大型石化行業環境監測實驗室LIMS系統的組態與實施

王成　李羿宏

[摘要]本文以中國石油獨山子石化公司環境監測中心LIMS系統為例，針對大型石化行業環境監測實驗室LIMS系統的特殊性，從LIMS系統的架構選擇、LIMS產品平臺選擇、系統結構的實施規劃設計、LIMS系統運行流程設計、LIMS系統組態實施和維護五個方面詳細論述了石化環境監測LIMS系統的組態與實施過程和方法，并且根據成熟的實施工作經驗給出了相應建議，以期對石化環境監測LIMS系統的組態與實施提供參考。

[關鍵詞]石化行業；環境監測；LIMS系統；組態；實施

[中圖分類號]：TU276.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0137-02

隨著實驗室信息化技術的發展和成熟，LIMS（Laboratory Information Management Systems）系統已經在不同行業分析測試實驗室開始應用，該系統改變了傳統人工的分析檢測、質控、數據統計、報表生成以及實驗室管理的模式，結合了分析測試技術、計算機技術、自動控制技術和實驗室質量控制、實驗室管理等各種先進科學技術和管理方法的LIMS系統大大的提高了實驗室測試、管理的工作效率，自動化數據的采集和報表的生成以及數據的網上審核、發布、查詢等等功能使得LIMS系統展現出極為突出的優越性，我國大型的石油、石化、制藥、環境監測等行業的實驗室都已開始逐步使用LIMS系統。

大型石化行業化學檢驗實驗室作為我國先進分析測試實驗室的代表已經開始廣泛使用LIMS系統并已經應用成熟，信息化程度達到國際先進水平。作為石化行業分析測試實驗室的重要組成部分，石化環境監測實驗室承擔著石化生產區及周邊生活區的環境監測工作，為石化生產環境保護管理提供著數據支持。為了提高監測數據的管理水平，實現數據的及時發布、報表的自動生成、檢測結果的自動計算、往期數據的隨時查詢與統計等，石化行業環境監測實驗室也開始使用LIMS系統，但是，絕大多數均直接使用生產化驗室的LIMS系統，環境監測部分只是其中的子程序，采取和化驗室相同的架構和組態。石化環境監測實驗室和政府環境監測站、生產化驗室相比有著自身的特點，和政府監測站相比，石化監測站的監測項目、種類、點位、頻次要多很多，如中國最大煉化一體化基地獨山子石化公司環境監測中心的監測點位達1550多個，監測人員管理模式也不同，石化企業采用班組制管理，對于采樣點位都是生產裝置所以區別更大；和生產實驗室相比，取樣、測定時間又是完全不固定的，數據的報出模式也不同，同時石化環境監測實驗室相關質量要求和數據文件格式等既要符合企業相關規定和要求，又要符合國家環保部和國家實驗室資質認定質量管理體系計量認證（CMA）的規定和要求，因此石化環境監測實驗室必須建立獨立的專業LIMS系統才能滿足使用的需要，獨山子石化公司在率先在國內建立了石化行業的專業環境監測LIMS系統，不斷完善、反復測試，經過兩年多的使用總體運行良好，本文概述了該系統的實施過程和組態方法，以期為同行提供參考。

1 石化環境監測LIMS系統架構選擇

和其他軟件系統架構一樣，LIMS系統的架構主要有C/S（瀏覽器/服務器端）架構和B/S（客戶機/服務器端）架構兩種，B/S架構在客戶端不需要安裝任何軟件，只是用瀏覽器操作，可以隨時隨地進行查詢、瀏覽等業務處理，通過增加網頁即可增加服務器功能，維護簡單方便，只需要改變網頁，即可實現所有用戶的同步更新，開發過程也較為簡單，因為可以建立在廣域網上所以共享性強，所以隨著LIMS系統的快速發展，出現了完全基于Internet的LIMS產品。

但是，環境監測LIMS系統中每個分析都含有大量的計算公式代碼計算出數據，同時大型石化行業環境監測采樣點位極多、分析頻率高所以數據錄入量很大，由于分析方法國家標準的實時更新及廠區裝置的優化改進和節能減排技術的推廣使得LIMS系統的組態變更、維護任務也很多，等等?；谝陨显蛞?，我們必須要求LIMS產品滿足操作快捷響應速度很快、易于實現具有個性化的功能（如：固定監測任務的樣品自動登陸功能、特殊的工作流要求等）、實現復雜業務流程等的要求。而這些恰恰是B/S架構系統的軟肋，以中石油HSE信息系統為例，該系統雖然只要求錄入最終的監測結果但是由于規模很大、分支機構多使得服務器壓力大而導致相應速度很慢，監測人員每天都要利用1～2小時錄入數據。

C/S架構可以滿足幾乎所有個性化功能，可以根據實驗室的需求量身定制LIMS系統，正好可以彌補B/S架構相應速度慢等熱點，同時由于數據安全性更高所以更適合于石化行業環境監測實驗室。不過，C/S架構需要在客戶端安裝軟件，對使用者的要求也較高。

然而，對于環境保護管理人員而言只需實時了解監測數據、查詢數據報表、統計監測數據即可，所以似乎B/S架構更適合于環保管理部門。為了同時滿足數據計算、錄入人員和環保管理人員的需求我們決定使用B/S和C/S相結合的架構，即使用C/S架構的LIMS系統也必須具有WEB功能，以供管理人員隨時查詢、統計數據和查看報表。

2 LIMS產品平臺選擇

LIMS產品主要有美國Thermo公司開發的Darwin LIMS及Nautiins LIMS、ABI公司的SQL LIMS、美國Labware公司開發的LabwareLIMS等。隨著我國IT行業的迅速發展及市場需求的不斷擴大，產生了由我國軟件供應商開發的具有自主知識產權LIMS系統，如成都青之軟件開發的King'S LIMS系列軟件、杭州天軟科技開發的TyanLIMS、北京英普思科技公司開發的InproLIMS、北京匯博精瑞Labbuilder LIMS System等，這些LIMS系統也在各領域獲得了良好的應用，因為軟件采用中文界面，所以降低了用戶的維護使用難度，同時應用成本較低。

在LIMS產品平臺的選擇上，我們進行了深入的調查和思慮，架構是我們選擇的首要因素，如前所述，為了使應用效果最佳，我們計劃采取C/S和B/S相結合的結構模式，在此基礎上我們排除了TyanLIMS等B/S結構的LIMS產品。我們了解到江蘇省環境監測中心等使用Labbuilder lJlMsSystem 3.0作為LIMS平臺，Nautilus LIMS的定位是生物技術實驗室等?；诖笮褪袠I環境監測站的特點我們必須在可以提供C/S和B/s結合架構的基礎上選擇熟悉石化行業業務、有在該行業成熟的應用經驗和現成模板的LIMS系統。

現在石化行業應用最為廣泛、成熟的LIMS平臺是LabWare LIMS。LabWare LIMS產品連續三年在sDI的全球LIMs調查中排名第一。LabWare LIMS具有開放性、可組態、標準化等優點，其中最突出的優點是可組態，系統提供了諸多通用的DOS功能和工具，很大程度上避免上用戶編程和定制的麻煩。LabWare LIMS可以現實B/S和C/S相結合的架構模式，同時為了共享在石化行業應用的先進經驗和軟硬件資源，為后期軟件的維護提供知識和人員的支持，我們選擇LabWare LIMS作為石化環境監測LIMS系統的軟件平臺。

3 系統結構的實施規劃設計

在向軟件開發人員提出使用需求之后，對于系統的結構、層級、主要事項等都需要監測部門未來的LIMS系統維護人員協同軟件工程師進行詳細的規劃和設計，既定的LIMS系統維護人員應具有良好的計算機知識同時要對環境監測業務和所在單位的管理模式非常熟悉，因為軟件工程師并不是實驗室專家也不了解該實驗室的管理。需要強調的是，從項目立項到系統經過組態實施完成LIMS系統建立的整個過程中，維護人員都不應只是被動參與維護培訓的學生，而應該在努力學習軟件組態、數據庫操作的同時以高度的責任心和主人翁意識主動參與到LIMS系統的開發中去，提出自己的觀點和需求，對系統結構的設計建言獻策并在實施過程中不斷優化，這點非常重要，甚至可以說這才是系統成功建立的關鍵所在。

我們應該從監測計劃、樣品登陸、分析方法、采樣點位、數據錄入、樣品審批、監測報表生成、LIMS WEB、超標數據匯總、數據庫系統、服務器、以及分析流程的組態的各個方面進行綜合考慮、合理布局并不斷優化來設計最佳的系統實施規劃。

LIMS系統的整體規劃設計及人員職能如圖1所示：

對于數據庫系統，因為大型石化企業均已使用了大量的數字應用系統，如ERP、MES生產管理系統、技術管理系統、設備管理平臺、科研項目管理平臺、論文管理平臺，等等，有著極為成熟的數據庫應用管理經驗和專業的信息化管理部門，而Labware LIMS可以使用任何遵守ODBC標準的數據庫，如SQL Server、ORACLE等，所以我們選擇在石化行業其他系統中已經成熟使用的世界第二大軟件供應商美國甲骨文公司的ORACLE數據系統。

4 LIMS系統運行流程設計

設計規劃系統整體架構和人員職能之后就需要設計石化環境監測LIMS系統的運行流程。石化行業環境監測實驗具有和政府環境監測實驗室不同的管理模式，石化環境監測實驗室施行班組制，所以我們設計了如圖2所示的運行流程，經過一年的試運行和兩年的正式運行我們認為這種運行流程和模式是非常合理的。

在石化行業，一股情況下都是安質環處或者環?？频裙芾聿块T下達正常監測任務或或者臨時性監測任務至監測站，監測站生產管理人員對監測任務進行分析確認之后將監測任務傳達至相應班組（—般包括水質監測組、大氣監測組、煙氣煙塵監測組、噪聲監測組、在線監測組等），由班組長通知監測人員進行監測。

監測人員在采樣完成后需要根據采樣時間在客戶端LIMS系統中登陸樣品，如果是固定周期的樣品，比如周一、周二、周三……周五監測哪些點位的水質是固定的，則可以設定自動登陸樣品的個性功能，監測人員在點擊自動登陸樣品后系統自動生成相應的點位名稱，監測人員只需輸入采樣時間即可，類似環境質量監測大氣普查也可以制作成自動登陸，如果監測時間是隨機的，則需要手動登陸樣品。

在分析完成后，監測人員在LIMS系統客戶端查找登陸的樣品，根據原始記錄在LIMS中錄入如溫度、壓力、采樣時間、吸光度值、空白值等數據，系統就可自動計算出監測結果，錄入完畢保存后監測人員的工作基本完成。

班組長在所在班組監測數據錄入結束后在客戶端對所錄入數據的準確性和完整性進行審批，如果存在問題，則不通過審批，通知監測人員重新分析、錄入，如果無誤，則通過審批，此時LIMS WEB中的“檢驗分析陜報”立刻顯示監測結果并包含相應的監測時間、點位、所在分廠、裝置、車間、超標限制等數據。有權限的環保管理部門和生產車間、戰、隊即可查詢實時的排污監測數據。

在分析結果報出的次日或周末、月末、季末、年末等時間，質控人員根據管理部門根據正常和臨時性監測任務書對系統中所有的數據進行審批，再次確認無漏輸的數據和未完成的分析項目，然后根據時間段在客戶端操作自動點擊上傳相應監測報表，包括日報、周報、月報、季報、年報等。系統立刻自動生成報表，檢查報表無誤后即可確認自動上傳。上傳后，LIMSWEB中“報表查詢”同時顯示所確認上傳的報表。

至此，LIMS系統中監測數據的全部流程運行完畢。

5 LIMS系統組態、實施和維護

設計好了系統的運行流程，就要開始進行各種組態、實施創建LIMS系統，這也是最為復雜的工作，我們所創建的中國石油獨山子石化公司環境監測實驗室LIMS系統的組態和重點的實施內容如圖3所示，這些工作也是LIMS系統在運行的過程中所需要對系統進行維護的工作。

我們將組態與實施工作化為為五個板塊，分別為人員板塊、分析方法板塊、采樣點板塊、報表板塊和定制功能板塊。其中“定制功能板塊”是根據用戶需求制定的個性化模板，難以通過LabWare LIMS系統自有的功能進行組態，需要獨立編程，最為復雜，所以應該在系統其他部分組態完成后進行，其他的板塊可以按上述順序依次完成組態。

首先進行人員板塊的組態，石化環境監測實驗室采用班組制，所以應該建立班組和崗位以供分配，對于人員，需要分配系統中的角色、工作流界面（需要用Macromedia Dreamweaver等網頁制作軟件進行創建）、唯一的ID）和密碼。

其次進行分析方法板塊的組態，對于所有的監測分析方法系統維護人員都要熟系，對于分析過程和數據計算公式更是要熟練掌握，才能配合軟件商高效、正確完成每一種分析方法的組態。在對一個分析進行組態時，先要列出所需的分項，對每一個分項的數據類型、重復數、報告名等其他字段、是否可選、是否報告等進行設置，在分項屬性中設置修約規則和計量單位。接下來的實施工作主要集中在了計算編程方面，除了數據計算很多分析方法的修約規則、數據取合也需要通過編程實現，此時維護人員需要復習Basic程序語言。編程完成后要比對人工計算的原始記錄選擇各種區間范圍的數據進行測試以保證編程和分析組態完全正確。

再次進行采樣點板塊的組態，對于采樣點部分，環境監測LIMS不適合使用LabWare～臺默認的由生產實驗室使用的“采樣點——產品——分析”的模式，因為環境監測沒有傳統意義上的產品，而產品這一層級又是平臺所不能“跨越”的。所以我們創新性的使用了“產品——分析”的模式，也就是說我們不使用平臺的Sample Point、Sample Plan等針對于采樣的功能，而是把采樣點當成產品，使用平臺Product Specification這一針對于產品的功能實施創建采樣點，這樣系統顯得簡易，也大大減少了使用過程對于監測點位的維護工作量。對于Product Specification中的字段，可以使用“空氣化工老區芳烴主控室、噪聲國家原油儲備庫_南界_1號”這樣的“類型、分廠、車間、采樣點”的層級結構的字段命名方式，對采樣點的特征進行區分，為石化環境監測實驗室上千個采樣點的分類提供了很大的便利。

監測報表需要使用crystal Reports軟件進行編制，在LIMS系統中建立報表模板進行報表配制。如果報表需要根據系統中的數據進行數據統計，如求最大最小值，只顯示年度監測平均值等，則需要編程實現，對于水晶報表的編制在此不再贅述。

定制功能是根據實驗室的個性化需求和企業的管理要求所編程實現的功能，最為不易，耗時最多，但是可以使LIMS系統不只是計算器、數據統計發布軟件，而可以為工作提供便利，發揮巨大的作用。

6 總結

從LIMS系統的架構選擇、LIMS產品平臺選擇、系統結構的實施規劃設計、LIMS系統運行流程設計、LIMS系統組態實施和維護五個方面詳細闡述了大型石化行業環境監測實驗室LIMS系統的組態與實施過程，以期對可以對同行提供參考。雖然力求詳盡，但是處于篇幅所限對于具體的編程技巧和實現方法不能面面俱到的表述。

石化環境監測實驗室創建獨立的LIMS系統是必要的，LIMS系統的應用可以極大提高各項基礎管理水平，可以更好的為煉化環保工作服務。系統的組建是一個較為龐大的系統工作，實驗室領導的堅定支持必不可少，各專業管理室也要及時為負責人員提供所需的信息和數據。實驗室未來的維護人員在系統的組建過程中必須具有強烈的責任心，事實上，系統實現各種個性化功能并使系統性能達到最佳的受益者是實驗室內的監測人員和環保管理部門，對于維護人員來說增加了工作量，但是維護人員的辛苦和付出卻可以為整個實驗室的運行和管理提供很大的便利。在系統的組態和實施過程中，維護人員要盡可能考慮到未來可能出現的問題，并配合軟件商編制針對這些問題的特定程序，使系統可以長時間為實驗室服務，而在后期獨立的維護過程中也要經常復習編程、數據庫等IT知識，及時解決出現的故障。LIMS系統可以實現實驗室人員管理、設備管理等，但是石化企業均建立了ERP系統、設備管理系統，筆者認為此功能可能不用在LIMS系統中重復創建。

當然，對于石化環境監測LIMS系統的架構選擇、流程設計、組態和實施方法等，仁者見仁智者見智，同仁們肯定有更優的方案，我們在此拋磚引玉，愿IT技術為碧水藍天和“美麗中國”和“中國夢”的實現發揮更大作用。