基于LIMS的網絡實驗室的構建

楊 鑫,楊永忠,王 薇 ,蘇 彤

(1. 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710065；2.國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室，陜西 西安 710065)

1 引言

隨著計算機技術普及網絡云共享技術的發展，以及“互聯網+”技術的不斷推進，以互聯網為核心的信息管理系統不斷完善，網絡實驗室的概念逐漸進入到傳統實驗室管理領域[1-3]。實驗室管理系統(LIMS)使用計算機網絡，以信息化的形式來管理實驗室[4-7]，不僅對實驗室的儀器、數據、人員、試劑、耗材以及測試流程更加快捷、方便地管理，還將計算機網絡、人機交互、數據共享等結合起來，提高儀器設備利用率和工作效率，實現資源共享[8-10]。

本文在分析了陜西煤業化工技術研究院有限責任公司分析測試中心儀器、人員、管理等軟硬件條件的基礎上，結合實際情況，在LIMS的基礎上，搭建了網絡實驗室，實現了分析測試中心的網絡管理、數據共享、遠程交互等功能。

2 網絡實驗室總體方案設計

陜西煤業化工技術研究院有限責任公司分析測試中心，有各種高精密、跨學科的大型實驗、分析儀器設備，負責整個研究院的產品研發和分析測試，隨著檢測業務日漸增多，實驗室日常的人工管理、紙質化辦公的方式已經不能很好的滿足網絡化信息化的需求，對儀器、人員、測樣、試劑、耗材、檢測流程等的日常運營管理未實現網絡化。

目前，分析測試中心所有儀器的工作電腦已全部通過內部局域網實現文件管理、打印機共享功能。在此基礎上，結合計算機云共享技術，構建網絡實驗室，網絡實驗室由實驗室管理、遠程交互、數據共享三個功能平臺組成，如下圖1所示。整個網絡實驗室的數據安全由權限管理模塊來保證，保證根據用戶權限等級不同對三大平臺進行查看、批準、修改、增加或刪除等操作[11-12]。

圖1 網絡實驗室整體框圖

3 功能平臺的構建

3.1 實驗室管理平臺

實驗室管理平臺是網絡實驗室的基礎，該平臺主要是對實驗室的人、事、物進行管理，包括網絡宣傳、網上實驗預約、實驗室內部事務管理三個部分，如圖2所示，實現了實驗室的電子化管理。通過瀏覽器登錄網絡實驗室管理平臺，根據分類瀏覽相關信息，實現實驗室有關事宜的管理。

圖2 實驗室管理平臺結構圖

實驗室網絡宣傳模塊，用于發布實驗室的規模、儀器介紹、測試能力等基本情況，將已有的儀器、檢測參數、檢測條件以及具有CNAS認證的檢測參數進行分類，用戶登錄實驗室管理平臺就可對實驗室檢測業務一目了然。還可以在網絡宣傳部分集成留言板功能，提供一個外界跟實驗室的對話平臺，吸引了更多的檢測業務，擴大了實驗室的業務范圍。

網上實驗預約模塊[13-15]，通過網絡宣傳模塊對相關儀器和檢測項目以及檢測條件了解后，可通過實驗室管理平臺進行網上實驗預約，預約完成后，系統自動將預約訂單轉送給負責相應儀器的測試人員，就可開始準備實驗。同時還可通過預約平臺了解到待檢測樣品的測試流程和測試進度，儀器的當前使用情況，以便送樣人員和測試人員合理安排送樣時間和儀器使用時間，提高儀器的利用率和工作效率。

實驗室內部事務管理模塊，按照實驗室信息管理系統(LIMS)搭建，僅對實驗室內部以及研究院相關管理人員開放，是給單位內部相關人員提供一個對整個實驗室運營及建設有關的人、事、物、信息等進行管理的平臺，將實驗室的業務流程、人員、儀器設備、化學試劑、文件資料、項目管理、客戶管理等因素結合，采用數據庫技術，組成一個全面、規范的管理體系，相關人員可在實驗室管理平臺上申請相關儀器及試劑、報告儀器狀態、發布保養申請等。

3.2 實驗室遠程交互平臺

實驗室遠程交互平臺作用是，最大可能地讓遠端實驗需求者通過該平臺接近儀器，接近實驗過程，跟實驗檢測人員互動，基本實現功能如圖3所示。實驗需求者直接跟實驗人員、儀器、工作站面對面“交流”。

圖3 實驗室遠程交互平臺結構圖

對于某些有網絡版工作站的儀器，客戶端可以遠程設置測試參數，但是無法完全智能化實現儀器的自動取樣和進樣，針對這種情況，可由客戶端發起實驗請求，進行實驗參數的設置，分析測試人員進行樣品的準備和進樣，客戶端可通過網絡版工作站了解整個實驗的進度，并及時調整參數，測試人員進行相應的配合，減少了測試人員的工作量，節省了時間，而且使得客戶實時掌握實驗情況，實現了儀器的部分共享。

對于單機版的儀器，無法通過網絡對儀器進行遠程操作，但可搭建一個類網絡即時通訊平臺，提供音頻交互、文本交互功能，實驗需求者和測試人員可在實驗前及時溝通檢測條件，并實時反饋實驗過程中的具體情況，傳輸實驗數據。

視頻交互主要是針對送樣客戶對待測的樣品的檢測條件不確定的情況下需要的，測試人員根據資料和經驗選擇合適的測試條件，客戶可通過視頻交互了解到實驗動態，進而判斷測試條件是否滿足樣品檢測的目的，是否可得到客戶需要的信息，方便及時與測試人員交流更換或修改測試條件。視頻交互需要外界網絡攝像頭的輔助，在預約時就可選擇是否需要視頻交互，方便實驗人員的準備和通知，實驗進行時，在需要視頻實時查看實驗過程的儀器前設立一個網絡攝像頭，通過攝像頭，觀察儀器工作站上數據、圖像、譜圖的變化，使得遠離實驗室的實驗需求者可身臨其境地了解實驗真實運行過程[16]。

3.3 實驗室數據共享平臺

實驗室數據共享平臺，主要針對內部人員使用，不僅可以查閱實驗數據，還將與研究院相關的所有信息融合在一個平臺上，為研究院提供一個信息準確、廣泛、全面統一、可自動更新的數據中心。數據共享平臺可分為實驗測試、科技信息、專業數據庫、重要鏈接四個部分，如圖4所示。

圖4 實驗室數據共享平臺結構圖

實驗測試模塊可任意查找已完成或正在進行的實驗數據，所有的測試實驗，測試人員必須按照要求在實驗室數據共享平臺上上傳實驗數據，包括檢測條件、實驗步驟、實驗結果及檢測報告，實驗室人員可根據需求對測試數據進行對比、統計和參考，也可將研究院項目和檢測相關的標準、光譜圖等集成在數據庫里，方便了查閱。

科技信息模塊主要為研究院內部的信息，包括研究院基本信息、煤炭、化工、材料、能源、分析測試五大發展方向的前沿文章和資訊，研究院內刊、相關儀器信息及培訓課件等。

專業數據庫模塊為測試人員提供了一個全面、快捷的文獻查閱平臺，主要有煤炭、化工、能源、材料、分析測試、試劑等的相關標準，以及各種中外文期刊、碩博論文、專利數據庫。

重要鏈接模塊集成了同行的相關網站，包括有：合作高校的圖書館、同行企業的官網、政府官網(國家能源局、科技部、國家發改委、國資委、陜西省科技廳、煤礦安監局)、行業和科研協會(煤炭工業、煤炭化工、電池、能源、石油化工等)。

3.4 權限管理

網絡實驗室涵蓋了實驗室的所有信息，同時還需要與實驗室外部保持一定的聯系，因此，為了保證實驗室內部信息的安全，需要設置不同的權限，擁有不同權限的人在網絡實驗室中可實現相應的操作，保證網絡實驗室的正常運行。

根據不同的權限，單位內部人員可方便查看實驗情況，快速地掌握整個實驗過程，單位領導也可根據該平臺中的數據結果對項目進行快速決策，及時糾正項目中的錯誤。外部送樣客戶根據是否支付及是否批準等權限查看和下載實驗數據及報告。

4 結語

網絡實驗室的搭建，將分析測試、實驗室管理、數據共享融合在一起，使得實驗室的管理網絡化，通過互聯網可了解實驗室的日常運轉和工作進程，促進了實驗室的自動化運行、數字化管理，提高工作效率，降低運行成本，實現資源的最大化利用，還可保證實驗室所有的檢測或管理數據、信息均符合相關的質量標準或規范，促進了實驗室更好、更正規的發展。