實驗室信息管控系統建設探索與應用

韓文旭

(中國石油化工集團有限公司，北京 1000728)

一般大型煉化集團公司下屬企業多、工藝差異大、業務流程多樣、產品品種繁多，影響質量的因素復雜。在集團公司層面采用手工管理方式、各下屬企業無統一標準，分散開發建設實驗室信息管理系統(LIMS)的方式已經無法滿足現實工作要求。本文提出了構建“數據完整、標準統一、功能齊全、上下貫通”的一體化LIMS的標準化思路和方法，并在某大型煉化集團公司得到實踐應用，效果顯著。

1 需求分析

大型煉化集團公司的下屬企業通常都各自建立了LIMS，并形成本企業的質量管理體系，來強化質量全過程管控。集團公司層面基于集中管控的目的，需要對下屬企業進行質檢監控和質量管控，因此首先需要建立統一的標準化模板，以改變下屬企業質量管理系統標準不統一而造成信息孤島的局面。同時，需要在LIMS主數據標準化編碼、分析檢測標準、質量評價標準、申報審核流程、系統功能和智能技術應用等方面，統一考慮和規劃。集團公司層面質量管理系統的建設需求有以下幾個方面：

1)LIMS全數據標準化編碼[1]。下屬企業裝置類型多、LIMS主數據分項多，如果不標準化編碼，企業間質檢數據則不能共享而形成信息孤島，無法實現質檢數據的集成和統計分析，無法進行質量大數據分析，因而無法真實地評價實驗室的管理水平。

2)統一分析檢測標準和質量指標。下屬企業成品油種類多、內在質量檢驗項目多[2]；化工產品種類更多，內在質量檢驗項目更多[3]。如果不規范分析檢測標準就無法保證質檢數據的真實性、準確性、可靠性及可溯源性；如果不規范質量評價標準就無法保證產品質量評價的準確性和可比性；如果不規范申報審核流程就不能保持分析檢測標準和質量評價標準的一致性和標準性。

3)統一系統功能。下屬企業LIMS主功能模塊基本類似，但因下屬企業組織架構、質量管理模式、實驗室資源配置和應用范圍等原因在實現細節上會出現不少差異[4]。如果不統一系統功能就不能有效實現質量管控，無法建立關鍵質檢數據實時監控預警機制，無法考核下屬企業LIMS應用水平。

4)加強集團公司層面集中管控手段。集團公司層面針對下屬企業各類質量數據統計分析[5-6]、分析業務流程監控、分析要素的量化管理以及實驗資源的優化配置[7]等方面管理都缺乏有效工具。不能實現上下一體、數據共享從而無法迅速識別并有效預防質量風險。

2 實驗室信息管控系統建設思路與內容

實驗室信息管控系統建設思路主要包括： 建立標準化管理組織，制定標準化管理制度和流程；構建主數據標準化編碼體系；構建分析模型標準體系；構建物料質量評價標準體系。

一體化實驗室信息管控系統的結構包括企業端和總部端。企業端實現下屬各企業實驗室檢驗分析業務的全流程管控，包括： 從樣品分析委托、任務下達、采樣、留樣、預處理、樣品登錄、結果輸入、自動計算、報警提示、質量判定、報告簽署等，滿足煉化企業生產、分析檢驗、質量管理等業務部門的功能要求；總部端實現集團公司層面上下一體的各類數據的統計分析，分析業務流程的集中監控，對分析要素的量化考核等。系統總架構如圖1所示。

圖1 實驗室信息管控系統總架構示意

該系統企業端主要功能包括： 實驗室要素管理、分析模型管理、任務管理、業務流程管理、合格證管理、數據統計分析、移動應用、儀器連接、系統集成和系統管理等功能模塊，同時，應用大數據分析技術，實現重點數據重點監控、異常數據及時預警，實現在線分析儀數據、離線分析數據雙向校對；總部端主要功能包括： 總部在線實時查詢及穿透性查詢、質量數據評比、標準更新消息推送、質量預報警等功能模塊。系統功能架構如圖2所示。

圖2 實驗室信息管控系統功能架構示意

另外，系統將遵循國家信息系統安全等級保護二級相關要求[9]，對登錄用戶進行身份標識與鑒別，對合格證實現電子簽章，對重要信息資源設置敏感標記，根據安全策略嚴格審計用戶對有敏感標記重要信息資源的操作，加固服務器、網絡、存儲及數據安全。

3 實驗室信息管控系統應用實踐

某大型煉化集團公司非常重視實驗室信息管控系統的建設。以下從組織建設、標準化體系建設、系統開發與建設、系統應用等幾個方面的應用情況進行介紹。

1)組織建設。為實現各下屬企業建立統一標準化模板要求，根據煉油與化工的專業業務特點分別成立煉油和化工標準化建標機構。具體按總部項目領導組—管理小組—項目實施小組的組織機構。

總部項目領導組主要職責包括： 具體把握項目的技術路線和總體進度；組織項目的實施，對項目的質量、進度、費用進行控制；負責項目管理工作中相關標準及管理制度的起草。項目實施小組由下屬煉化企業的化驗室、信息部門、質量部門和實施單位組成，主要職責包括： 負責項目的應用實施工作；及時報告項目執行中出現的重大事項；合理安排人員，調節有關資源，保證項目完成。

2)標準化體系建設[10]。實驗室信息標準化管理體系有數據標準體系、分析標準體系和評價標準體系三部分，具體包括： 建立物料評價標準模型、建立分析方法標準模型，對分析項目標準、分析組分標準、裝置區域標準、采樣點標準進行建標及貫標，并將所建標準體系應用到下屬企業。具體內容如下：

a)標準化編碼數據。梳理標準化編碼裝置、采樣點、物料、分析項目、分析組分、分析方法的執行標準，形成標準化裝置區域上千項、標準化采樣點數萬項，分析方法近萬項、標準化分析項目數千項，標準化分析組分數千項。通過企業編碼貫標，從而實現一體化實驗室信息管控系統出口數據的一致性，為企業橫向數據應用以及總部縱向數據應用奠定數據基礎。標準化編碼分類見表1所列。

表1 標準化編碼分類

b)物料評價標準體系[11-12]。對下屬企業的數千項物料評價模型進行標準化建設，形成標準化的物料評價標準模型。根據GB 19147—2016《車用柴油》、GB 6537—2006《3號噴氣燃料》、 NB/SH/T 0527—2015《石油焦(生焦)》、GB/T 339—2019《工業用合成苯酚》、GB/T 8659—2018《丁二烯橡膠》、GB/T 14464—2017《滌綸短纖維》等，針對每一個物料評價模型，物料名稱、牌號、樣品類型、樣品細類、合格證類型、產品執行標準、合格證編號、等級、組分、指標、指標編碼管理等上述標準均有具體規定。

c)檢驗分析標準體系[13]。對下屬企業的數千項分析檢測模型進行標準化建設，形成標準化的分析檢測模型，實現分析模型自動計算、自動修約、自動實驗的可重復性驗證，有效地減少了人為因素對分析結果的影響，提高分析結果的準確性和真實性。例如煉油產品的分析標準GB/T 259《石油產品水溶性酸及堿測定法》、GB/T 503和 GB/T 5487(抗爆指數)、GB/T 6536(餾程)，化工產品的分析標準GB/T 6017—2021《工業用丁二烯純度及烴類雜質的測定 氣相色譜法》、GB/T 4649—2018《工業用乙二醇》等，針對每一個分析檢測模型的組分分析、計算公式、計量單位、輔助單位、儀器精度設定、最大值最小值報警設置、指定儀器類型、關聯SOP文檔、分析費用等方面均有規定。

同時，建立下屬煉化企業標準化編碼申報審核體系，一體化實驗室信息管控系統主數據要按照主數據運維流程，通過信息化標準管理系統申請提報，由信息化標準管理系統自動分發到一體化實驗室信息管控系統，但一體化實驗室信息管控系統不能手工創建標準化主數據。形成的煉化企業標準化編碼線上管控模式，確保了標準化編碼的完整性和準確性。

3)系統開發、建設與集成。系統按照標準化模板進行開發，企業層面包括： 實驗室要素管理、分析模型管理、任務管理、業務流程管理、合格證管理、數據統計分析、移動應用、儀器連接、系統集成和系統管理等功能，實現分析檢驗業務的煉化企業全覆蓋；總部層面包括： 重點數據監控和異常數據預警、下屬不同企業質檢數據和質量指標比對、下屬某個企業不同批號質檢數據比對等功能，實現總部對下屬企業的遠程集中監控。

同時，一體化實驗室信息管控系統是數據的唯一來源，需要實現與眾多系統的集成，如： 成品質量管理系統、ERP、實時數據庫、生產營運指揮系統、計量系統、MES、裝置加工損失系統、煉油技術分析及遠程診斷、原油評價系統、腐蝕監測與管理決策系統、能源管理、質量監控、環保、煉化生產調度系統等。實現了數據的集成，解決了數據重復輸入和非“數出一門”問題。最終實現“數據完整、標準統一、功能齊全、上下貫通”的集團級煉化企業一體化實驗室信息管控系統的建立。

4)系統應用。一體化實驗室信息管控系統的建設應用，滿足了煉化企業生產、分析檢驗、質量管理等業務部門的功能要求，滿足了企業自身系統集成需要和企業LIMS集成到集團公司匯總統計分析需要，滿足了集團公司對各企業分析數據和產品質量監控監管的需要，應用效果良好，主要體現在如下幾個方面：

a)檢驗分析標準體系實現了對下屬煉化企業化驗分析標準數據的全面覆蓋，運算準確度100%，修約準確度100%，需要進行平行測試的可重復性驗證準確度100%；物料評價標準體系，實現全面覆蓋，運算準確度100%；分析數據標準化編碼體系，實現全覆蓋，100%滿足信息系統集成及業務發展變化需要。

b)系統穩定性強，執行效率高。在網絡環境基于100 MiB到桌面，網絡負載低于50%的情況下，分析模型執行時間小于3 s，報告單、合格證查詢時間小于3 s。

c)采用煉化企業關鍵分析數據實時預警技術， 實現重點數據重點監控、異常數據及時預警。

d)采用質量控制在線分析儀雙向校對模式， 實現與質量離線數據進行雙向校對。質量控制在線分析儀數據自動傳輸到一體化實驗室信息管控系統，與質量離線數據進行雙向校對，提出質量控制在線分析儀取代人工分析檢驗的建議，降低煉化企業的分析成本。

e)采用煉化企業實驗室資源遠程監控模式，實現了人、機、料、法、環、測等實驗要素的全面量化管理，實現了實驗資源的優化配置，實現了分析數據的自動采集，提高了實驗室的工作效率。

f)分析任務、合格證模塊審批流程的可配置，實現了可自定義任務審批或合格證審批流程。

g)系統提供了自動定等功能，并可在線切換牌號，使得制作合格證效率提高60%以上。另外生成的合格證為pdf格式，實現電子章管理和打印控制，同時實現了自動記錄打印次數。

h)一體化實驗室信息管控系統通過A/D和工作站把數據傳送到下屬各煉化企業，數據傳送迅速、避免了重復的手工操作，有效保證數據的準確、快捷。

i)簡化合格證制作流程，功能更加齊全，超內控、不合格數據、保留項過期、缺少項等提醒。實現了合格證的自動判等和按需判等，根據企業需求可定制合格證審批流程，合格證采用Excel模板定制，即見即所得，并可在線預覽，可配置水印、打印人、打印時間及電子圖章。

j)系統與20多個生產管理系統(部分由ODS系統集成)集成，提高了分析數據共享及數據利用水平，為智能化工廠的建設、使用奠定基礎。

k)系統可實現多種需求的統計應用，數據的深化應用，為進一步提高生產經營策略和管理水平提供了強有力的數據支撐。同時系統豐富的定制功能，也滿足擴展對數據的深化應用。

4 結束語

本文針對大型煉化集團公司實驗室信息管控系統的建設和應用，闡述了建立數據標準體系、分析標準體系和評價標準體系，規范煉化企業的分析檢驗業務流程的建設思路，將所建標準體系應用到下屬煉化企業，提高了分析數據的真實性和準確性。一體化實驗室信息管控系統在集團公司下屬煉化企業應用成功后，集團公司下屬油品銷售企業和科研單位也都體現出對系統的明確需求。通過分析，油品銷售企業可通過對該系統的應用，加強配置和外采油品出入庫質量管理，實現油品出入庫在線作業的實時監控和有效管理，可為杜絕不合格油品流向社會提供了有力支撐；科研單位可通過對該系統的應用，提高實驗設備的利用效率，縮短實驗周期，提升科研分析的效率和質量，值得推廣。另外，一體化實驗室信息管控系統在油田企業，以及食品、藥品等行業也具有很好的推廣前景。