【摘 要】本文簡述了LIMS系統(tǒng)的概念、發(fā)展歷史以及特性和功能，并通過介紹該公司自行開發(fā)的水質(zhì)管理分析系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)，闡述LIMS系統(tǒng)如何在水務(wù)行業(yè)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】LIMS 水質(zhì)分析管理 儀器集成 SCADA 實(shí)驗室認(rèn)證規(guī)范

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人民生活水平的逐步提高，人們對飲用水水質(zhì)提出了更高的要求，新的飲用水標(biāo)準(zhǔn)的出臺后，所需的檢驗項目大量地增加，與此同時，人們對分析測試的要求無論在樣品數(shù)量、分析周期、分析項目和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性等方面都提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，而原來的人工管理模式在這種形式下已顯得不太適應(yīng)，在此背景下，集現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代分析技術(shù)和管理科學(xué)為一身的實(shí)驗室信息管理系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。本文便是從水務(wù)公司水質(zhì)檢測站現(xiàn)有的水質(zhì)管理分析系統(tǒng)入手，淺析其實(shí)驗室信息管理系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)。

一、實(shí)驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS）的概念及特性

（一）LIMS的概念

是指將實(shí)驗室的分析儀器通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來，集樣品管理、資源管理、事務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)管理、報表管理等諸多模塊為一體，組成一套完整的實(shí)驗室綜合管理和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控體系，既能滿足外部的日常管理要求，又保證實(shí)驗室分析數(shù)據(jù)的嚴(yán)格管理和控制。

（二）LIMS的特性和功能

1.與分析儀器集成，分析數(shù)據(jù)處理規(guī)范便捷

可與實(shí)驗室的分析儀器直接相連，通過專業(yè)化的軟硬件接口技術(shù)，將分析儀器中的結(jié)果自動傳送到LIMS中，或者通過網(wǎng)絡(luò)與儀器的PC工作站連接，采用開放式的數(shù)據(jù)接口技術(shù)與 LIMS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以消除繁重的手工錄入和避免相應(yīng)的抄錄錯誤，并通過定義好的計算公式，實(shí)現(xiàn)結(jié)果的自動計算，從而準(zhǔn)確、便捷地獲得樣品的分析數(shù)據(jù)。

2.實(shí)驗室管理規(guī)范化，保證質(zhì)量監(jiān)控體系

按照通行的實(shí)驗室QA/QC標(biāo)準(zhǔn)要求，建立樣品管理、資源（材料、儀器設(shè)備、備品備件、固定資產(chǎn)管理等）管理、事務(wù)（人員培訓(xùn)、文件資料和檔案管理）管理、數(shù)據(jù)及報表管理等模塊，組成一套完整的實(shí)驗室綜合管理體系和質(zhì)量保證體系，并通過流程控制、權(quán)限控制、生成質(zhì)量控制圖進(jìn)行分析等手段，來實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗室分析質(zhì)量的嚴(yán)格控制。

3.與生產(chǎn)過程質(zhì)量監(jiān)控一體化

通過與生產(chǎn)控制管理系統(tǒng)之間的無縫聯(lián)接，使控制生產(chǎn)過程的系統(tǒng)和管理人員可以直接獲得經(jīng)過驗證的分析信息，從而改善控制過程，提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

4.方便的軟件集成特性

可以很容易地與主流的ERP軟件、統(tǒng)計軟件、辦公軟件、在線控制系統(tǒng)軟件等實(shí)現(xiàn)無縫連接，從而使得用戶能夠在一個安全友好的交互環(huán)境中更有效地利用好實(shí)驗室的數(shù)據(jù)。

5.適宜的網(wǎng)絡(luò)功能

應(yīng)用Internet/Intranet和Web技術(shù)，采用統(tǒng)一的瀏覽器界面和以Web服務(wù)器為中心的分布式管理體系，用戶可以在網(wǎng)內(nèi)的任何一臺PC機(jī)上訪問系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)的共享和發(fā)布更為簡單方便。

二、我公司現(xiàn)有水質(zhì)管理分析系統(tǒng)的功能及狀況

（一）開發(fā)歷程

2000年起，我公司開發(fā)了現(xiàn)有的水質(zhì)管理分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)可運(yùn)行于流行的中文WINDOWS操作系統(tǒng)下，采用了C/S結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)由專用的服務(wù)器存放，在檢測站的辦公PC機(jī)上安裝水質(zhì)管理系統(tǒng)軟件，模塊及功能按照當(dāng)時的質(zhì)量管理體系設(shè)置，缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)功能較弱。

（二）主要功能模塊

1.分析數(shù)據(jù)的管理

主要包括數(shù)據(jù)錄入編輯、數(shù)據(jù)瀏覽、查詢、統(tǒng)計分析圖繪制、水質(zhì)預(yù)測和水質(zhì)數(shù)據(jù)的匯總等?？梢詫⑺畼?、凈水劑的分析結(jié)果通過數(shù)據(jù)錄入編輯界面手工錄入到數(shù)據(jù)庫中，在錄入過程中，系統(tǒng)可通過判斷阻止不規(guī)范數(shù)據(jù)的錄入以及超標(biāo)值報警，使用查詢功能可以得出各水樣在任意時間、區(qū)間內(nèi)的平均值、最大值、最小值和超標(biāo)值等，同時也可以生成相應(yīng)的統(tǒng)計分析圖，并可通過對一定量的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一元或多元回歸，預(yù)測未來的數(shù)值以及水質(zhì)的變化趨勢。錄入到數(shù)據(jù)庫中的水質(zhì)數(shù)據(jù)可以通過瀏覽功能進(jìn)行逐項查看，并可以進(jìn)行出廠水、管網(wǎng)水以及水質(zhì)綜合合格率的匯總計算并生成相應(yīng)的報表。

2.各類報表輸出

可按照預(yù)定的格式生成并打印任何時間的水樣及凈水劑的檢驗報告、水質(zhì)全分析綜合報表和出廠水、管網(wǎng)水水質(zhì)抽查報表等各類報表。

3.實(shí)驗室質(zhì)量控制

可對質(zhì)控樣品在短期內(nèi)進(jìn)行一定量的平行試驗，繪制質(zhì)量控制圖，引入質(zhì)量控制中的數(shù)理統(tǒng)計方法，確定上、下控制限及警告限，并可通過使用加標(biāo)樣品計算回收率，繪制回收率控制圖。

三、未來LIMS的構(gòu)建

為了能將現(xiàn)有的水質(zhì)管理分析系統(tǒng)升級改造成為功能完善的、更加符合水務(wù)行業(yè)特色的實(shí)驗室信息管理系統(tǒng)，我們準(zhǔn)備對原系統(tǒng)進(jìn)行功能拓展，與以往相比新系統(tǒng)的技術(shù)性、規(guī)范性和安全性都將會有極大的提高：

（一）利用已建成的實(shí)驗室內(nèi)部局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與分析儀器的連接

1.通過專用接口與儀器直接連接

對部分國產(chǎn)儀器（如原子熒光光度計、測油儀等）及一些小型儀器（如PH計、天平、濁度儀等）可通過其專用的RS232接口與PC工作站相連再串入局域網(wǎng)中，類似的還有使用IEEE-488（GPIB）接口的大型檢測設(shè)備（如PerkinElmer公司的AAS等）也是使用其專用的PC工作站通過局域網(wǎng)與LIMS相連，而對于裝有TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的檢測儀器（如AGILENT的GC、HPLC等）則可以直接與LIMS相連接。

2.儀器分析數(shù)據(jù)導(dǎo)入及數(shù)據(jù)處理

分析數(shù)據(jù)的導(dǎo)入可通過LIMS對數(shù)據(jù)文件的讀取來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)文件通常存放在LIMS所跟蹤掃描的某個目錄，它是以特定的格式來組織和傳輸?shù)?，以確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無誤地轉(zhuǎn)移到LIMS系統(tǒng)合適的數(shù)據(jù)表中；對無法直接與LIMS集成的分析儀器，可將其生成的數(shù)據(jù)文件通過一定的格式轉(zhuǎn)換變成LIMS可以識別的格式；對于未能連網(wǎng)的儀器，則可將數(shù)據(jù)文件拷貝后轉(zhuǎn)移到LIMS中。

（二）與SCADA系統(tǒng)的連接

使用ODBC接口與公司SCADA 系統(tǒng)連接，實(shí)時獲取在線儀表檢測的濁度、余氯和PH等數(shù)據(jù)，還可將歷史檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入LIMS中，以實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)的統(tǒng)計、分析和評價；與此同時也可以將LIMS中的實(shí)驗室檢測數(shù)據(jù)提供給生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以指導(dǎo)生產(chǎn)。

（三）與廠化驗室的連接

各水廠化驗室可根據(jù)所分配的用戶名和密碼通過internet登錄LIMS系統(tǒng)，手工錄入每日的檢測數(shù)據(jù)，或安裝LIMS單機(jī)版本，將錄入的數(shù)據(jù)拷貝后再轉(zhuǎn)移到LIMS的數(shù)據(jù)庫中。

（四）更加強(qiáng)大的統(tǒng)計分析功能

在引入SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，豐富原有的極值、平均值和超標(biāo)值統(tǒng)計，并可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)限值，統(tǒng)計各個項目、各類水樣和各水廠的檢測次數(shù)、合格次數(shù)、合格率以及同比升降率等，可選擇散點(diǎn)圖、柱形圖或餅狀圖等進(jìn)行水質(zhì)合格率的分析，上述各項目和水樣的組合、時間段及標(biāo)準(zhǔn)限值都可由用戶靈活地自定義，同時也可以各類報表形式打印輸出。

（五）更完善的實(shí)驗室管理與質(zhì)量控制功能

LIMS系統(tǒng)的流程和相應(yīng)的功能模塊及要求均按照國際通行的實(shí)驗室認(rèn)證/認(rèn)可的評審查準(zhǔn)則ISO/IEC17025-1999《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗室能力的通用要求》來規(guī)劃設(shè)計，從樣品的管理開始，包括檢驗分析、數(shù)據(jù)審核直到結(jié)果輸出，整個流程置于嚴(yán)格的控制之下，與此同時進(jìn)一步豐富儀器管理、人員管理、方法管理以及QA/QC管理的內(nèi)容，確保分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可追溯性。

（六）對管網(wǎng)建模中水力計算的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核和水質(zhì)預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用

與管網(wǎng)模型軟件結(jié)合，提供水質(zhì)數(shù)據(jù)支持，通過對管網(wǎng)建模中水力計算的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，使之在最大程度上真實(shí)地模擬管網(wǎng)的水質(zhì)狀態(tài)，準(zhǔn)確地掌握管網(wǎng)水質(zhì)的變化趨勢，避免可能發(fā)生的水質(zhì)事故。

（七）更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能

1.采用Client/Server加Browse/Server架構(gòu)

為了最大強(qiáng)度地保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性，提高系統(tǒng)的處理能力，我們在水質(zhì)檢測站設(shè)立單獨(dú)的子系統(tǒng)，系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，通過使用專用的服務(wù)器并在各工作站上安裝客戶端軟件來實(shí)現(xiàn)，而在與各水廠化驗室的連接上系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，即各水廠化驗室使用分配好的用戶名和密碼通過web頁面登錄LIMS系統(tǒng)。

2.與企業(yè)管理軟件的鏈接

LIMS系統(tǒng)可通過公司內(nèi)部局域網(wǎng)與公司的辦公系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的共享，為公司領(lǐng)導(dǎo)及時了解水質(zhì)狀況，做好決策提供第一手的資料。

四、小結(jié)

通過我公司近幾年來對LIMS系統(tǒng)的開發(fā)和使用，我們充分認(rèn)識到：

（一）領(lǐng)導(dǎo)重視，做好各方面的協(xié)調(diào)工作

我公司LIMS系統(tǒng)的運(yùn)行主體是水質(zhì)檢測站，開發(fā)和維護(hù)的工作則主要由信息中心來承擔(dān)，在開發(fā)和使用的過程中還要涉及到生產(chǎn)的各個部門，因此必須有公司領(lǐng)導(dǎo)的重視，做好各方面的協(xié)調(diào)工作，并對水質(zhì)檢測和水質(zhì)管理的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行必要的改造，以適應(yīng)LIMS的要求。

（二）LIMS系統(tǒng)必須嚴(yán)格按照通行的實(shí)驗室規(guī)范來開發(fā)

按照國際通行的實(shí)驗室認(rèn)證規(guī)范來設(shè)計LIMS系統(tǒng)的模塊和功能，既可以規(guī)范實(shí)驗室的工作流程，便于實(shí)驗室的管理，確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又可以為將來實(shí)現(xiàn)國家實(shí)驗室認(rèn)可奠定良好的基礎(chǔ)。

（三）LIMS系統(tǒng)必須易于升級和擴(kuò)展

隨著水質(zhì)檢測技術(shù)的發(fā)展和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，LIMS系統(tǒng)也必須能進(jìn)行擴(kuò)展以適應(yīng)這些變化，因此在LIMS的設(shè)計中必須保證系統(tǒng)的開放性，使之便于修改以適應(yīng)新的要求。