煤炭檢測實驗室信息管理系統的設計與應用

黃 超，隋 艷

(1.國家煤炭質量監督檢驗中心，北京 100013；2.煤炭科學技術研究院有限公司檢測分院，北京 100013；3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013)

0 引 言

實驗室信息管理系統(LIMS)是將科學的實驗室管理思想、信息現代化管理手段進行有機結合并按照實驗室管理體系對樣品檢測過程和實驗室資源進行規范化管理的計算機系統。其針對具體領域實驗室的整體環境而設計，通過信號采集設備、數據通訊軟件、數據庫管理軟件等計算機硬件和應用軟件在內的高效集成，將實驗室的業務流程、環境、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、客戶管理等因素有機結合，從而實現實驗室數據和信息的收集、分析、報告和管理[1]。

實驗室信息管理系統通常基于計算機局域網、以實驗室為中心且采用先進的計算機網絡技術、數據庫技術和標準化的實驗室管理思想而組成1個全面的、規范的管理體系，旨在為實現分析數據網上調度、分析數據自動采集、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，即LIMS為連接實驗室、生產車間、質管部門及客戶的全鏈條信息平臺[2]。

從20世紀60年代末期開始的初步研究階段，到70年代時期的大量數據分析、處理、儲存問題的進一步發展階段，再到80年代中期的深度發展階段，LIMS已被應用至更多領域且逐漸邁向商品化[3]。

隨著計算機電子信息技術的發展，實驗室信息管理系統在能源、冶金、化工、制藥、環境監測等眾多領域的實驗室中已得到廣泛的應用，極大地提升了實驗室的整體業務能力[4]。以下將結合國家煤炭質量監督檢驗中心的實踐解析實驗室信息管理系統在煤炭檢測領域的設計和應用。

1 LIMS功能定義

1.1 優化業務流程

實驗室信息管理系統以檢測業務流程管理為核心，綜合協調實驗室內所有的儀器、人員、資源。在實驗室內部，實現樣品的委托登記、任務分配、分析數據的快速采集、審核、處理、統計、查詢，直至報表自動生成，最終將有用的信息傳遞給桌面用戶。期間環節可打印樣品受理單、收費明細單、檢驗任務通知單等各種樣品交接和樣品管理文本。通過上述各類資源的有效運行，快速實現指定檢驗項目的部門間流轉，并可予以業務全流程追蹤監控[5]。

1.2 規范體系管理

質量管理是實驗室獲得客戶認同和取得長久信譽的關鍵，LIMS系統將人員、儀器、試劑、方法、環境、文件等影響分析數據的要素有機結合起來，對實驗室按照 ISO/IEC 17025實驗室管理體系標準進行管理，以程序化方式規范質量檢驗和質量管理工作流程，并將有效信息實時歸檔儲存，建立高效的質量管理信息化平臺，全面提高實驗室的標準化和規范化管理水平[6]。

1.3 協同無紙化辦公

實驗室信息管理系統可實現分析儀器檢測數據的在線收集和傳輸，并自動生成業務數據、檢測項目、檢測結果等各類報表，通過網絡進行傳送，避免打印和人工傳遞，實現無紙化辦公，使信息傳遞更加方便快捷，從而提高資源的利用率，減少人工作業的繁雜重復，有效地避免人為誤差的引入[7]。

1.4 構建產品數據庫

數據庫資源通常含有大量潛在價值的信息可供各方研究“挖掘”。通過實驗室信息管理系統的建設，其產品數據庫可涵蓋煤質分析數據、檢驗報告、方法標準、試劑材料、儀器設備、人員檔案、財務賬目等多項類別，為科研及管理人員提供快速的查詢服務[8]。

2 LIMS模塊設置

2.1 系統設置

系統設置模塊主要針對系統進行配置，包括部門管理、用戶管理、角色管理、權限分配等，實現對系統的管理功能。通過有效的權限設置功能，決定用戶可以訪問或操作的模塊或數據權限。只有已設置相應操作權限的用戶或該用戶所屬角色已設置操作權限，才可登錄系統使用LIMS各功能板塊。

2.2 日常檢測

日常檢測模塊分為委托登記、任務分配、樣品制備、實驗分析、報告處理等部分子模塊，主要完成從委托單的建立，到樣品制備、化驗、生成報告的過程流轉，是LIMS最核心的功能模塊，其核心是規范樣品檢測工作流程、對過程環節進行監控、規范實驗室的操作規程，從而減少人為因素所造成的分析誤差[9]。

2.3 數據查詢

數據查詢模塊針對已歸檔的數據進行查詢，按查詢條件可分別檢索檢測人員、檢測任務、檢測結果等，即按授權權限可分別瀏覽原始數據、統計過程、報告報表等各類技術資料。通過對指定時間的間隔歷史數據搜索，可進一步查詢圖譜分析、變化趨勢、超標比例、復測對比等統計信息。

2.4 資源管理

資源管理模塊包括人員管理、設備管理、方法管理、材料管理、財務管理等多類型子模塊，現簡介如下：

(1)人員管理:建立人員基本情況、技術資質和授權檔案，記錄其所在部門、工作崗位、基本職責以及參與的培訓計劃和執行情況。

(2)設備管理:存儲實驗室儀器設備的生產廠家、使用地點、授權使用人、使用狀態等基本檔案信息，記錄其校驗周期和檢定狀況以及維護維修與報廢記錄。

(3)方法管理:針對煤炭、焦炭、石油焦、生物質、垃圾污泥等5大類29小類檢測對象，依據可執行的AQ、ASTM、GB、ISO、JISK、MT、SH等130余項檢測標準，建立90余項試驗方法。

(4)材料管理:主要涵括試驗藥品、試劑等消耗品的使用、購買、保存的管理。材料管理子模塊詳細記錄消耗品的檔案，包括消耗品的名稱、生產廠商、含量或純度、出廠批次、存放條件、有效期以及入庫、領用、返還、報廢、計劃和驗收等相關信息。

(5)財務管理:提供基本的成本核素和財務處理功能，包括樣品的收費情況、客戶的檢測賬目等，為實驗室的財務管理提供依據[10]。

3 LIMS流程設計

檢測業務流程是LIMS系統的核心內容，通過檢測工作管理可加強協同工作能力、進一步強化質量控制環節、提高數據報出速度，提高工作效率、降低數據出錯率，保證質量記錄的完整、監控規范的執行。檢測流程以樣品檢測為主線，應用條形碼二維碼技術貫穿檢測管理的始終，樣品接收時打印樣品條碼、此條碼作為后續樣品的唯一標識，檢測數據通過電腦自動采集或手工輸入經過審核后自動形成檢測報告，報告審核審批后，自動歸檔[11]。

LIMS系統檢測業務流程如圖1所示。

3.1 樣品接收

業務室接收客戶的樣品委托時需進行任務登記，任務登記填寫的信息一般包括委托單位信息、樣品信息、檢測項目和檢測方法信息等。信息登記完成后系統會自動生成委托合同書、樣品接收單、存樣單、檢測收費單、樣品傳遞單。其中委托合同書、樣品接收單需經客戶確認簽字。任務登記作為檢測流程的重要起始點，其信息錄入需具有準確性和時效性，保證后續流程的順暢性，可極大地減少差錯率。樣品登記單示例如圖2所示。

3.2 樣品管理

樣品管理環節主要針對樣品的制備到返回業務室的過程。委托登記完成后由業務室下達樣品制備任務，制樣人員接到制樣任務后可打印樣品標簽、制備單、樣品交換記錄表等，完成樣品的制備、分裝等操作，直至將已制備的待檢樣品返回業務室。樣品制備流程示例如圖3所示。

圖3 樣品制備流程示例Fig.3 Sample preparation process example

3.3 實驗任務

實驗任務環節為系統的核心部分，可實現整個檢驗分析流程操作，包括檢測項目的分配、檢測數據的錄入、分析結果的處理等。樣品項目檢驗完畢后，需進行項目校核和數據審核，通過后認為檢測任務完成。若進行項目校核或數據審核時提示未通過，則需重新進行項目檢驗流程。

3.3.1任務分配

待檢樣品由檢驗室負責人領取后分配給相應項目的檢測人員，檢測人員領取后進行檢測。待檢樣品的任務分配流程示例如圖4所示。

3.3.2檢測數據錄入

實驗結束后檢測人員調用原始記錄模板輸入檢測結果，可從儀器上直接讀取也可手工輸入；可按樣品檢索也可按項目檢索；實現自動計算，自動修約。原始記錄單在初始化設計中就已完成自定義公式、修約規則、質控方法、保留位數、有效位數及設置超標提醒，對設定好的質控等級可自動判斷。全部輸入完成后需由檢驗員電子簽名。

3.3.3數據校核審核

檢測數據錄入完成后，需在審核模塊對數據進行審核。審核模塊權限使用者可直接查看原始記錄單但不能修改，對于有疑問的原始記錄單，需退回試驗人員處理。審核通過后系統會完成自動電子簽名。

3.4 報告處理

(1)報告編輯。待所有的檢測項目全部完成后，系統會自動顯示可生成的檢測報告。業務室人員可以選擇相應的報告模板進行編輯。報告編輯完成后提交給檢驗室負責人和報告審批人進行審核。

(2)報告審核。審核人可以查看報告，溯源原始記錄，溯源流程記錄，有疑問可以退回；終審通過后檢測報告才可打印、簽字、蓋章。

(3)歸檔打印。流程中所有用到的表單和數據自動歸檔，便于對原始記錄，檢驗報告、委托協議、流轉過程等相關的信息查找溯源。

圖4 待檢樣品的任務分配流程示例Fig.4 Example of task assignment process on sample to be examined

4 LIMS應用中的注意事項

(1)網路安全:實驗室信息管理系統基于計算機局域網絡，安全穩定的網絡環境對整個系統的應用也起到非常重要的作用。作為第三方檢測實驗室，需遵守對檢測數據和客戶信息保密的工作原則，系統的設計和應用中均需注意病毒防御系統的搭建。

(2)數據備份:系統使用的時間越久，數據庫的存儲量也會越來越大。大量的數據內存會直接影響到系統的使用速度。系統管理人員應定期維護和備份歷史數據，保證系統時刻處于良好的運行狀態。

(3)系統更新:計算機硬件和應用軟件隨網絡環境不斷更新，實驗室質量管理體系也會不斷提出新的要求，實驗室信息管理系統也應注意保留擴容升級空間。

(4)數據的跟蹤溯源:作為第三方檢驗實驗室，數據的跟蹤溯源能夠有效的保證檢測數據的科學性、有效性和公正性。LIMS系統目前可以做到儀器接口功能，可以直接從儀器數據接口直接讀出數據然后直接進入到LIMS系統中，有效減少人為操作帶來的誤差和人為干擾的因素。但目前實驗室中仍有相當比例的經典老式儀器設備不支持LIMS系統數據接口。設備的更新換代納入實驗室的長期規劃中，故要求LIMS系統在開發過程中應預留出相應的對接端口，為以后的新設備與LIMS系統對接做準備。由于該特殊性的存在，實驗室應考慮針對數據自動采集和手工記錄數據制定兩套不同的質量控制程序。

(5)系統的試運行:由于實驗室的檢驗樣品和檢驗項目的復雜多樣性，LIMS系統的實施不僅是幾個人或幾個部門的參與，還要求實驗室的全體人員共同參與。在系統試運行過程中，需盡可能多的進行數據測試，綜合考慮數據的修約規則、允許差、重復性限、不同基準的換算以及計算公式在不同情況下的折算系數。以煤的發熱量為例，計算恒容高位發熱量時需對硝酸形成熱校正系數α進行校正。當Qb≤16.70 MJ/kg,α=0.001 0；當16.7025.10 MJ/kg,α=0.001 6[12-15]。若系統未考慮該系數的計算規則，必然導致最終計算結果產生偏差。很多問題只有在運行過程中才顯現，測試的數據越多，發現的問題越全面。故對于系統的試運行測試應予以高度重視，在此過程中盡量地發現問題、解決問題，避免正式運行后出現錯誤，從而減少不必要的損失。

(6)系統的售后服務:檢驗機構并不是專業的軟件開發公司，實驗室人員對LIMS系統的認知和使用可以經過培訓來完成。但若要求LIMS系統能夠保持一個高效運行狀態，需要系統開發公司必須提供長期、有效、及時的運維服務。良好的運維服務也是LIMS系統穩定運行的必備保障。

(7)系統功能的拓展:LIMS系統目前多應用于煤質檢測的管理，在其研發過程中亦可考慮拓展至科研管理，實現人員、項目、成果、工作量、實施進度、統計報表等多功能的動態實時監管。以標準物質研制為例，結合其樣品采集、制備、均勻性檢驗、穩定性試驗、定值等全周期流程環節，可設置項目類別、煤源產地、量值、均勻性檢驗計算、穩定性跟蹤數據導圖、定值數據統計等功能模塊，并進一步與分析儀器銜接，實現直接讀取過程數據，并根據后臺預設公式完成統計。管理端可有效減少計算工作量，同時提高統計管理效率，起到方便數據管理、保障數據完整性和安全性、提供數據實時共享的作用。今后的系統研發和維護中可嘗試對系統功能進行不斷完善和拓展。

5 結 論

以上介紹了煤炭檢測實驗室信息管理系統的功能定義、模塊設置、流程設計和使用中的注意事項。實驗室信息管理系統的應用,可以為實驗室的高效和科學運作以及實驗室各類信息的保存、交流和加工提供平臺,并可對實驗室工作的各個環節進行全面量化和質量管理。實驗室信息管理系統滿足ISO/IEC:17025體系的全部要求，對實驗室的資源、樣品、分析任務、實驗結果、質量控制等進行合理有效的科學管理，從而提高實驗室標準化和規范化管理水平。實驗室信息管理系統可實現實驗室數據完整性、合法性以及可追溯性，提高實驗室業務水平和工作效率，極大地減少實驗室管理的人工成本，優化錯綜復雜的檢測流程，使實驗室管理工作能夠有條不紊地進行。

隨著全球經濟飛速發展以及煤炭檢測市場的需求，煤炭檢測實驗室業務也在快速發展，因而對實驗室信息管理系統提出了更高要求。針對未來實驗室高度專業化、智能化、系統化、自動化的發展趨勢，實驗室信息管理系統的設計也會隨應用實踐不斷更新和完善。