淺論質(zhì)檢院儀器設(shè)備數(shù)字化升級(jí)

符浩 任藝 張浩

摘 要：云南省質(zhì)檢院計(jì)劃在2025年前后搬遷至呈貢新基地，屆時(shí)將對(duì)儀器設(shè)備的管理方式進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)，將粗獷的線 下管理模式改為精細(xì)的線上管理模式。除基礎(chǔ)的設(shè)備信息維護(hù)功能外，本次升級(jí)的重點(diǎn)是新增儀器設(shè)備數(shù)據(jù)采集和儀器 動(dòng)態(tài)分配的功能，并將其集成至LIMS（Library Information Management System），從而提高儀器設(shè)備的使用效率。本 文從設(shè)備布局、軟硬件部署和制度建設(shè)三個(gè)角度分別闡述升級(jí)策略，并對(duì)兩大功能的實(shí)施預(yù)案做簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：LIMS，設(shè)備管理，數(shù)據(jù)采集，動(dòng)態(tài)分配

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.03.032

0 引 言

云南省質(zhì)檢院早期LIMS只專注于檢驗(yàn)檢測(cè)的流 程流轉(zhuǎn)，主要包括接樣、下單、分派、檢驗(yàn)、審核、簽 發(fā)等，近期LIMS升級(jí)拓展了很多外圍輔助功能，例 如樣品管理、抽樣管理、在線接樣、報(bào)告在線查詢、 短信通知、統(tǒng)計(jì)查詢等，這些功能已經(jīng)能較好地滿足 目前的業(yè)務(wù)需求。隨著新基地的建設(shè)完成，云南省 質(zhì)檢院分散的三個(gè)檢驗(yàn)區(qū)將合并在一起，以方便統(tǒng) 籌管理，合并后有很多方面需要改進(jìn)與升級(jí)，從質(zhì)量 管理和信息化建設(shè)的角度看，儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)采集 和動(dòng)態(tài)分配將是LIMS下一次數(shù)字化升級(jí)的重點(diǎn)。

1 設(shè)備布局

云南省質(zhì)檢院目前設(shè)有3個(gè)檢驗(yàn)區(qū)，分別為教 場(chǎng)路檢驗(yàn)區(qū)、劉家營檢驗(yàn)區(qū)和經(jīng)開區(qū)檢驗(yàn)區(qū)；共計(jì) 9個(gè)檢驗(yàn)所，分別為食品所、化工所、電子所、輕工 所、機(jī)械所、工程所、纖檢所、石化中心、汽配中心。 每個(gè)檢驗(yàn)所都是按樓層獨(dú)立劃分，所有儀器設(shè)備都 是歸屬到具體的檢驗(yàn)所，檢驗(yàn)所與檢驗(yàn)所之間不存 在儀器交叉混用的情況。各個(gè)檢驗(yàn)所下屬有若干 檢驗(yàn)科室，科室間可能存在儀器混用的情況，混用 時(shí)主要依賴內(nèi)部人員的溝通。這種布局方式最大的 優(yōu)點(diǎn)是主責(zé)劃分明確，即每個(gè)檢驗(yàn)所對(duì)其所屬儀器 設(shè)備具有獨(dú)立的使用權(quán)和維護(hù)責(zé)任；但是缺點(diǎn)也很 明顯：一是同一類儀器的分散布局不利于集中式數(shù) 據(jù)采集，二是不同檢驗(yàn)所對(duì)同一儀器的使用頻次不 同，導(dǎo)致某一檢驗(yàn)所某種儀器可能不夠用而另一檢 驗(yàn)所卻在閑置。

未來三個(gè)檢驗(yàn)區(qū)要集中搬遷至新基地，儀器設(shè)備 也將重新布局，為克服以上缺點(diǎn)，預(yù)設(shè)布局策略如下：

（1）將儀器設(shè)備按使用屬性，分為共享儀器和 獨(dú)享儀器，對(duì)于其使用權(quán)和維護(hù)責(zé)任，獨(dú)享儀器劃 歸檢驗(yàn)所，共享儀器劃歸設(shè)備部；

（2）對(duì)于共享儀器（例如質(zhì)譜儀、液相色譜儀 等），按儀器功能細(xì)分，將同一類儀器部署于同一檢 驗(yàn)室或相鄰檢驗(yàn)室，對(duì)于獨(dú)享儀器，原則上按功能 大類與共享儀器統(tǒng)一部署，除非檢驗(yàn)所提出單獨(dú)部 署的需求。

設(shè)備布局的總體思想是“物以類聚”[1]，然后再 二次分配給各個(gè)檢驗(yàn)所，通過監(jiān)控以及標(biāo)簽等方式 劃分權(quán)責(zé)。這種布局方式以儀器的統(tǒng)一管理為出發(fā) 點(diǎn)，可以給后期的使用與維護(hù)帶來很大的便利。

2 軟硬件部署

2.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

核心機(jī)房部署有LIMS服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集服務(wù) 器，為保證每個(gè)終端都可以與之聯(lián)通，每個(gè)檢驗(yàn)室 都會(huì)配備2至4個(gè)網(wǎng)口，如果網(wǎng)口不夠用，可以添加小 型交換機(jī)以拓展接入設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)的具體預(yù)設(shè)布局策 略如下：

（1）對(duì)于物理連線方式，每一層樓的所有終端 電腦連接到樓層交換機(jī)，每一棟樓的各層交換機(jī)匯 總到樓棟交換機(jī)，各個(gè)樓棟的交換機(jī)再匯總到中心 機(jī)房的核心交換機(jī)；

（2）網(wǎng)段采用C類局域網(wǎng)段，網(wǎng)關(guān)按不同樓號(hào) 與樓層配置，例如A棟3層設(shè)為192.168.13.1，B棟4層 則設(shè)為192.168.24.1，倒數(shù)第二個(gè)字段的第一個(gè)數(shù)字 表示樓號(hào)，第二個(gè)數(shù)字表示樓層；

（3）子網(wǎng)掩碼統(tǒng)一設(shè)置為255.255.255.0，即采 用24位的IP，不同樓號(hào)不同樓層的終端IP只有最后 一個(gè)字段可以變動(dòng)，范圍為2至254；

（4）IP地址按辦公類、儀器設(shè)備類劃分，辦公 類終端數(shù)量較多，段域劃為101至254，儀器設(shè)備類 的段域劃為2至99，并將每個(gè)終端分配到的IP與房 間號(hào)做好關(guān)聯(lián)與記錄；

（5）當(dāng)儀器與配套電腦采用專用數(shù)據(jù)線相連 時(shí)，通過電腦網(wǎng)口與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器相連，當(dāng)儀器 與配套電腦通過網(wǎng)口相連時(shí)，需對(duì)電腦加裝PCIE網(wǎng) 卡，配置好儀器IP與本機(jī)IP后再與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器 相連。

上述方案有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是網(wǎng)絡(luò)布局清晰 明朗，即使未來引入三級(jí)網(wǎng)絡(luò)等級(jí)保護(hù)，也不需要 大的改動(dòng)；二是拓展性較強(qiáng)，終端數(shù)量超標(biāo)后，更 改IP配置相對(duì)便捷，能實(shí)現(xiàn)快速實(shí)施與部署；三是 權(quán)責(zé)明確，便于溯源管理。

2.2 服務(wù)器架設(shè)

目前云南省質(zhì)檢院為LIMS搭建了一臺(tái)內(nèi)網(wǎng)業(yè)務(wù) 服務(wù)器，同時(shí)搭建了運(yùn)行于公網(wǎng)環(huán)境的報(bào)告在線查 詢服務(wù)器和在線下單服務(wù)器，搬遷至新基地后，為 滿足儀器數(shù)字化升級(jí)的需求，還需搭建數(shù)據(jù)采集服 務(wù)器[2]，服務(wù)器的具體預(yù)設(shè)部署策略如下：

（1）運(yùn)行于內(nèi)網(wǎng)環(huán)境，通過核心交換機(jī)連接各類儀器與LIMS服務(wù)器；

（2）通過物理網(wǎng)閘卡與公網(wǎng)隔離，與公網(wǎng)沒有 任何數(shù)據(jù)交互；

（3）設(shè)立備份服務(wù)器，一旦主服務(wù)器宕機(jī)，備 份服務(wù)器立即接管。

除上述規(guī)劃外，中心機(jī)房按照網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保 護(hù)2.0的要求進(jìn)行建設(shè)，從硬件層面對(duì)儀器設(shè)備的 數(shù)字化升級(jí)提供支持保障。

2.3 LIMS功能建設(shè)

以上兩小節(jié)主要討論了硬件基礎(chǔ)規(guī)劃與建設(shè)的 策略，但此次數(shù)字化升級(jí)的重點(diǎn)依然在軟件端，下 面分別論述數(shù)據(jù)采集服務(wù)和儀器動(dòng)態(tài)分配的軟件 功能建設(shè)。

2.3.1 數(shù)據(jù)采集服務(wù)

數(shù)采設(shè)備的采集端口通常都是以太網(wǎng)口，分配 好IP地址后通過網(wǎng)線可以聯(lián)接到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器， 服務(wù)器內(nèi)有專業(yè)的系統(tǒng)化采集軟件，它們可以實(shí)時(shí) 監(jiān)控儀器的狀態(tài)并讀取儀器的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。一般采集 端口有通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采集軟件也有成熟的市場(chǎng) 應(yīng)用，所以數(shù)據(jù)采集服務(wù)器端軟件無需自主開發(fā)。 而LIMS屬于各個(gè)檢驗(yàn)單位的定制化產(chǎn)品，并且負(fù) 責(zé)與用戶端的交互，因此，數(shù)采功能的實(shí)現(xiàn)需要在 LIMS端做二次開發(fā)[3]，主要開發(fā)項(xiàng)如下：

（1）模板制作

目前LIMS的檢項(xiàng)數(shù)據(jù)都是通過檢驗(yàn)員手動(dòng)錄 入的方式完成，未來將通過數(shù)據(jù)采集服務(wù)器拉取 數(shù)據(jù)，所以需要制作檢項(xiàng)數(shù)據(jù)模板。由于一份報(bào)告 可能由不同檢驗(yàn)所的不同科室共同完成，而各個(gè)檢 驗(yàn)所或科室有自己的排版標(biāo)準(zhǔn)，所以模板的建立以 檢項(xiàng)為最小編輯單元，以科室劃分歸類，數(shù)據(jù)格式 盡可能統(tǒng)一，例如字符類數(shù)據(jù)統(tǒng)一使用EXCLE處 理，圖表類數(shù)據(jù)使用JPEG標(biāo)準(zhǔn)并指定其大小。

（2）數(shù)據(jù)讀取

數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采集到檢驗(yàn)完成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，LIMS需要按照數(shù)據(jù)采 集服務(wù)器設(shè)定的接口讀取數(shù)據(jù)，考慮到數(shù)據(jù)讀取操 作可能是高并發(fā)的，為提高讀取效率，規(guī)定最小讀 取單元為一個(gè)完整的檢驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)表。

（3）字段匹配

LIMS需要將從數(shù)據(jù)采集服務(wù)器讀取到的數(shù)據(jù) 表做二次解析，首先將檢驗(yàn)科室制作的EXCEL模 板表格標(biāo)簽化（選定特定單元格并注入標(biāo)簽），然 后依次讀取數(shù)據(jù)表，同時(shí)檢索EXCEL內(nèi)的標(biāo)簽，匹 配成功則自動(dòng)填充數(shù)值；對(duì)于圖像數(shù)據(jù)，則將表格 化后的WORD模板也標(biāo)簽化，標(biāo)簽內(nèi)容為圖像索引 號(hào)，按匹配次序依次填充圖像。

（4）生成日志

日志可以記錄一次檢項(xiàng)數(shù)據(jù)生成的輔助信息， 例如儀器信息、拉取時(shí)間、檢驗(yàn)員信息等，若某次 數(shù)據(jù)拉取失敗，需要調(diào)閱儀器記錄并手動(dòng)填寫檢項(xiàng) 數(shù)據(jù)時(shí)，檢驗(yàn)員需發(fā)起申請(qǐng)，待批準(zhǔn)后方能錄入數(shù) 據(jù)，同時(shí)日志會(huì)記錄錄入人、錄入時(shí)間等關(guān)鍵信息， 作為溯源追責(zé)的重要依據(jù)。

（5）耗材統(tǒng)計(jì)

除檢項(xiàng)數(shù)據(jù)外，某些儀器還支持耗材數(shù)據(jù)匯總 功能，LIMS可在儀器設(shè)備管理模塊里加入耗材統(tǒng) 計(jì)功能，通過讀取儀器的耗材使用情況，不僅能提 醒檢驗(yàn)員及時(shí)添加輔料，而且方便后期的物料管理 及其成本核算。

（6）消息通知

數(shù)據(jù)采集服務(wù)器接收到儀器的檢驗(yàn)完成信號(hào) 后，會(huì)調(diào)用數(shù)據(jù)讀取接口讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ) 于數(shù)據(jù)庫，同時(shí)會(huì)向LIMS推送檢項(xiàng)已完成的消息， 當(dāng)檢驗(yàn)員登錄LIMS時(shí)，可以查看到檢項(xiàng)的具體狀 態(tài)，若狀態(tài)為已完成，則表示可以拉取檢項(xiàng)的明細(xì) 數(shù)據(jù)。

2.3.2 儀器動(dòng)態(tài)分配

各個(gè)檢驗(yàn)科室對(duì)同一類儀器的使用時(shí)間不同， 可能造成設(shè)備的緊俏或空閑，從而造成設(shè)備資源的 浪費(fèi)，儀器設(shè)備的按類布局和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器讀取 的設(shè)備狀態(tài)信息，是LIMS實(shí)現(xiàn)儀器動(dòng)態(tài)分配的基 礎(chǔ)。有了儀器的動(dòng)態(tài)分配功能，各個(gè)檢驗(yàn)所、檢驗(yàn)科室間可以以共享的方式使用儀器，將其使用率最大 化。為實(shí)現(xiàn)此功能，LIMS端需要二次開發(fā)儀器動(dòng)態(tài) 分配模塊，以支持檢驗(yàn)員操作與調(diào)度儀器的使用[4]。

開發(fā)的主要內(nèi)容如下：

（1）狀態(tài)監(jiān)控

LIMS可以向數(shù)據(jù)采集服務(wù)器發(fā)送查詢指令，指 令分為范圍查詢和單例查詢，使用范圍查詢時(shí)，數(shù) 據(jù)采集服務(wù)器可以返回查詢范圍內(nèi)儀器的基本狀 態(tài)，即空閑或忙碌，對(duì)于某個(gè)具體的儀器，可以使用 單例查詢，此時(shí)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器返回指定型號(hào)儀器 目前的詳細(xì)狀態(tài)，例如使用狀態(tài)、剩余時(shí)間、材料 消耗等。

（2）任務(wù)預(yù)約

目前各類儀器都是檢驗(yàn)員以先來后到的方式 直接使用，雖然操作便利，但是制度管理上很不規(guī) 范。未來引入儀器動(dòng)態(tài)分配功能后，檢驗(yàn)員在LIMS 上查看到分派的檢項(xiàng)后，若要使用連接了數(shù)據(jù)采集 服務(wù)器的儀器，應(yīng)收到提示，要求檢驗(yàn)員先預(yù)約再 使用，即使此時(shí)儀器的狀態(tài)為空閑，也需要預(yù)約。如 果要使用狀態(tài)為忙碌的儀器，系統(tǒng)則會(huì)登記預(yù)約， 并且估算出大致剩余時(shí)間，方便檢驗(yàn)員靈活安排任 務(wù)的檢驗(yàn)時(shí)間。

（3）任務(wù)復(fù)用

LIMS對(duì)儀器預(yù)約進(jìn)行匯總后，可以通過算法發(fā) 現(xiàn)：對(duì)于同一類儀器，不同科室不同樣品可能要檢 驗(yàn)的項(xiàng)目是相同的，而且前后預(yù)約時(shí)間相差不大。 此時(shí)LIMS應(yīng)向檢驗(yàn)員發(fā)送建議，一是建議在有余 樣或備樣的前提下可以盡可能的使用某一臺(tái)儀器 做檢測(cè)，二是建議前后時(shí)差小的檢測(cè)歸并到新的時(shí) 間點(diǎn)一起做檢測(cè)。假如某次檢測(cè)的結(jié)果不合格，則 使用余樣或備樣再分不同的儀器獨(dú)立檢測(cè)，如此雖 然消耗了雙倍的時(shí)間與耗材，但不合格畢竟是小概 率事件，總體上復(fù)用能夠提高儀器的使用效率。

（4）任務(wù)調(diào)度

云南省質(zhì)檢院有時(shí)會(huì)接收到政府或市場(chǎng)監(jiān)督 管理局下發(fā)的突擊抽檢任務(wù)，而且要求以最快的速 度出具檢驗(yàn)報(bào)告，此時(shí)則需要調(diào)度使用儀器。首先 需要檢驗(yàn)員通過LIMS查詢各個(gè)儀器的剩余估算時(shí) 間，接著確定某儀器對(duì)應(yīng)的樣品是否留有備樣或余 樣，然后確定該儀器對(duì)應(yīng)檢項(xiàng)任務(wù)的緊急度，最后 選定出可終斷的儀器。檢驗(yàn)員向LIMS發(fā)送該儀器終 斷檢測(cè)任務(wù)的指令并填寫好備注，批準(zhǔn)后LIMS將 會(huì)向數(shù)據(jù)采集服務(wù)器發(fā)送終斷指令，此時(shí)，LIMS會(huì) 重置檢項(xiàng)任務(wù)且數(shù)據(jù)采集服務(wù)器也將重置儀器使 用狀態(tài)，檢驗(yàn)員可以清理儀器并將其用于緊急任務(wù) 的檢驗(yàn)。

3 制度建設(shè)

儀器設(shè)備的數(shù)字化升級(jí)，不僅需要基礎(chǔ)的軟 硬件支持，還需要完善的制度保障，有了健全的管 理制度，數(shù)字化升級(jí)才能有章可循，在軟硬件設(shè)計(jì) 時(shí)，不論整體邏輯框架還是各個(gè)流轉(zhuǎn)細(xì)節(jié)才能有明 確的實(shí)施方案。以下從管理主權(quán)、責(zé)任歸屬和數(shù)據(jù) 安全三個(gè)方面分別討論。

3.1 管理主權(quán)

對(duì)于檢驗(yàn)檢測(cè)的各類儀器設(shè)備，云南省質(zhì)檢院 當(dāng)前的制度規(guī)定：所有權(quán)歸單位，分派給某個(gè)檢驗(yàn) 所后，該檢驗(yàn)所享有使用權(quán)并負(fù)責(zé)其保養(yǎng)與維護(hù)， 其他檢驗(yàn)所無權(quán)使用。未來搬遷至新基地后，由于 大部分采儀器都是共享使用方式，所以共享儀器應(yīng) 統(tǒng)一歸并設(shè)備部管理；對(duì)于獨(dú)享儀器和沒有接入數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)的儀器，依然歸各個(gè)檢驗(yàn)所單獨(dú)管理， 同時(shí)禁止隨意串用。

3.2 責(zé)任歸屬

對(duì)于非共享儀器，依然采用誰使用誰負(fù)責(zé)的 管理辦法，儀器的日常維護(hù)與保養(yǎng)由檢驗(yàn)所自行承 擔(dān)，若出現(xiàn)人為惡意損壞，則由檢驗(yàn)所內(nèi)部追責(zé)后 上報(bào)單位。對(duì)于共享儀器，維護(hù)與保養(yǎng)由設(shè)備部承 擔(dān)，若存在儀器的惡意使用或故意破壞，則可調(diào)取 數(shù)據(jù)采集服務(wù)器或LIMS的日志查看最后使用人，同 時(shí)結(jié)合監(jiān)控設(shè)備快速定位到責(zé)任人。

3.3 數(shù)據(jù)安全

引入數(shù)據(jù)采集服務(wù)后，原則上檢驗(yàn)員將不能手 動(dòng)修改從服務(wù)器拉取的任何檢驗(yàn)數(shù)據(jù)[5]，某些特殊 情況下確有修改需求，也要通過提交申請(qǐng)的方式。 此外，嚴(yán)禁賬號(hào)混用（檢驗(yàn)員甲登錄檢驗(yàn)員乙的賬 號(hào)進(jìn)行操作），一旦發(fā)現(xiàn)，賬號(hào)對(duì)應(yīng)者將為第一責(zé)任 人，賬號(hào)登陸者將作為第二責(zé)任人，上報(bào)質(zhì)管部嚴(yán) 肅處理。

4 結(jié) 語

目前大部分檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的LIMS都缺乏數(shù)據(jù) 采集服務(wù)和儀器動(dòng)態(tài)分配功能，云南省質(zhì)檢院也不 例外，本文從基礎(chǔ)設(shè)施、軟硬件以及制度建設(shè)三個(gè) 方面詳細(xì)論述了儀器設(shè)備數(shù)字化升級(jí)的各項(xiàng)策略， 可以作為云南省質(zhì)檢院搬遷新基地后高效使用儀器 設(shè)備的遠(yuǎn)景規(guī)劃。

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作者簡(jiǎn)介

符浩，本科，助理工程師，主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng) 及其質(zhì)量管理。

任藝，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng) 及其質(zhì)量管理。

張浩，本科，工程師，主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)及其 質(zhì)量管理。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）