基于物聯網的智能實驗室管理系統研究

郭曉疆　夏培培　劉然

摘 要：本文以國家工程實驗室為依托，針對實驗室普遍存在的傳統人工質量控制及管理，檢測業務工作流程等問題，通過建立智能化物聯網實驗室管理系統平臺，實現樣品管理、資源管理、質量管理、網絡管理、數據自動采集等眾多功能，保證分析數據的嚴格管理和控制，提高檢驗檢測工作效率，提高檢測數據的準確性及可靠性，提高國家工程實驗室在檢驗檢測行業的競爭力及影響力。

關鍵詞：物聯網；實驗室管理系統；自動數據采集

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

0.引言

一個現代化的實驗室在正常管理運行中會涉及大量信息和數據采集、輸入和輸出，另外隨著原料復雜性的增加、裝置運行強度的提高和新工藝/新技術的采用，對分析測試無論在樣品數量、分析周期、分析項目和數據準確性等方面都提出了更高的要求，原來的人工管理模式在這種形勢下已經顯得極不適用。為實現樣品、儀器設備、數據信息、進度等科學、有效管理，實驗室需脫離傳統質量控制監督模式，建立一套基于MES的全智能物聯網實驗室信息管理系統（Laboratory Information Management System，簡寫LIMS）。

物聯網技術是繼計算機、互聯網技術之后，世界信息的第三次浪潮。早在20世紀90年代初期，麻省理工學院（MIT）的Kevin Ash-ton教授首次提出物聯網的概念。物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用射頻自動識別及無線數據通信等技術，實現物品自動識別和信息的互聯與共享的技術。其主要由全球產品代碼（EPC）、射頻識別系統及信息網絡系統三大部分組成。目前，國外對物聯網的研發及應用主要集中在歐美、日本等少數國家，且最初的研究方向主要是條形碼、RFID等技術，而隨著RFID技術、傳感器技術、通信技術及計算機技術的發展，其應用領域越來越多，受到各界的關注。

1.實驗室管理系統的研究

1.1 研究目標

基于MES的無線物聯網實時數據采集技術、遠程數據傳輸與交互技術、數據上云和數據安全管理技術、移動APP數據管理技術等研究，實現樣品、進度、數據、儀器管理等功能，實現數據的自動采集、云存儲、分析、計算及移動，構建一套完整的實驗室綜合管理和產品質量監控相結合的業務體系。

1.2研究內容

主要功能模塊包括：檢測工作流程管理，系統初始化管理，資源管理，質量管理，數據自動采集管理及云服務器管理。系統構架如圖1所示。

1.2.1檢測工作流程管理

此為首要重點功能模塊，主要子模塊有：

（1）檢測委托管理，現場委托或網上委托均可。客戶在網上完成委托信息填寫、委托狀態查詢、意見反饋等操作，樣品通過郵寄或其他協定方式送達。

（2）樣品管理，檢測樣品有唯一編號，打印條形碼便于樣品識別，此條形碼將隨同樣品歷經檢測流程的各環節。對特殊樣品的處置，留存和過期處理均做記錄并提醒管理員操作。

（3）樣品庫管理，包括檢測樣品信息的分類，有增加、編輯、刪除分類功能。

（4）檢測過程管理，對檢測的過程和結果數據進行統一管理，使各檢測之間的數據不發生沖突并保證數據的可追溯性。包括：委托接收/確認、任務分配、檢測數據錄入、數據復核、報告編制/審核/審批/發布。

（5） 原始數據管理，根據檢測項目制定原始數據表單，檢測員在完成檢測項目后完成檢測原始信息的錄入。此模塊包括檢測數據的增加、修改、打印功能。

（6）檢測項目管理，檢測項目是實驗室進行檢測工作的基礎，其信息主要包括：項目名稱、編號、計量單位。系統能動態管理檢測項目，包括項目的增、改、查等功能。

（7）費用管理，對委托發生的費用進行統一管理，包括按類別統計、查詢和匯總及導出。

1.2.2 系統初始化管理

此模塊為檢測工作的流程提供了保障。

（1）進度管理，統計檢測過程中的工作安排及相應進度，適時提醒，使管理人員方便地管理工作進度，合理安排工作順序和時間。

（2）系統權限管理，為實驗室人員分配不同的管理權限，對應不同的管理及檢測內容，保證檢測數據安全性。

（3）門禁監督管理，對進出實驗室的人員進行監督，非權限內的人員進入可實現報警，確保實驗室財產安全及檢測樣品及數據安全。

（4）檢測標準方法的管理，檢測員在分析前需確認分析項目所使用的方法（方法標準及產品標準）。調用數據庫中的檢測標準方法，包括檢測項目/參數等的錄入、編輯、查詢功能。

（5）檢測權限管理，基于角色來管理檢測權限，主要包括：檢測人員和檢測角色的關系管理，檢測角色和檢測項目的關系管理，檢測角色和檢測系統的關系管理，按鈕權限、頁面權限、功能模塊權限。

（6）儀器接口管理，提供儀器接口的自定義功能。對新購置的儀器設備，不需要對其進行特殊編碼設置，僅需系統提示向導，即可自動連接。

1.2.3資源管理

（1）人員管理，包括實驗室人員的基本信息，人員檔案，人員培訓等。

（2）設備管理，是對需要計量的儀器設備進行定期計量管理，保證其處于最好的工作狀態，確保出具的數據和報告的正確性。主要包括設備檔案管理、計量管理、期間核查管理、故障與維修管理。

（3）物資耗材管理，主要有兩部分：標準物資管理，包括標準物質的檔案管理、使用管理、過期管理、采購管理、庫存管理；辦公耗材管理，包括物資檔案的管理、物資采購和物資庫存的管理。

（4）文件管理，主要包括質量文件檔案管理，審核質量文件管理，審批的質量文件管理，發放質量文件管理，修訂質量文件，作廢質量文件等內容。

（5）客戶管理，建立客戶檔案，實現滿意度調查、投訴建議、歷年業務量等信息統計、查詢。

1.2.4質量管理

此模塊涉及實驗室管理體系文件中的各個環節，為實驗室的認證認可及評審提供保障。

（1）實驗室內審，包括實驗室內部審核策劃、內審準備、內審實施、糾錯及跟蹤驗證各個環節。

（2）實驗室外審，包括CNAS、CMA等外部評審，涉及外部審核過程中所有資料管理及歷年外部評審資料的查詢、編輯。

（3）管理評審，包括管理評審所有輸入輸出內容的監督管理。

（4）能力驗證，包括能力驗證計劃、檢測過程及能力驗證證書等實施的各個環節的制定、查詢、修改。

（5）科研項目管理，包括項目的進程，項目經費管理，項目資料等。

1.2.5數據自動采集管理

此模塊實現實驗室儀器設備的自動采集，包括儀器設備的狀態參數的采集，檢測數據的采集等信息。

1.2.6云服務器管理

此模塊實現對自動采集數據的存儲、篩選及計算、修約功能，方便實驗室管理人員及檢測人員查詢、應用，保證原始數據及檢測報告中檢測結果及儀器設備狀態參數的準確可靠。

2.實驗室管理系統的設計

2.1系統總體方案設計

對信息管理系統進行總體設計，做好系統的需求分析，報告設計系統的基本框架結構，主要包括系統的結構模塊設計和計算機物理系統的方案設計。

2.2網絡拓撲結構設計

建立獨立的網絡系統，使其通過防火墻與外部系統聯通，并在網絡環境中設置防病毒服務器，使接入網絡的計算機收到保護，確保電子信息的存儲安全。

2.3云服務器的設計

搭建云服務器平臺，為云服務器分配足夠的存儲空間，制定云服務器的數據計算機制，對自動采集數據進行管理，實現數據的無線存儲、篩選、修約、查詢，保證數據的準確性。

2.4功能模塊設計

對系統的數據自動采集模塊，檢測工作流程模塊，資源管理模塊及質量管理模塊進行設計，確定主模塊的各個子模塊，并確定各個模塊之間的數據的傳遞及其調用關系。

2.5系統實現

完成系統平臺的界面開發，數據庫開發，儀器接口設置，云服務器的搭建，實現數據自動采集，檢測工作流程，資源管理及質量管理及其相關子模塊的功能，完成相關數據間的調用。

2.6系統安裝調試

在實驗室服務器上安裝實驗室信息管理系統，并對系統進行調試。

2.7系統運行、維護

在系統正常運行中發現系統的不足，針對系統存在問題，對系統進行不斷的維護、完善。

結論

基于物聯網技術的實驗室信息管理系統平臺的建立，可規范檢驗檢測工作流程，節約重復檢測的試驗成本，減少檢測報告流轉時間，增強數據的安全性，提高實驗室整體能力，使實驗室管理標準化、科學化，提高其在同等規模及技術水平實驗室間的競爭力。

參考文獻

[1]王瑾.基于物聯網的實驗室管理技術[J].電腦知識與技術，2010（21）：5741-5742.

[2]盛驍駿.物聯網在實驗室檢測管理中的應用淺談[J].硅谷，2014（2）：101，104.