實驗室管理系統(tǒng)(LIMS)在陽煤化工新材料公司中的應用

溫 濤

(陽煤集團太原化工新材料有限公司質檢中心，山西 太原 030000)

1 LIMS系統(tǒng)概況

1.1 LIMS系統(tǒng)簡介

實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)，它是由計算機硬件和系統(tǒng)軟件組成，能夠實現(xiàn)實驗室數(shù)據(jù)和信息的自動化收集、分析、報告和管理。LIMS基于計算機網(wǎng)絡，專門針對實驗室整體環(huán)境，設計了一個包括信號采集設備、數(shù)據(jù)通訊軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件在內的高效集成系統(tǒng)。它以實驗室為中心，采用先進的計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術和標準化的實驗室管理思想，將實驗室的業(yè)務流程、環(huán)境、人員、儀器設備、標物標液、化學試劑、標準方法、圖書資料、文件記錄、科研管理、項目管理、客戶管理等等影響分析數(shù)據(jù)的因素有機結合起來，組成一個全面、規(guī)范的管理體系，為實現(xiàn)分析數(shù)據(jù)網(wǎng)上調度、分析數(shù)據(jù)自動采集、快速分布、信息共享、分析報告無紙化、質量保證體系順利實施、成本嚴格控制、人員量化考核、實驗室管理水平整體提高等各方面提供技術支持，是連接實驗室、生產(chǎn)車間、質管部門及客戶的信息平臺，同時引入先進的數(shù)理統(tǒng)計技術，如方差分析、相關和回歸分析、顯著性檢驗、累積和控制圖、抽樣檢驗等，協(xié)助職能部門發(fā)現(xiàn)和控制影響產(chǎn)品質量的關鍵因素。

1.2 LIMS系統(tǒng)特點

LIMS系統(tǒng)是以實驗室的業(yè)務管理為核心，將管理思想與現(xiàn)代的計算機技術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)存儲技術和數(shù)據(jù)處理分析技術相結合，利用分布式管理體系來實現(xiàn)實驗室的管理，將資源管理、業(yè)務管理、數(shù)據(jù)管理和報表管理等功能有機的結合成一體，使實驗室的管理符合質量標準和規(guī)范。實驗室信息管理系統(tǒng)能夠實驗室進行科學、有效的管理，真正的實現(xiàn)無紙化辦公，為實驗室工作人員提高工作效率，降低實驗室管理成本。

LIMS系統(tǒng)對實驗室進行信息化管理，具體包括以下五方面[1]。

1) 提高了實驗室工作效率：實驗室的工作人員能夠隨時隨地對實驗室的數(shù)據(jù)信息進行快速的查詢和管理。同時，LIMS系統(tǒng)能夠實時、自動的生成實驗檢測報告，達到了省時增效的效果。

2) 為實驗的最終檢測結果提供了可靠的保障：LIMS系統(tǒng)能夠使工作人員利用網(wǎng)絡登錄系統(tǒng)，對系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)進行登記、分析和查詢。系統(tǒng)內置的自動采集、分析、計算程序，可以顯著減少計算風險；避免測試樣品、分析次數(shù)的浪費，減少錯誤和系統(tǒng)誤差的概率。采用這種管理形式，不但使測試方法趨于標準化，而且減少了人為因素的干擾，確保測試結果的科學性和實驗結果的真實性。

3) 強大的存儲量為解決問題提供依據(jù)：實驗室信息管理系統(tǒng)包含了很多的資源信息，當對復雜的實驗進行測試時，可以根據(jù)關鍵信息對實驗系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行檢索查詢，為復雜實驗的分析提出測試數(shù)據(jù)參考，在實驗室解決和處理復雜的科研問題方面具有很大的貢獻。

4) 管理實驗室資源：通過LIMS系統(tǒng)，可以隨時監(jiān)控各實驗室的所有測試項目和設備的狀態(tài)，合理安排實驗工作。對特殊的實驗項目可做出合理有效的設備、人員安排，減少等待時間，從而實現(xiàn)勞動力的合理分工，減少設備資源浪費。

5) 實現(xiàn)數(shù)字化管理：根據(jù)實驗室的具體情況，如設備的使用，出現(xiàn)故障率和工作人員的工作量，工作時間等指標，利用LIMS系統(tǒng)對其進行考核，保證了實驗室管理的正常運行 。

1.3 LIMS系統(tǒng)現(xiàn)狀

1) 根據(jù)LIMS功能，一般可以分為兩大類

第一類：純粹數(shù)據(jù)管理型 這類的LIMS軟件主要功能一般包括：數(shù)據(jù)采集、傳輸、存貯、處理、數(shù)理統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)合格與否的自動判定、輸出與發(fā)布、報表管理、網(wǎng)絡管理等模塊。這些功能滿足了實驗室檢驗工作的基本需要，功能比較單一，因而計算機網(wǎng)絡結構一般比較簡單，但比較容易實現(xiàn)，投資比較少。設計好后，一般可以在較長的時間里不需要對網(wǎng)絡軟硬件進行改變。實驗室可以不配備或是配備比較少的計算機網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫維護人員。

第二類：實驗室全面管理型除了第一類的功能外，這類LIMS軟件與網(wǎng)絡一般還可以增加樣品管理、資源(材料、設備、備品備件、固定資產(chǎn)管理等)管理、事務(如工作量統(tǒng)計與工資獎金管理、文件資料和檔案管理)管理等模塊，組成一套完整的實驗室綜合管理體系和檢驗工作質量監(jiān)控體系。除了能夠實現(xiàn)對檢驗數(shù)據(jù)嚴格管理和控制外，還能夠滿足實驗室的日常管理要求，功能比較全面。網(wǎng)絡結構相應要復雜一些，實現(xiàn)起來要困難一些，投資比較大，而且往往需要專業(yè)單位與實驗室合作開發(fā)設計。

2) LIMS在陽煤化工新材料的應用現(xiàn)狀

現(xiàn)在的煤化工企業(yè)已經(jīng)邁向了智能化發(fā)展的軌道，各種先進的生產(chǎn)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)陸續(xù)被采用，來幫助企業(yè)全面精準的調整生產(chǎn)工藝，科學合理的布局企業(yè)的采購、運行成本，規(guī)范企業(yè)的辦公系統(tǒng)的流程。

陽煤化工新材料公司采用的LIMS管理系統(tǒng)，屬于集分析業(yè)務管理、分析數(shù)據(jù)管理、樣品管理、日常事務管理等多項模塊于一體的全面型實驗室管理系統(tǒng)。LIMS系統(tǒng)除解決化驗室內部業(yè)務外，還與企業(yè)管理系統(tǒng)(ERP)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)(MES)等其他管理系統(tǒng)相關聯(lián)，進而可以更全面的滿足整個企業(yè)信息化建設的要求，保證公司質檢中心及各化驗室的分析數(shù)據(jù)的及時上傳，和日常辦公業(yè)務的規(guī)范、快速進行。

2 LIMS系統(tǒng)組成

陽煤化工新材料公司所采用的LIMS系統(tǒng)，廣泛應用于公司的質檢中心及園區(qū)各分化驗室，滿足各化驗室的日常工作要求。同時，LIMS系統(tǒng)還與公司的其他信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)相關聯(lián)，共同構成了公司一整套的信息管理系統(tǒng)體系。

2.1 LIMS系統(tǒng)硬件組成

LIMS系統(tǒng)硬件部分主要包括：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機、維護主機、化驗室設備、輸入設備、輸出設備五大部分組成，詳見圖1。

圖1 LIMS系統(tǒng)硬件組成圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機是LIMS的核心部分，包含了整個LIMS系統(tǒng)程序，所有數(shù)據(jù)存儲，各系統(tǒng)接口程序，系統(tǒng)維護主機是LIMS管理員專用，負責LIMS系統(tǒng)的日常維護，靜態(tài)數(shù)據(jù)的整理，使用權限的配置等。

化驗室設備，包括化驗室設備的電腦、色譜、元素儀、原吸等儀器。是分析人員在實際操作中接觸最多的，貫穿于接收樣品、登樣、取樣、分析、審核、上報等。

輸入設備，包括讀卡器、掃碼槍，用于錄入分析樣品的編號信息。根據(jù)分析樣品的編號可在系統(tǒng)中自動匹配樣品的名稱、批號、廠家等信息。

輸出設備，包括標簽打印機、打印機等。一般打印機用作系統(tǒng)報告單，報表等的打印，標簽打印機是用于部分分析樣品打印編碼，分析人員在登樣取樣之前，可提前將標簽貼于取樣瓶上，方便后續(xù)樣品分析數(shù)據(jù)的錄入。

2.2 與LIMS相關系統(tǒng)組成和功能

ERP系統(tǒng)：是企業(yè)資源計劃(Enterprise Resource Planning )的簡稱，是指建立在信息技術基礎上，集信息技術與先進管理思想于一身，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)員工及決策層提供決策手段的管理平臺。在新材料公司中，作為LIMS的上級系統(tǒng)，其功能主要是：1) 采購、銷售等訂單的發(fā)起者；2) 檢驗數(shù)據(jù)、結果的最終接收者。以LIMS系統(tǒng)的質量數(shù)據(jù)作為成本統(tǒng)計的一個重要依據(jù)。

物流系統(tǒng)：企業(yè)物流系統(tǒng)是指從供應物流、生產(chǎn)物流、銷售物流直至回收物流整個過程的物料流動，是由系統(tǒng)中流動的物質實體和它們經(jīng)過的各種加工、儲存、轉換的設備、設施及其與之相關的信息、人員、器具、設備等組成的具有特定功能的有機整體。新材料公司的物流系統(tǒng)中包含了進出廠的各項原輔料、產(chǎn)成品等物料的相關信息，主要有批次、批量；車次、車號；訂單信息等等。訂單由ERP發(fā)出，在物流系統(tǒng)中匹配訂單信息，傳至LIMS系統(tǒng)，分解各項分析任務。

煤全自動采、制樣系統(tǒng)：在新材料公司中，這兩套系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)進廠煤的自動化采制樣工作；并將制成的煤樣編號，與煤質的快檢數(shù)據(jù)、物流單號相匹配，傳遞至LIMS系統(tǒng)、物流系統(tǒng)。從而實現(xiàn)煤質分析的智能化，保密化。

MES(Manufacturing Execution System)即制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)，是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。MES 可以為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計劃排程管理、生產(chǎn)調度管理、庫存管理、質量管理、人力資源管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產(chǎn)過程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為企業(yè)打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺。MES在新材料公司中一般由生產(chǎn)調度中心管理,負責企業(yè)的工藝控制,物料變化,設備運行,生產(chǎn)數(shù)據(jù)等,而LIMS系統(tǒng)則負責為MES提供各項原輔料、產(chǎn)品、中間品、環(huán)保、水質等與生產(chǎn)相關的質量檢驗數(shù)據(jù)。

其他系統(tǒng)：根據(jù)生產(chǎn)、管理的需求，LIMS系統(tǒng)可與企業(yè)其他相關系統(tǒng)相通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交流，及時將原料、產(chǎn)品、中間品的相關檢驗數(shù)據(jù)上傳。具體系統(tǒng)構成見圖2。

圖2 LIMS及相關系統(tǒng)組成圖

3 基礎數(shù)據(jù)的整理

基礎數(shù)據(jù)是LIMS系統(tǒng)中除了開發(fā)程序外的最重要的組成部分；是在LIMS系統(tǒng)程序的骨架上增添的血肉，是保證系統(tǒng)正常運行的關鍵。圖3為新材料公司LIMS系統(tǒng)基礎管理界面。

圖3 LIMS基礎數(shù)據(jù)管理界面

3.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)的整理

3.1.1 方法管理

是指化驗室所有分析項目涉及的方法。按照國標、企標等標準要求，和工藝指標、分析頻次的需要，將分析方法的測試類型、方法名稱、方法標準、分析項目、計算公式、計量單位、保留位數(shù)、數(shù)據(jù)類型依次整理，并錄入LIMS系統(tǒng)中，作為系統(tǒng)方法的基礎數(shù)據(jù)。

3.1.2 測試管理

根據(jù)化工單位組織機構的設置和園區(qū)所有分析樣品的種類，將測試類型分為原料分析、產(chǎn)品分析、中控分析、油品分析、環(huán)保分析。相關測試項目的設置，分析項目的確立由園區(qū)對應的單位整理，并作為基礎數(shù)據(jù)錄入LIMS系統(tǒng)。

原料、產(chǎn)品的分析由園區(qū)質檢中心負責，相關的檢驗包括進廠原料、輔料分析，出廠產(chǎn)品、出廠中間品分析。

中控分析由分公司化驗室、車間化驗室負責，相關檢驗項目根據(jù)各車間工藝的要求，設置相應的分析項目。

油品分析是指園區(qū)裝置、設備使用的機油、潤滑油的分析，作為園區(qū)油品采購、使用、更換的依據(jù)，油品分析主要由質檢中心負責，車間可根據(jù)需求自行增設分析項目。

環(huán)保分析是園區(qū)環(huán)保工作組針對園區(qū)廢氣、尾氣排放，廢水、廢液排放，煙塵等固體污染物及噪聲污染等設置的項目，用于滿足企業(yè)安全環(huán)保工作的開展。

3.1.3 其他管理

標準管理 對于所有分析項目、分析方法，都有相應的標準支持，分析人員可在系統(tǒng)中隨時調出查閱。標準的分類包括國家標準(GT)，行業(yè)標準(HG)，地方標準(DB)，企業(yè)標準等。

單位的整理 即分析中涉及的各類單位(mg/L、%等)的整理。內容主要是單位的書面形式和單位之間相互的換算關系。

采樣點管理 指分析項目涉及到園區(qū)內的采樣點，包括車間、裝置、罐區(qū)、皮帶等，整理好的采樣點供分析人員登樣時選擇，并匹配到報告單、分析報表中。

原材料供應商管理 常用的、相對固定的供應商可維護到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，供分析人員做樣選擇。未登記的廠家只能由分析人員自行錄入，以便在系統(tǒng)臺賬中查詢。

3.2 機構管理

1) 部門組織機構的維護 包括公司組織機構的劃分，化驗室間機構管理，化驗室內部機構、分組的形式。組織機構的維護,決定著LIMS系統(tǒng)管理、分析流程的主體框架；組織機構在系統(tǒng)中的合理布局，直接影響化驗室日常業(yè)務在LIMS中的開展。

2) 人員信息的維護 主要指參與系統(tǒng)的每個成員在LIMS中的個人信息，職能分組，權限匹配，職稱、資格證書等相關資料信息的維護。人員的合理維護是將組織機構有機地融入到LIMS系統(tǒng)的重要保障，也是整個LIMS能夠切實應用到企業(yè)的基本支持。

3.3 設備管理

設備主要是指化驗室內的分析儀器，相應的管理包括設備臺賬的建立，設備編號、名稱、型號、存放地點、用途、負責人、廠家、測量范圍、檢定日期、投用日期、報廢日期的錄入。設備信息在系統(tǒng)中的維護，能幫助化驗室管理人員更加及時全面的了解設備的使用情況，方便設備日常的維護保養(yǎng)、臺賬建立、以及采購報廢等。

3.4 計量器具管理

計量器具包括化驗室儀器設備和玻璃儀器兩大類。計量器具的整理包括設備編號，規(guī)格，出廠編號，廠家，出廠時間，測量范圍，精度，存放地點，分析項目，管理類別，檢定單位，檢定周期，檢定日期，證書編號，檢定結論，領用人等。計量器具在LIMS系統(tǒng)的合理管理，可幫助分析人員實時查閱計量器具的相關數(shù)據(jù)，確保分析數(shù)據(jù)的準確性；也可幫助管理人員做好計量器具的統(tǒng)計和定期的檢定校驗。

3.5 材料、庫存管理

庫存主要涉及藥品試劑、備品備件、辦公用品、標準溶液等，管理內容包括存放地點、出入庫管理、庫存的統(tǒng)計。利用LIMS系統(tǒng)，庫管人員能夠實時、準確的掌握庫存情況，合理安排采購計劃，系統(tǒng)的整理庫存臺賬，使庫管工作更加條理清晰。

3.6 其他管理

根據(jù)不同化驗室的需要可自行增加管理項，比如文件資料的管理，交接班記錄、標準化建設等。在靜態(tài)基礎數(shù)據(jù)、組織機構、人員信息等全面維護的情況下，LIMS系統(tǒng)可為化驗室提供更多的管理、業(yè)務服務流程。

4 業(yè)務流程

新材料公司LIMS系統(tǒng)的檢驗業(yè)務流程由化驗室的分析人員、技術人員和化驗室負責人共同完成。參與LIMS系統(tǒng)的相關人員，通過各自的賬號登錄系統(tǒng)，領取并完成相應的任務后，系統(tǒng)將自動推送到下一環(huán)節(jié)，直到整個分析業(yè)務的結束。圖4為LIMS系統(tǒng)分析業(yè)務操作的界面。

圖4 LIMS分析業(yè)務操作界面

4.1 登樣、接收

登樣的形式有兩種：

1) 系統(tǒng)自動登樣，包括有相關配套系統(tǒng)的自動登樣和固定時間頻次的分析任務。

2) 人工登樣，無法實現(xiàn)自動登陸或抽檢、無固定頻次的樣品，由分析人員自行選擇或填寫樣品信息登錄；其中就包括物流系統(tǒng)上傳的樣品的信息。

4.2 待測任務分配

登錄成功的樣品即轉到待測任務序列。分析人員根據(jù)分工的不同，自行選擇樣品種類，分析項目，創(chuàng)建分析任務；之后開始樣品分析，結果錄入。

4.3 班長審核

完成結果錄入的分析樣品，即時轉到班長審核流程。在班長審核模塊，負責對應樣品的班組長可查詢其原始數(shù)據(jù)，分析結果；系統(tǒng)將自動生成的分析報告單供班組長審查。審核通過的樣品可轉到主辦審核；存在問題需要復檢的樣品或單一分析項目，班組長可將相應的分析任務重新退回到待測任務，由分析人員重新完成分析。

4.4 主辦審核

主辦審核屬于分析樣品的最終審核，擁有班長審核的所有權限，同時可查詢系統(tǒng)內所有已完成樣品的報表。主辦審核可將單次分析樣品的數(shù)據(jù)與全部樣品的數(shù)據(jù)對比審核，以確保單次分析的準確性。通過主辦審核的數(shù)據(jù)將保存到系統(tǒng)臺賬中，以用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計，報表、臺賬生成，及關聯(lián)系統(tǒng)間的上傳。未通過審核的樣品可返回待測任務重新分析。

4.5 數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計

1) 樣品臺賬 通過審核的分析數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)于樣品臺賬中。臺賬的查詢可根據(jù)樣品種類，日期，廠家等分類按需查找，并同時生成相應報表，可供打印。

2) 樣品狀態(tài) 樣品狀態(tài)中包含有所有待分析、分析中、已完成的樣品，并實時更新樣品分析進度。主辦、班組長可根據(jù)各自權限，及時查看每個樣品、每個項目的分析狀態(tài)、完成程度。

3) 報告單查詢 主辦可查詢單個樣品的報告單并打印，作為原料、產(chǎn)品等樣品的檢驗報告。

4.6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳

LIMS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、報表可根據(jù)需求向ERP、MES等相關系統(tǒng)傳輸。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可按照需求再編輯，選擇性發(fā)送；同時也可以設置自動發(fā)送，以滿足其它系統(tǒng)的及時查閱。

5 結語

陽煤化工新材料公司LIMS系統(tǒng)的引入，對實驗室實現(xiàn)標準化、信息化建設，及公司辦公信息系統(tǒng)的建立發(fā)揮了重要作用。在LIMS系統(tǒng)的輔助下，實驗室的分析檢驗工作，數(shù)據(jù)報表整理工作，日常辦公及臺賬整理工作都更加規(guī)范化、制度化，切實提高了化驗室的工作效率。