化驗(yàn)室的工作效率和服務(wù)質(zhì)量，數(shù)據(jù)錄入錯誤也時有發(fā)生，裝置想得到及時快捷的數(shù)據(jù)報送更難以實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)開發(fā)符合國際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量體系要求的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)以解決上述問題變得迫在眉睫。2017 年初該公司就開始著手LIMS 的開發(fā)，經(jīng)過調(diào)研考察及論證，最終確定了該公司LIMS的開發(fā)設(shè)計(jì)方案。1 工藝流程及LIMS 業(yè)務(wù)需求

1.1 工藝流程

神華新疆化工有限公司以煤為原料，先通過氣化裝置、凈化裝置、甲醇合成裝置生產(chǎn)出183 萬t/a 的甲醇，再通過SHMTO 技術(shù)生產(chǎn)中間產(chǎn)品丙烯、乙烯，再通過LyondelBasell 公司的高壓管式法（Lupotech T）工藝和INEOS 公司的Innovene 聚合工藝技術(shù)分別生產(chǎn)LDPE 和PP。

1.2 LIMS 業(yè)務(wù)需求

通過對其他同類企業(yè)的LIMS 開發(fā)情況進(jìn)行對比分析，結(jié)合化驗(yàn)室日常管理和質(zhì)量控制需要，確定了該公司LIMS 業(yè)務(wù)需求。

2 化驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[3]

神華新疆化工LIMS，采用的是B/S 架構(gòu)的軟件產(chǎn)品，該軟件是典型的多層架構(gòu)，客戶端機(jī)器無需安裝CRM系統(tǒng)的任何模塊，系統(tǒng)的升級僅需要通過對系統(tǒng)的WEB 服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行在線升級即可完成，大大降低了系統(tǒng)維護(hù)的工作量，系統(tǒng)的更新和升級不影響歷史數(shù)據(jù)的查詢和應(yīng)用。

3 化驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[4]

LIMS 功能主要包括實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)流程管理、質(zhì)量管理、儀器采集、系統(tǒng)集成等部分，實(shí)現(xiàn)神華新疆化工生產(chǎn)中各種類型的檢驗(yàn)樣品全部納入系統(tǒng)進(jìn)行管理?；?yàn)室信息管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如下：國際標(biāo)準(zhǔn)的化驗(yàn)作業(yè)流程、分析數(shù)據(jù)的自動采集功能、化驗(yàn)結(jié)果質(zhì)量控制與管理、數(shù)據(jù)可追溯功能、報表自動生成功能、儀器設(shè)備管理功能；等等；具備二次開發(fā)功能。

3.1 業(yè)務(wù)流程管理

該系統(tǒng)按照ISO/IEC 17025 規(guī)范中的樣品管理要求來設(shè)計(jì)工作流，圍繞神華新疆化工生產(chǎn)流程和檢驗(yàn)計(jì)劃開展樣品化驗(yàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)從檢驗(yàn)任務(wù)生成、樣品登錄、樣品采樣、樣品接收、任務(wù)分配、檢測、結(jié)果輸入、結(jié)果審核（多級審核）、數(shù)據(jù)輸出、生成檢驗(yàn)報告等，各個環(huán)節(jié)的化驗(yàn)任務(wù)通過LIMS 網(wǎng)上調(diào)度，將化驗(yàn)室業(yè)務(wù)工作和LIMS 工作流程進(jìn)行融合。

3.2 分析數(shù)據(jù)的自動采集

LIMS 系統(tǒng)在樣品檢驗(yàn)前提供設(shè)備排程功能，設(shè)備排程包括自動排程與手動排程。對于單臺設(shè)備檢測的檢測項(xiàng)目，LIMS 系統(tǒng)在任務(wù)生成時自動根據(jù)采樣時間完成自動排程，后續(xù)樣品檢測完成后，分析員將樣品的檢測結(jié)果文件保存或上傳至對應(yīng)的設(shè)備采集文件夾中，即可完成設(shè)備分析結(jié)果的自動數(shù)據(jù)采集，以及分析譜圖上傳。對于多臺設(shè)備都可以檢測的檢測項(xiàng)目，由分析員在樣品分析前手動在LIMS 系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)備樣品檢測排程，后續(xù)樣品檢測過程中，分析員按照設(shè)備排程的樣品進(jìn)行檢測，檢測完成后將檢測結(jié)果文件保存或上傳至對應(yīng)的設(shè)備采集文件夾中，即可完成設(shè)備分析結(jié)果的自動數(shù)據(jù)采集，以及分析譜圖上傳。

對于有工作站的儀器，系統(tǒng)會自動采集工作站的輸出文件，LIMS 系統(tǒng)可采集PDF、excel、word、txt 等各種格式的文件。對于有RS232 接口的儀器，如果配置了電腦，也可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，對于沒有輸出的儀器，系統(tǒng)有多種方式可快速錄入數(shù)據(jù)，例如excel 導(dǎo)入、批錄入、默認(rèn)結(jié)果、快速錄入等方式，使分析員可以根據(jù)樣品的原始記錄信息多少選擇不同的錄入方式，大大提高數(shù)據(jù)錄入速度。分析數(shù)據(jù)的自動采集，減少了人工干預(yù)，確保數(shù)據(jù)的原始性、真實(shí)性和準(zhǔn)確性。自動采集大批量分析數(shù)據(jù)極大地縮短了分析數(shù)據(jù)的產(chǎn)生周期，同時節(jié)約了人力成本。自動采集的數(shù)據(jù)，能在審核時原始數(shù)據(jù)的同時審核分析譜圖，以確保每個分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。有效防止在傳統(tǒng)管理模式下，分析數(shù)據(jù)的采集停留在人工記錄和傳遞階段，自動化水平不高，不能嚴(yán)格確保分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，無法徹底避免人為修改數(shù)據(jù)帶來的風(fēng)險。

3.3 化驗(yàn)結(jié)果質(zhì)量控制與管理

3.3.1 質(zhì)量控制

LIMS 通過質(zhì)量指標(biāo)設(shè)置進(jìn)行分析數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量管理。通過將標(biāo)準(zhǔn)中分析項(xiàng)目的重復(fù)性及精密度要求導(dǎo)入數(shù)據(jù)判定項(xiàng)中，當(dāng)錄入數(shù)據(jù)超出方法中規(guī)度的要求，數(shù)據(jù)會被判定為不通過，為分析數(shù)據(jù)把好第一道關(guān)。其次通過在數(shù)據(jù)錄入、復(fù)核及審核界面增加了歷史數(shù)據(jù)查詢比對功能，便于分析比較當(dāng)前分析數(shù)據(jù)與歷史的差異，為數(shù)據(jù)分析者和審核者對數(shù)據(jù)是否異常作出快速的判斷，為數(shù)據(jù)是否需要復(fù)查提供依據(jù)。通過在樣品分析項(xiàng)目指標(biāo)集中設(shè)置質(zhì)量指標(biāo)對樣品質(zhì)量進(jìn)行控制，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定指標(biāo)對報出數(shù)據(jù)進(jìn)行樣品質(zhì)量進(jìn)行合格和不合格判定，并用不同顏色標(biāo)識，綠色表示合格，紅色表示不合格。

3.3.2 質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

LIMS 質(zhì)量統(tǒng)計(jì)模塊能夠?qū)x定一段時間內(nèi)的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和對比。不僅能實(shí)現(xiàn)選定時間段內(nèi)的樣品分析數(shù)據(jù)情況統(tǒng)計(jì)，如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值、分析次數(shù)、合格率等，還能實(shí)現(xiàn)對選定時間段內(nèi)的樣品分析數(shù)據(jù)與往年同期數(shù)據(jù)的比較。

3.3.3 質(zhì)量控制圖

LIMS 系統(tǒng)具有均值極差控制圖，可以對一段時間內(nèi)的樣品的質(zhì)量變化趨勢通過質(zhì)控圖來查看，便于分析質(zhì)量變化趨勢，質(zhì)控圖表能更直觀、快速發(fā)現(xiàn)異常，以便及時采取質(zhì)量控制措施措施。

3.3.4 數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

LIMS 的相關(guān)性分析功能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，不僅能實(shí)現(xiàn)一段時間內(nèi)同一樣品的不同分析項(xiàng)目間的相關(guān)性分析以及一段時間內(nèi)同一樣品同一個分析項(xiàng)目溜出口數(shù)據(jù)與成品分析的比對，還可以實(shí)現(xiàn)不同樣品相同項(xiàng)目的相關(guān)性對比，并可形成相關(guān)性分析的趨勢圖。這個功能可以用來檢查工藝流程中一個產(chǎn)品加工工程中質(zhì)量指標(biāo)的變化，例如半成品某個檢驗(yàn)項(xiàng)目是150 mg/L，隨著加工過程推進(jìn)，到成品某項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)小于150 mg/L，如果大于或等于基本是錯誤的數(shù)據(jù)，并且可以多個點(diǎn)位同時顯示，可快速查詢出問題的樣品，快速定位有問題的分析項(xiàng)目。

3.4 數(shù)據(jù)可追溯功能

LIMS 記錄了每一個樣品分析數(shù)據(jù)的原始信息，包括任務(wù)下達(dá)、數(shù)據(jù)錄入、復(fù)核、審核等每一步過程以及裝置人員傳遞的樣品信息，比如取樣通知單、臨時加樣單等等。LIMS 的“樣品狀態(tài)”模塊可以實(shí)時追蹤樣品測試任務(wù)的進(jìn)展情況，涵蓋從樣品的采集開始至樣品存檔的整個生命周期；它可以使實(shí)驗(yàn)室管理人員在一個操作界面全面動態(tài)的了解工作的完成情況、完成人、完成結(jié)果。當(dāng)數(shù)據(jù)被修改時，系統(tǒng)自動記錄修改人，修改時間，修改原因，修改前的結(jié)果和修改后的結(jié)果，便于對原始記錄的追溯。在對數(shù)據(jù)產(chǎn)生疑問時，隨時可調(diào)出該數(shù)據(jù)對應(yīng)的原始記錄，追溯查詢通過樣品編號信息進(jìn)行樣品狀態(tài)查詢，就可以知道樣品數(shù)據(jù)何時做過修改、誰做過修改，該數(shù)據(jù)是經(jīng)過哪些人員審核等一系列詳細(xì)信息。當(dāng)需要對數(shù)據(jù)分析及時性進(jìn)行檢查時，可以追溯查詢樣品流程的每一個時間點(diǎn)，查找是哪一個環(huán)節(jié)影響了數(shù)據(jù)分析的及時性，并進(jìn)行檢查考核，以便提高分析數(shù)據(jù)服務(wù)的及時性。數(shù)據(jù)可追溯性確保了數(shù)據(jù)的可靠性，杜絕了人為捏造及修改數(shù)據(jù)的行為，使化驗(yàn)室樹立良好信譽(yù)，增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力。

3.5 報表自動生成功能

該系統(tǒng)還具有自動生成各類報表的功能，如分析報告單（合格證）、原始記錄、樣品臺賬等。LIMS 通過水晶報表對各種臺賬進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后導(dǎo)入LIMS 系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析完成后，系統(tǒng)自動生成各種報表。產(chǎn)品合格證簽發(fā)過程簽發(fā)人員進(jìn)行簽發(fā)時自動帶入簽發(fā)人員的手寫電子簽名及質(zhì)量專用電子印章。LIMS 產(chǎn)生的報表可以直接打印，也可導(dǎo)出為常見格式的文件(如HTML、PDF、TXT)或者以電子郵件方式進(jìn)行發(fā)送。避免打印和人工傳遞，提高無紙化管理水平。

3.6 儀器設(shè)備管理功能

LIMS 系統(tǒng)的儀器設(shè)備管理功能可將實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備和計(jì)量器具按不同的實(shí)驗(yàn)室、崗位、類型進(jìn)行分類管理。建立分析儀器和計(jì)量器具臺帳，包括每臺設(shè)備和計(jì)量器具的企業(yè)編號，名稱，型號，出廠編號，進(jìn)廠日期，設(shè)備的狀態(tài)（正常，故障，停用，封存），價格（原值），制造商，代理商，檢定日期，下次檢定日期，存放地點(diǎn)，保養(yǎng)人，說明書編號，固定資產(chǎn)編號等基本信息。

實(shí)現(xiàn)維修管理，可以通過手工方式生成維修申請。維修的具體內(nèi)容包括：故障內(nèi)容，要求開始日期，要求完成日期，提出人等。維修記錄內(nèi)容包括: 日期，內(nèi)容，單位，維修人，驗(yàn)收記錄，驗(yàn)收人等。一旦儀器維修申請被審批，儀器的狀態(tài)將由“正?！弊詣幼?yōu)椤肮收稀被颉皶和！?，這樣分析人員在選擇測試儀器時，該儀器將不出現(xiàn)在儀器列表中。

建立校準(zhǔn)記錄和校準(zhǔn)曲線，可列出某一時間段內(nèi)校準(zhǔn)到期的設(shè)備清單等，可對已超期校準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行報警及故障通知的功能。系統(tǒng)可對實(shí)驗(yàn)室的各種計(jì)量器具進(jìn)行管理，建立計(jì)量器具臺賬，實(shí)現(xiàn)對計(jì)量器具的檢定校準(zhǔn)、校正值、計(jì)量器具領(lǐng)用歸還、計(jì)量器具報廢等的管理，系統(tǒng)可根據(jù)計(jì)量器具的檢定校準(zhǔn)周期提前提醒相關(guān)人員，以安排計(jì)量器具的檢定校準(zhǔn)。

3.7 留樣管理功能

對化驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)要求留樣、以及涉及貿(mào)易的樣品進(jìn)行梳理，識別出原料煤、化工三劑、固體催化劑、外賣固體產(chǎn)品等樣品需要進(jìn)行留樣，首先對留樣柜進(jìn)了編號和定位，然后將樣品位置錄入LIMS，留樣時先在LIMS 中操作留樣并打印樣品標(biāo)簽，然后將樣品放入標(biāo)簽上標(biāo)識的留樣柜的位置，樣品留樣周期到達(dá)前，系統(tǒng)自動向留樣責(zé)任人提醒，責(zé)任人及時對留樣進(jìn)行處置。整個留樣過程都可以在LIMS 中實(shí)現(xiàn)，留樣結(jié)束后系統(tǒng)會自動形成留樣記。實(shí)現(xiàn)了留樣和處置樣品過程智能化，實(shí)現(xiàn)了原始記錄電子化，提高了工作效率。

3.8 工作量統(tǒng)計(jì)功能

LIMS 的工作量功能實(shí)現(xiàn)按檢測任務(wù)分類、樣品類別、檢測項(xiàng)目、檢測部門、檢測人員等條件統(tǒng)計(jì)一段時間內(nèi)的工作量，對人員工作量統(tǒng)計(jì)可以按照部門、班組、個人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)檢測室任務(wù)明確化及考核量化。避免了人工統(tǒng)計(jì)工作量，減少了人工統(tǒng)計(jì)工作量造成的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或數(shù)據(jù)不一致，大大提高了工作效率。

3.9 其他功能開發(fā)

LIMS 與其他系統(tǒng)(ERP、MES、PCS) 的集成實(shí)現(xiàn)LIMS 分析數(shù)據(jù)的最大化利用，為其他應(yīng)用模塊提供基礎(chǔ)的化驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過信息的及時傳遞和共享，為企業(yè)的質(zhì)量控制和生產(chǎn)優(yōu)化提供了及時可靠的支持。實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)使實(shí)驗(yàn)室工作的重點(diǎn)從樣品分析過程向信息管理過程進(jìn)一步延伸、擴(kuò)展、轉(zhuǎn)移和提升，也使工作方式發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，它是實(shí)驗(yàn)室管理科學(xué)化、規(guī)范化、流程化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時化的重要手段。

4 結(jié)論

1）使用LIMS 后,實(shí)現(xiàn)了從原輔料進(jìn)廠檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程樣品、以及產(chǎn)品在系統(tǒng)中流轉(zhuǎn)，并做到了各種樣品的檢測數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時查看與追蹤，加快了數(shù)據(jù)傳遞的速度，也做到了信息共享，同時能夠更好的為生產(chǎn)決策提供支撐。

2）在資源管理方面，完成了人員管理、儀器管理、材料管理、方法管理，并將這些基礎(chǔ)信息應(yīng)用于整個樣品檢驗(yàn)流程當(dāng)中，做到全程受控。

3）化驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)可使管理人員擺脫繁雜而簡單的手工數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，減少計(jì)算及統(tǒng)計(jì)失誤，提高工作效率，工作人員有更多的精力去研究分析方法或?yàn)檠b置的穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行攻關(guān)，進(jìn)一步深化管理，不斷提高化驗(yàn)室業(yè)務(wù)管理水平。

4）使用LIMS 后，不但提高了實(shí)驗(yàn)室的工作效率，而且在提高經(jīng)濟(jì)效益、降低運(yùn)行成本等方面都有很大的作用。實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄模式導(dǎo)致每年都必須印刷大量的原始記錄和臺帳，消耗大量的印刷費(fèi)用，而無紙化辦公輕松解決了這一問題[6]。