檢驗實驗室設備數據智能采集系統的設計

摘要：隨著互聯網技術的發展，對企業信息化管理提出較高的要求，用戶如何快速、及時獲取準確的信息成為關注的重點。因實驗室所用設備接口類型多種多樣，對采集數據的實時性具有較高的要求，這種情況下，對實驗室設備數據開展采集、分析工作提出更高的要求。下文以檢驗機構為對象，基于互聯網技術深入分析智能采集系統設計需求，提出系統架構及各功能設計情況，以期為類似研究提供一定的參考。

關鍵字：檢驗實驗室智能采集系統設備數據數據管理

DesignofIntelligentDataCollectionSystemforLaboratoryEquipment

WEIYajuan1，2YELingling1，2*CHENWensheng1LANShuhui1，2

WUWeicheng1BIHaiding1，2

1.GuangxiCo.，Ltd.&nbs79c43b563c243a620ea9eba9bacdfe78f9c68548236ef302b71f585ed38c729bp;ofChinaInspectionandCertification（Group）Co.，Ltd.，Nanning，GuangxiZhuangAutonomousRegion，530022China;2.KeyLaboratoryofBlackMetalMineralProductTestinginFangchenggang，CCICGuangxiServiceCo.，Ltd.，Fangchenggang，GuangxiZhuangAutonomousRegion，538000China

Abstract：WiththedevelopmentofInternettechnology，higherrequirementshavebeenputforwardforenterpriseinformationmanagement.Howuserscanquicklyandtimelyobtainaccurateinformationhasbecomethefocusofattention.Duetothediversetypesofequipmentinterfacesusedinthelaboratory，thereisahighdemandforreal-timedatacollection.Inthiscase，higherrequirementsareputforwardforthecollectionandanalysisoflaboratoryequipmentdata.Thefollowingisanin-depthanalysisofthedesignrequirementsoftheintelligentacquisitionsystembasedonInternettechnology，andputsforwardthesystemarchitectureandthedesignofvariousfunctions，inordertoprovidecertainreferencesforsimilarresearch.

KeyWords：Testinglaboratory;Intelligentcollectionsystem;Equipmentdata;DataManagement

現階段，我國在實驗室方面的研究主要集中于信息處理、傳遞方面，但對數據智能化采集方面的研究比較少。現代實驗室是否滿足信息化、智能化要求，不只表現在信息交互方面。如果檢驗實驗室數據采集中，信息化程度受到制約，會直接影響最終結果的真實性。此外，采用手工記錄實驗結果，極易受到人為主觀因素的影響，從而出現記錄不全等問題。隨著實驗室檢驗任務不斷增加，龐大的實驗數據、混亂的樣品管理方法導致原來的管理流程難以達到實際需求，不便用戶進行追溯、查詢[1]。基于此，設法提升檢驗實驗室檢測能力、工作效率成為急需解決的問題。

1.系統設計原則

實驗室設備數據設計的智能采集系統，必須遵循下列原則。

1.1低成本

系統能夠實現對于環境的感知，設計的系統包含多個節點，不同節點均要設計一個感知器，必須設法降低各節點使用成本，從而降低整個系統的造價。

1.2便于操作

操作簡單作為所設計系統必須考慮的問題，設計系統時要立足于用戶視角，為解決實驗室日常檢驗工作中面臨的問題進行設計，所設計系統要具有友好的界面，且方便操作。

1.3可靠性高

系統重視做好各部分關鍵點的監測工作，如對實驗室運行設備進行監測等。在此基礎上，系統要準確、實時監測所處環境的信息，如果提示環境數據異常，會向管理人員發送提醒信息[2]。高可靠性能由側面反映系統具有良好的實用性。

1.4可擴展性

因互聯網技術正處在不斷發展的階段，具有廣闊的發展前景。所設計系統應將其二次開發及升級考慮在內，確保系統添加新功能后原服務并未發生故障或終止。

1.5安全性

所設計系統應確保采集、存儲的重要數據不被竊取、篡改，且對于惡意攻擊、訪問有相應的防御策略，確保數據的完整性、安全性。

2.系統設計需求及整體架構

2.1設計需求分析

從檢驗實驗室視角分析，所設計的智能采集系統最基本的功能在于將所采集的數據上傳至數據庫完成存儲。此外，支持對數據開展分析、加工操作，方便第三方系統調用數據。對未攜帶工作站的各種設備，主要任務在于采集儀器設備信息。對自身配備工作站的設備，支持對設備數據進行二次采集操作，數據支持類型有：Excel、XML、SQLServer等[3]。在執行數據采集操作后，用戶可利用系統對數據進行分析、計算，比較常用的計算規則有：加減乘除、平均數、四舍五入等。分析發現，實驗室數據采集主要特點有：與樣本或原始數據的關聯性、采樣頻率等。所設計的智能采集系統要支持遠程監控，例如：實驗環節發生污染或出現聲音較大的噪音等均能予以監控。此外，系統還配備遠程操作功能，有些設備能夠展現一次性結果，部分設備則必須實施調整、更換樣品處理。例如：某一設備自帶有相應的工作站及軟件，支持遠程監控；一些設備并未帶有工作站及軟件，但配備相應的接口，這種情況下，要對這類設備進行開發，形成相應的工作站及軟件；還有一些設備缺少工作站及軟件，但支持向外部服務器傳送數據，可以接受外部的控制。實驗室設計的智能采集系統服務包含數據采集、分析、綜合應用等，每一類均配置靈活的功能，從而達到用戶的使用需求[4]。

2.2整體架構

依據檢驗實驗室所用設備類型，相關設備配置的數據接口格式有串口、文本文件、數據庫等。其中，設置的通信服務器主要功能在于讀取設備的原始數據，得到類型不同接口的數據。隨后，根據制訂的解析方案對數據進行拆分，并把執行解析操作的數據傳輸至管理系統。云服務器主要功能在于完善數據的解析、傳輸等操作，執行不同設備的采集、分析數據功能。系統啟動監聽服務程序后，根據設置的頻率完成設備相關數據的采集工作，支持采集、接收設備的原始數據。

3.系統各功能設計

3.1總體功能設計

該項目以檢驗實驗室為中心，通過計算機網絡技術、數據庫等技術結合起來，支持開展采樣管理、數據采集、數據管理等操作，形成信息化、智能化的智能采集系統，滿足實驗檢測各方面的管理要求。所設計系統在達到日常管理要求基礎上，對實驗室相關檢驗工作予以優化，確保實驗室獲取數據的可靠性、可追溯性。實驗室常用設備不同接口類型如下：TCP/IP、文本文件、串口等。一方面，對實驗室各設備設計采集小程序，在服務器上設定各類設備的基本信息，小程序會依據Http協議為實驗室傳輸原始數據，從而實現原始數據傳輸工作[5]。另一方面，依據最先設置的設備表等對數據執行解析、存儲等操作。待數據完成解析后，提供相應的服務能力，如支持將數據傳送至第三方服務器、檢測數據等。

3.2詳細功能設計

實驗室使用大量的檢驗設備，其類型多種多樣。因此，設計的系統要將不同格式的數據考慮其中，根據前端交互頁面進行配置，從而迅速完成數據采集、解析工作，便于用戶調取數據或修改。除此以外，系統配置外部API數據接口，確保采集、傳輸數據操作的安全性，數據處理過程中其過程可以追蹤，系統設計的功能及配置接口便于擴展。

3.1數據管理

3.1.1數據采集

系統配置的采集組件對經過采集數據進行拆分處理，依據系統定義的格式完成上述操作，建立相應的JSON字符串，并把這些信息傳送至客戶端執行交付操作。針對檢驗實驗室的環境數據執行采集任務時，通過無線傳感網絡及相應的傳感器完成溫濕度等環境信息監測工作。傳感器作為所設計系統重要的元器件，應與微控制器結合起來對環境數據進行監測。系統配置的微控制器型號為ARMCortex-M3，采用ZigBee模塊執行數據無線傳輸工作，聯合傳感器感知檢驗實驗室的環境信息。傳感器對采集的信號經放大器處理傳送至微控制器，利用微控制器執行數據轉換操作，經ZigBee傳輸給服務器，方便進行處理[6]。

3.1.2數據上傳

對數據進行上傳操作時，包含用戶名、連接字符串等信息，借助設備端設計的采集小程序對設備信息、路由地址執行讀取操作。

3.1.3數據解析

系統主要功能在于數據解析，其主要劃分為基礎管理、項管理兩類，前者旨在對數據存儲方法、設備編碼、制作數據表等操作；后者旨在對設備編碼、數據所處位置等實施維護。必須注意，對數據進行解析操作比較復雜，包含固定或循環數據項，因此，必須設置相關的解析規則。

3.1.4數據存儲

系統支持Windows7以及更新版本客戶端，配備SQLServer2012數據庫，便于完成數據的存儲操作。系統支持對下列數據進行存儲：（1）業務管理各項數據信息；（2）對檢驗數據進行存儲，包含原始數據；通過解析處理的數據；（3）其他類型數據予以存儲，如通信日志文件等。

3.2物料及試劑管理

物料與試劑管理是一個可以獨立使用、專門針對檢驗實驗室設計的應用軟件。實現試劑耗材訂購申請、訂購審批、物品訂購、物品接收、物品分發、消耗庫存、物品清除的流程。建立標準物質臺賬，詳細記錄相關信息，包括批號、有效日期、濃度、不確定度等，可根據供應商、物品、項目、部門、人員等為目標進行追蹤查詢，匯總后的物資報告會給公司的運作管理帶來極有價值的參考。

WppDaVovVp+bkKvIeZOV3w==3.3樣品管理

系統指出對樣品實施周期管控，包含樣品出入庫、清除等構成完整的證據鏈，監控樣品自采集至處理整個過程。開展樣品交接工作時，系統會記錄樣品性狀、接收時間、數量等信息，利用密碼明確交接樣本的流程。在此基礎上，通過管理人員對樣品實施登錄簽署工作，便于工作人員領取所需樣品。

3.4結果批準與審核

按照任務進行數據的批準，對分析完成的數據校核流程，并記錄校核過程（如操作人、時間及校核意見），如果發現數據有問題，可以直接退回數據至分析人員，輸入退回原因。數據校核時可以查看原始記錄，包括圖譜、實驗室環境條件、儀器使用狀況等。

對需分析的樣品按樣品類型、檢測項目等批量取出關聯。記錄分析時環境條件、使用儀器等信息，并按分析規范選擇質控種類，生成唯一的質控批次編號。儀器超出檢定/校準有效期，則顯示紅色進行提醒，檢定不合格、停用、廢止、維修等狀態的儀器無法選用。

3.5報告管理

系統執行報告生成操作時，先要取出工作編號，勾選需要生成報告的樣品及其監測項目，可以自動生成符合CMA、CNAS中關于結果報告的相關要求。報告審核后，如果需要退回數據，記錄退回原因；退回后，該報告仍保存在瀏覽界面，方便溯源管理。對報告進行二審，可通過匯總報告查詢界面查看報告及整個項目的所有信息，包括監測方案、采樣相關信息、樣品交接信息等內容[7]。對報告進行三審，可通過匯總報告查詢界面查看報告及整個項目的所有信息，包括監測方案、樣品交接信息、儀器圖譜、質控信息等內容。

3.6儀器設備管理

建立儀器設備臺賬，記錄相關信息，包括儀器名稱、型號、編號、使用狀態等基本信息。在此基礎上，要將器設置的定期校對、核查、期間核查等信息的錄入，完成文件的上傳操作。限制超出檢定/校準有效期或者檢定不合格的儀器設備的使用。系統記錄儀器的狀態修改，包括啟用、停用、廢止、維修、檢定不合格等狀態，上傳保留相關文件，審核后該儀器，如果處于停用狀態，使用界面不再顯示該儀器[8]。

4.系統效果分析

為檢驗所設計的智能采集系統性能是否達標，分別選定C、D這兩個案例進行對比，所選案例均是在檢驗實驗室開展的項目，使用的設備及其數量大致相同。在此基礎上，C案例每一臺設備使用定制開發以及維護方法，D案例則使用本文設計的系統，具體數據如表1所示。這兩個項目均使用200臺設備對數據進行采集，C案例根據不同設備的接口類型及需求采用定制化方案完成開發，使用開發及維護周期耗費時間較長。加之，實驗室對不同設備采集的數據進行調試時，需要重新執行開發、調試工作，使用的維護成本比較高，維護操作難度也有所增加。D項目所用本次設計的智能采集系統，能有效規避C項目面臨的問題，便于完成項目的采集、管理工作。

5.結論

總之，基于互聯網相關技術針對檢驗實驗室設計的設備數據智能采集系統，確保實驗室管理工作中將環境檢測、設備管理、研發結合起來，管理人員、開發人員、使用者均可借助無線或有線方法隨時查看實驗室情況，不僅可以提升系統的傳輸及響應速度，也能改善實驗室管理的效果。本研究在分析檢驗實驗室設備數據采集中的問題，提出設計相應的智能采集系統。研究結果表明，所設計的系統實施中能有效減少成本，且支持高效率采集、分析不同類型數據操作，便于系統后續開展維護和管理工作，為后期大數據分析打下堅實的基礎。

參考文獻

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