關(guān)于智能實驗室儀器設(shè)備標準化工作的一些思考

陳克彥

摘 ?要：儀器設(shè)備在分析檢測實驗室運行中發(fā)揮著重要的作用，不斷提高儀器設(shè)備標準化有著重要意義。現(xiàn)基于提高智能實驗室儀器設(shè)備提升分析檢測水平和效率的目的，圍繞此課題做了簡單的論述。首先，闡述了課題研究的意義。其次，分析了智能實驗室儀器設(shè)備標準化現(xiàn)狀。最后，總結(jié)了儀器設(shè)備標準化的實施。

關(guān)鍵詞：智能實驗室;儀器設(shè)備;標準化

中圖分類號：F203 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）19-0188-02

Abstract： Instruments and equipment play an important role in the operation of analysis and testing laboratory， and it is of great significance to improve the standardization of instruments and equipment. Based on the purpose of improving the level and efficiency of analysis and detection of intelligent laboratory instruments and equipment， this paper makes a simple discussion on this topic. First of all， it expounds the significance of the subject research. Secondly， the present situation of instrument and equipment standardization in intelligent laboratory is analyzed. Finally， the implementation of instrument and equipment standardization is summarized.

Keywords： intelligent laboratory; instruments and equipment; standardization

引言

從當前的分析檢測行業(yè)發(fā)展情況來說，智能實驗室的管理實踐中，借助人工智能的技術(shù)發(fā)展，使得儀器設(shè)備管理優(yōu)化，不斷提高儀器設(shè)備使用效率，推動實驗室標準化發(fā)展以及運行。引入現(xiàn)代化技術(shù)手段，提高儀器設(shè)備標準化，有助于增強實驗室的智能化，切實提升實驗室價值與效率的發(fā)揮。

1 研究智能實驗室儀器設(shè)備標準化工作的現(xiàn)實意義

從技術(shù)經(jīng)濟活動開展與社會發(fā)展的角度來說，實驗室占據(jù)著重要地位，發(fā)揮積極的作用，能夠為社會提供較為準確和可靠的檢測數(shù)據(jù)以及檢測結(jié)果。傳統(tǒng)的實驗室采取人工操作方式，通過紙質(zhì)文件的形式，完成試驗記錄到形成報告，涉及到樣品接收、取樣、移轉(zhuǎn)、保存、處理，各種試劑，耗材，測試標準方法，儀器設(shè)備的正確選用、定期矯正、維護保養(yǎng)等多個方面。此類方式雖然能夠滿足目前的工作需求，但逐漸暴露出效率低下和保存管理不便等缺陷，難以適應(yīng)實驗室的發(fā)展。目前來說，實驗室已經(jīng)發(fā)展到智能化實驗室水平，集成應(yīng)用了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、各類試驗儀器設(shè)備以及感應(yīng)設(shè)備等，促使智能化水平不斷提高，朝向數(shù)字化方向演變。智能實驗室在樣品管理、儀器設(shè)備使用、信息處理方面，有著突出的優(yōu)勢，體現(xiàn)在樣品的處理流程、儀器設(shè)備的科學(xué)利用、活動數(shù)據(jù)信息的收集與儲存等方面。其中，儀器設(shè)備智能化起到重要作用。操作人員將采集的樣品按照規(guī)定放入儀器設(shè)備，儀器設(shè)備按照設(shè)定的操作參數(shù)與規(guī)范，開展樣品試驗，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息收集，并且和相關(guān)聯(lián)試驗設(shè)備通信溝通，同時向上級管理信息進行信息傳輸，若試驗產(chǎn)生異常，則自動預(yù)警提示。基于此，智能實驗室儀器設(shè)備的重要性尤為突出，加大儀器設(shè)備智能標準化管理，保障智能實驗室有效運行，有著現(xiàn)實意義。

2 智能實驗室儀器設(shè)備的標準化現(xiàn)狀

2.1 管理要求不斷提高

基于科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展推動，以及檢測樣品和檢測項目的不斷增加，智能實驗室引入的儀器設(shè)備更加多樣化和智能化，使得實驗室管理工作越來越復(fù)雜艱巨，對實驗室工作的標準化以及效率性，有著更高的要求，這對智能實驗室建設(shè)帶來了新挑戰(zhàn)。從實驗室方面來說，如何提高質(zhì)量管理水平，減少操作風險隱患，保障高效穩(wěn)定運行，有著重要的意義。基于此背景，要增強儀器設(shè)備管理的科學(xué)化、規(guī)范化以及標準化，減少操作人員與物資浪費。加大對各個節(jié)點流程的管控力度，保證檢驗結(jié)果的精準性，為需求者提供高質(zhì)量可靠數(shù)據(jù)。

2.2 管理水平落后

基于不斷增加的試驗管理需求，采取傳統(tǒng)的人工管理方式以及人工預(yù)約方式，已經(jīng)不再適用，計算機技術(shù)的日益成熟，給各行業(yè)領(lǐng)域智能化發(fā)展，提供了重要推動力量，使得實驗室智能化管理出現(xiàn)。實驗室智能化不僅為一種理念和趨勢，也是一門技術(shù)，能夠使得實驗室形成全新現(xiàn)代化管理模式，轉(zhuǎn)變實驗室工作方式。從管理的層面分析，智能化水平不斷提高。依托各類智能化管理軟件與系統(tǒng)平臺，切實保障儀器設(shè)備管理規(guī)范化和信息化，促使管理水平和服務(wù)水平得到提高，推動實驗室智能化和現(xiàn)代化發(fā)展。從當前智能實驗室儀器設(shè)備管理實踐，以及不同儀器設(shè)備商產(chǎn)品標準不同，尚未達到此水平，還需要加大標準化和規(guī)范化以及信息化建設(shè)，進而跟隨實驗室智能化發(fā)展[1]。

3 智能實驗室儀器設(shè)備標準化的工作實踐

3.1 數(shù)據(jù)接口規(guī)范

從智能實驗室系統(tǒng)運行實踐來說，數(shù)據(jù)信息在各類設(shè)備之間進行傳輸，要設(shè)置統(tǒng)一的接口，既包括硬件，也包括軟件。目前來說，檢測設(shè)備之間的硬件連接，按照速度和階段劃分，主要包括以下類型：（1）點對點連接方案，包括RS232與RS485。（2）總線網(wǎng)絡(luò)方案，包括CAN和PROFIBUS等。（3）有線以太網(wǎng)方案與無線網(wǎng)絡(luò)WIFI方案。（4）GPRS和3G以及4G等。不同的廠商結(jié)合設(shè)備使用場景和使用成本等，采取不同的連接方式。若采取強制手段，統(tǒng)一硬件接口方式，不太現(xiàn)實，實驗室也擔心測試數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)流失，同時會造成資源浪費。目前來說，由設(shè)備制造商結(jié)合實際情況來確定接口形式，符合當前的發(fā)展狀態(tài)。

對于軟件系統(tǒng)，實驗數(shù)據(jù)的處理以及電子數(shù)據(jù)交換，主要是利用數(shù)據(jù)庫功能，要求保證數(shù)據(jù)的精準性和可靠性，同時數(shù)據(jù)要具有可控制性以及校驗性。智能實驗室儀器設(shè)備標準化模式下，數(shù)據(jù)的提供者以及使用者，必須對數(shù)據(jù)的含義以及表達，有著深刻且一致的理解，進而保障數(shù)據(jù)能夠正確并且恰當使用，有效解釋數(shù)據(jù)。若想達成此類共識，要定義數(shù)據(jù)的各類特征或數(shù)據(jù)屬性。一般來說，數(shù)據(jù)特征被稱作為元數(shù)據(jù)[2]。數(shù)據(jù)即定義以及描述其他數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。對智能實驗室儀器設(shè)備構(gòu)建元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)元模型，能夠助力注冊者進行維護，維護各類注冊系統(tǒng)的唯一性，同時可以使得系統(tǒng)工具以及信息注冊系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)的屬性類別、類型、定義等，進行數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的操縱、元數(shù)據(jù)的交換。

舉例，高低溫箱按照GBT 18391.2-2008標準相關(guān)規(guī)定，可以劃分為多個元數(shù)據(jù)子集。這其中具體描述基本設(shè)備信息元數(shù)據(jù)的部分要素如下：（1）數(shù)據(jù)類型定義為字符串型;（2）值域定義為自由文本;（3）備注為必填選項。運行時設(shè)備和上層系統(tǒng)之間，需要通過訪問數(shù)據(jù)接口服務(wù)，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換[3]。

3.2 通訊總線

遵循的通信協(xié)議，具體為雙方實體完成通信或者服務(wù)所需要遵循的相關(guān)規(guī)則以及約定。由通信信道與設(shè)備等組成的多個不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，必須可以實現(xiàn)協(xié)同工作，同時要能夠進行信息交換以及資源共享，這需要設(shè)置共同的語言[4]。從當前電器智能化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的情況分析，多采取現(xiàn)場總線技術(shù)，搭建現(xiàn)場設(shè)備基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，搭建具有大范圍以及豐富功能的以工業(yè)以太網(wǎng)為核心的中上層局域網(wǎng)。為了滿足多樣化需求以及獲得市場地位，當前已經(jīng)擁有超過40種總線協(xié)議。于2003年發(fā)布的IEC61158現(xiàn)場總線標準，明確規(guī)定了10類現(xiàn)場總線，比如Type1 TS61158現(xiàn)場總線等。各類總線在不同設(shè)備中，均有所應(yīng)用，但是應(yīng)用程度差異。實際應(yīng)用中，帶有通訊接口的產(chǎn)品，需要經(jīng)過現(xiàn)場總線測試以及認證才可以進入，企業(yè)若想同時進入各類現(xiàn)場展現(xiàn)具有不現(xiàn)實性。

為了保證總線協(xié)議之間的兼容，多采取以下方式：（1）采取分層技術(shù)，突破現(xiàn)場總線技術(shù)壁壘。遵循此標準的電器，采取直接或者利用適配器的方式，接入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。（2）采用混合總線系統(tǒng)，也就是按照實際需求集成各類現(xiàn)場總線技術(shù)的分散控制系統(tǒng)。（3）遵循《用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通訊協(xié)議》，基于提高通信效率，以及優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的目標，全國上下積極探索將智能電器和以太網(wǎng)直接進行連接的探索[5]。

3.3 智能運行異常安全報警及處理

儀器設(shè)備智能運行處于無人值守狀態(tài)，故障發(fā)生時若沒有自動安全報警及處理裝置，會發(fā)生事故，要求儀器設(shè)備具有自動檢測異常和異常處理功能。

例如，管線接頭脫落，利用壓力探測或漏液探測的故障狀態(tài)，及時發(fā)出報警信息及停止機器運轉(zhuǎn)。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于實驗室智能化發(fā)展的背景，若想提高實驗室運行的效率，提高儀器設(shè)備管理水平，要注重標準化建設(shè)。文中結(jié)合當前智能實驗室儀器設(shè)備標準化建設(shè)實踐，圍繞通訊總線、接口及自動故障報警等內(nèi)容，做了簡單的論述，提出了標準化實現(xiàn)的策略。

參考文獻：

[1]彭雪，薛友林.高校實驗室儀器設(shè)備科學(xué)管理辦法的探討[J].教育教學(xué)論壇，2020（11）：20-21.

[2]何麗麗，魏琪琦，姚武冰.淺談地方性院校實驗室儀器設(shè)備管理[J].山東化工，2020，49（01）：232-233.

[3]薛占金，程芳琴.高校實驗室儀器設(shè)備的科學(xué)化管理研究[J].高校實驗室科學(xué)技術(shù)，2019（04）：62-64.

[4]劉春嬌，陳紅.淺談檢驗檢測實驗室儀器設(shè)備檔案管理[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2019（12）：20+23.

[5]沈佳，蔣婷婷，菅肖霞.基于貪心算法的無人值守實驗室儀器預(yù)約仿真[J].計算機仿真，2019，36（12）：163-167.