智能供血系統構建研究*

——孫 革 洪文旭 羅子豪 黃軍偉 劉司真 周長亮*

隨著我國城市化進程的加速，血液采集量和使用量均大幅度上升[1-2]，這對各地采供血機構的管理提出了更高要求。當前，血液存儲、發放、報廢等過程基本由人工完成[3]，而人工作業的誤差難以避免，導致血液信息可靠性存在隱患；人工作業也會導致血液在常溫下暴露時間較長，對血液質量產生不良影響；現行作業方式還存在人員頻繁進出冷庫，血液存儲溫度不穩定等問題。為解決上述問題，深圳市血液中心以保證血液安全為目的，研究構建了智能供血系統。

1 系統設計

1.1 系統概念

智能供血系統強調整體思維和系統設計，涉及綜合機械制造、自動控制、智能識別、制冷、軟件等多個學科，對相關技術進行高度集成，用機器取代人，通過智能設備控制平臺管控各終端設備運行，并與血站采供血管理軟件進行數據交互，實現自檢驗后袋裝血液貼標、裝盒、裝筐、存儲、分揀出庫等全過程自動化。

1.2 系統設計原則

智能供血系統設計遵循如下原則：(1)符合國家血液管理法規要求，并盡可能與現有作業流程吻合；(2)具有高度運行可靠性；(3)具有明顯高于人工作業的運行效率；(4)組成系統各終端設備除可以聯動運行外，還可以獨立運行并具有實用功能；(5)智能設備控制平臺可以與血站各采供血管理軟件進行數據交互。

1.3 系統構成

如圖1所示，智能供血系統為模塊化設計，各設備之間由輸送帶連接，并通過智能設備控制平臺實現智聯運行。智能設備控制平臺將袋裝血液的運行數據與血站的采供血管理軟件數據進行交互，使得袋裝血液物流和信息流同步，從而保證血液信息安全。

2 系統功能

2.1 多功能貼標機

2.1.1 設計目的 多功能貼標機的主要功能是給袋裝血液貼標和進行二次包裝(裝盒)，是系統中的前端設備，主要負責血液管理前期工序。二次包裝為硬質盒子，由透明塑料模壓而成，其目的是避免袋裝血液破損，并為之后的工序實現機械化提供作業條件。

2.1.2 結構和工作原理 多功能貼標機主要工序為裝盒、掃描獻血碼、打印貼標、五碼(獻血碼、濾白天平ID碼、物料ID碼、離心機ID碼、操作者ID碼)核對、不合格血液剔除和覆膜等，包裝盒在多段式輸送帶上移動。輸送帶啟動，輸送帶上方的掃碼槍掃描血袋獻血碼，打印機即時打印對應標簽，隨即將標簽貼在血液袋上，智能條碼掃描攝像機對血袋標簽上的5個條形碼與電腦系統資料進行核對，不合格袋裝血液被機器推桿推離輸送帶，合格品被覆膜，最后送入周轉筐或傳送帶。

2.2 自動裝筐機

2.2.1 設計目的 實現自動分揀需要兩個基本條件：一是袋裝血液包裝有確定的規格和形狀；二是該包裝被置于周轉筐的確定位置。后者的工作必須由機器完成。由此，需要設計專用自動裝筐機，為系統實現袋裝血液按訂單自動分揀提供條件。

2.2.2 結構和工作原理 自動裝筐機上設置讀碼器和機械手，可同時放置多個空的周轉筐。周轉筐被設計成若干大小一致的空格，以方便機械手將包裝盒依次放入空格中。機械手將空筐裝滿后，周轉筐被自動裝置推移到機外傳送帶上。

血液自動裝筐機由輸送帶、掃碼機構、機械手、周轉筐工位等組成。包裝盒經掃碼合格后，由機械手將包裝盒放入周轉筐空格，筐滿后被自動推入到輸送帶上，機器將檢驗不合格品放入機內緩存區。每個筐位都可以自定義裝載血液類型，可按血型分類裝載，也可混合裝載。由于軟件系統已將包裝盒信息與周轉筐上二維碼關聯，后續設備通過掃描周轉筐二維碼，即可識別出筐內所有血液制品的血液信息及對應位置信息。

2.3 自動儲血庫

2.3.1 設計目的 按血液存儲和管理規范要求，全血、紅細胞體外保存溫度為2℃～6℃,冷凍血漿保存溫度為低于-18℃[4-5]。目前，國內多數血站血液存儲常規做法是將貼標后的血液袋放入筐內，由人工轉運并送入冷庫貨架，其主要缺陷是存取貨時頻繁開門，存在工作環境差、易出錯、溫度不穩定等問題。設計自動儲血庫的目的即解決上述缺陷。在系統中，自動儲血庫與自動分揀庫緊密相連，為自動分揀庫提供待分揀血液，同時為分揀好的袋裝血液提供緩存空間。

2.3.2 結構和工作原理 保溫結構執行冷庫設計規范[6]，溫度執行“血液存儲要求”,為-18℃以下。為提高安全系數，自動儲血庫庫溫設計為-25℃±1.5℃。自動儲血庫主要結構為保溫庫體、自動庫門、不銹鋼貨架、行走機器人、庫內傳送帶和工作柜等。行走機器人可以沿著庫體中間巷道行走，存入或取出左右兩側貨架上的周轉筐。傳送帶與庫外工作臺相連，與行走機器人配合開展工作。當需要儲貨時，自動庫門開啟，工作臺讀碼器讀取周轉筐二維碼，機器人將傳送帶上的周轉筐移送至貨架，通過電腦記錄其位置信息。當需要取貨時，系統反向動作。自動儲血庫內的傳送帶與巷道平行等長，減少了行走機器人的移動量，可以實現連續進出貨，提高了效率，降低了能耗。自動儲血庫側面設置兩個供儲血筐進出的電動門，方便與自動分揀庫對接。

2.4 自動分揀庫

2.4.1 設計目的 人工揀選袋裝血液，除工作量大、易出錯外，血液還會較長時間暴露在常溫下，對血液質量造成不良影響。設計自動分揀庫的目的是以機器取代人，實現按訂單按袋快速分揀出庫。它是系統中的末端設備。

2.4.2 結構和工作原理 自動分揀庫被安裝在自動儲血庫側面，主要由入口輸送帶、出口輸送帶、分揀筐工位線、儲血筐工位線、機械手等組成。系統接收訂單要求后，按需求開展數據運算，對儲血筐進入分揀庫的先后順序進行排列，儲血庫中的機器人依排序指令將儲血筐依次送至分揀庫工位線上，將空的分揀筐送到另一條工位線上，機械手根據電腦指令從儲血筐中把所需血液抓取到空筐內，分揀筐裝滿或訂單完成后，從分揀庫出口再次進入儲血庫緩存或直接出庫。

圖2 智能設備控制平臺示意圖

2.5 智能設備控制平臺

2.5.1 平臺功能 智能設備控制平臺有兩個功能：一是對接智能供血系統各終端設備，對其進行管控；二是對接血站采供血管理軟件，實現智能終端與血站業務數據交互。平臺可對接血站不同類型和不同版本的采供血管理軟件，具有一定通用性。

2.5.2 平臺結構和性能 如圖2所示，智能設備控制平臺通過消息總線與智能終端上位機連接，上位機訂閱指令通道，響應平臺發出指令，返回執行結果，實現指令異步執行，還向總線發布時間系列數據，實現數據流采集。平臺BOS調用相應組件接口，下達指令，組件把指令發布在總線上，供智能終端上位機執行。業務組件訂閱相應指令返回通道，獲得執行結果并將數據反饋給BOS。上位機發布數據請求，從業務組件處得到業務系統數據。平臺研究遵循統一性、開放性、安全性原則，為行業數據接入奠定了基礎。數據安全選擇基于數據庫身份驗證來實現安全性，其中，平臺內的用戶信息對應基礎數據庫中的數據元素。平臺加強了現有數據安全策略，并符合行業標準要求。平臺使用 SSL/TLS對從客戶端到平臺、平臺到數據庫的傳輸進行加密，幫助管理者抵御來自外部數據對系統的干擾。

3 系統測試

智能供血系統接受全面測試，對應標準分別為國家相關規范和標準、產品開發單位企業標準，同時滿足設計指標和系統設計原則要求。

(1)效率測試。效率測試分別為貼標(裝盒)速度、裝筐速度、入庫速度、出庫速度、分揀速度等。單機測試時，效率較常規作業分別提高30%～70%，聯機測試所獲測試值較常規作業提高約50%。

(2)安全測試。使用模擬冷凍血漿和模擬紅細胞，分別進行破損率測試和常溫暴露測試。通過長時間連續運行，測得每千袋破損率和血液平均常溫暴露時長數據，將之與設計指標進行對比，設計指標中破損率較常規作業降低80%，常溫暴露時間降低50%。

(3)自動儲血庫庫溫測試。依據冷庫設計規范和血液存儲要求，分別以空庫和滿庫進行溫度測試，在設定高作業頻率的情況下，庫溫達標且溫度波動值不大于±1.5℃。 (4)聯動測試。各終端設備接受智能設備控制平臺指令并反饋信息，實現袋裝血液在系統中流暢運行，無停頓、卡滯現象；智能設備控制平臺分別與市場常用兩種采供血管理軟件進行數據交互，系統能夠正常運行。

測試結果表明，整個系統具有高可靠性，作業效率明顯提升，血液數據方便追溯，血袋破損率大幅度下降，血液暴露于常溫時間縮短，存儲溫度更穩定，所有指標均達到設計要求。

4 結語

當前，國內各血站由于血液存儲、發放、報廢等過程基本由人工完成，除勞動強度大以外，在血液安全方面還有血液信息傳遞錯誤風險、血液存儲溫度波動大等缺陷。對此，本研究探索構建了智能供血系統。該系統用機器取代人，實現了袋裝血液貼標、裝盒、裝筐、存儲、分揀出庫等全流程自動化。全流程自動化不僅減少了勞動強度，提升了效率，而且保證了血液信息安全和溫度安全，這為下一步血液大數據應用奠定了可靠基礎。

相對于以往行業內局部改良的做法，該系統基于整體思維、系統設計理念，使血液管理過程真正實現了全系統智能化運行。該系統亮點較多。如加入智能設備控制平臺，除管控各終端設備外，還銜接多種采供血管理軟件，從而實現袋裝血液信息與采供血管理系統數據同步；再如，各終端設備既可以聯動運

行，又可以單獨使用，滿足不同用戶需求等。

當然，該系統也有一定不足。如，系統將血液管理作業流程分解為4個模塊，據此設計4種終端設備，該設置是否為最合理方案，有待實踐檢驗。下一步有兩個工作重點：一是考慮把智能供血系統判定不合格血液再次導入系統，進行二次識別處理或予以低溫暫存，擇時人工處理，從而進一步提高效率；二是考慮在周轉筐上設置RFID來替代二維碼，以消除凝露現象對二維碼識別的干擾，進一步提高識別準確度。