黃 超,隋 艷
(1.國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,北京 100013;2.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司檢測分院,北京 100013;3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100013)
實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)是將科學(xué)的實(shí)驗(yàn)室管理思想、信息現(xiàn)代化管理手段進(jìn)行有機(jī)結(jié)合并按照實(shí)驗(yàn)室管理體系對(duì)樣品檢測過程和實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行規(guī)范化管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其針對(duì)具體領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室的整體環(huán)境而設(shè)計(jì),通過信號(hào)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)通訊軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件等計(jì)算機(jī)硬件和應(yīng)用軟件在內(nèi)的高效集成,將實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)流程、環(huán)境、人員、儀器設(shè)備、標(biāo)物標(biāo)液、化學(xué)試劑、標(biāo)準(zhǔn)方法、圖書資料、文件記錄、科研管理、項(xiàng)目管理、客戶管理等因素有機(jī)結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和信息的收集、分析、報(bào)告和管理[1]。
實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)通?;谟?jì)算機(jī)局域網(wǎng)、以實(shí)驗(yàn)室為中心且采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)室管理思想而組成1個(gè)全面的、規(guī)范的管理體系,旨在為實(shí)現(xiàn)分析數(shù)據(jù)網(wǎng)上調(diào)度、分析數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、快速分布、信息共享、分析報(bào)告無紙化、質(zhì)量保證體系順利實(shí)施、成本嚴(yán)格控制、人員量化考核、實(shí)驗(yàn)室管理水平整體提高等各方面提供技術(shù)支持,即LIMS為連接實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)車間、質(zhì)管部門及客戶的全鏈條信息平臺(tái)[2]。
從20世紀(jì)60年代末期開始的初步研究階段,到70年代時(shí)期的大量數(shù)據(jù)分析、處理、儲(chǔ)存問題的進(jìn)一步發(fā)展階段,再到80年代中期的深度發(fā)展階段,LIMS已被應(yīng)用至更多領(lǐng)域且逐漸邁向商品化[3]。
隨著計(jì)算機(jī)電子信息技術(shù)的發(fā)展,實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)在能源、冶金、化工、制藥、環(huán)境監(jiān)測等眾多領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室中已得到廣泛的應(yīng)用,極大地提升了實(shí)驗(yàn)室的整體業(yè)務(wù)能力[4]。以下將結(jié)合國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的實(shí)踐解析實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)在煤炭檢測領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)以檢測業(yè)務(wù)流程管理為核心,綜合協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所有的儀器、人員、資源。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)樣品的委托登記、任務(wù)分配、分析數(shù)據(jù)的快速采集、審核、處理、統(tǒng)計(jì)、查詢,直至報(bào)表自動(dòng)生成,最終將有用的信息傳遞給桌面用戶。期間環(huán)節(jié)可打印樣品受理單、收費(fèi)明細(xì)單、檢驗(yàn)任務(wù)通知單等各種樣品交接和樣品管理文本。通過上述各類資源的有效運(yùn)行,快速實(shí)現(xiàn)指定檢驗(yàn)項(xiàng)目的部門間流轉(zhuǎn),并可予以業(yè)務(wù)全流程追蹤監(jiān)控[5]。
質(zhì)量管理是實(shí)驗(yàn)室獲得客戶認(rèn)同和取得長久信譽(yù)的關(guān)鍵,LIMS系統(tǒng)將人員、儀器、試劑、方法、環(huán)境、文件等影響分析數(shù)據(jù)的要素有機(jī)結(jié)合起來,對(duì)實(shí)驗(yàn)室按照 ISO/IEC 17025實(shí)驗(yàn)室管理體系標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理,以程序化方式規(guī)范質(zhì)量檢驗(yàn)和質(zhì)量管理工作流程,并將有效信息實(shí)時(shí)歸檔儲(chǔ)存,建立高效的質(zhì)量管理信息化平臺(tái),全面提高實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化管理水平[6]。
實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)分析儀器檢測數(shù)據(jù)的在線收集和傳輸,并自動(dòng)生成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、檢測項(xiàng)目、檢測結(jié)果等各類報(bào)表,通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送,避免打印和人工傳遞,實(shí)現(xiàn)無紙化辦公,使信息傳遞更加方便快捷,從而提高資源的利用率,減少人工作業(yè)的繁雜重復(fù),有效地避免人為誤差的引入[7]。
數(shù)據(jù)庫資源通常含有大量潛在價(jià)值的信息可供各方研究“挖掘”。通過實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的建設(shè),其產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫可涵蓋煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)報(bào)告、方法標(biāo)準(zhǔn)、試劑材料、儀器設(shè)備、人員檔案、財(cái)務(wù)賬目等多項(xiàng)類別,為科研及管理人員提供快速的查詢服務(wù)[8]。
系統(tǒng)設(shè)置模塊主要針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置,包括部門管理、用戶管理、角色管理、權(quán)限分配等,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理功能。通過有效的權(quán)限設(shè)置功能,決定用戶可以訪問或操作的模塊或數(shù)據(jù)權(quán)限。只有已設(shè)置相應(yīng)操作權(quán)限的用戶或該用戶所屬角色已設(shè)置操作權(quán)限,才可登錄系統(tǒng)使用LIMS各功能板塊。
日常檢測模塊分為委托登記、任務(wù)分配、樣品制備、實(shí)驗(yàn)分析、報(bào)告處理等部分子模塊,主要完成從委托單的建立,到樣品制備、化驗(yàn)、生成報(bào)告的過程流轉(zhuǎn),是LIMS最核心的功能模塊,其核心是規(guī)范樣品檢測工作流程、對(duì)過程環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控、規(guī)范實(shí)驗(yàn)室的操作規(guī)程,從而減少人為因素所造成的分析誤差[9]。
數(shù)據(jù)查詢模塊針對(duì)已歸檔的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢,按查詢條件可分別檢索檢測人員、檢測任務(wù)、檢測結(jié)果等,即按授權(quán)權(quán)限可分別瀏覽原始數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)過程、報(bào)告報(bào)表等各類技術(shù)資料。通過對(duì)指定時(shí)間的間隔歷史數(shù)據(jù)搜索,可進(jìn)一步查詢圖譜分析、變化趨勢、超標(biāo)比例、復(fù)測對(duì)比等統(tǒng)計(jì)信息。
資源管理模塊包括人員管理、設(shè)備管理、方法管理、材料管理、財(cái)務(wù)管理等多類型子模塊,現(xiàn)簡介如下:
(1)人員管理:建立人員基本情況、技術(shù)資質(zhì)和授權(quán)檔案,記錄其所在部門、工作崗位、基本職責(zé)以及參與的培訓(xùn)計(jì)劃和執(zhí)行情況。
(2)設(shè)備管理:存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的生產(chǎn)廠家、使用地點(diǎn)、授權(quán)使用人、使用狀態(tài)等基本檔案信息,記錄其校驗(yàn)周期和檢定狀況以及維護(hù)維修與報(bào)廢記錄。
(3)方法管理:針對(duì)煤炭、焦炭、石油焦、生物質(zhì)、垃圾污泥等5大類29小類檢測對(duì)象,依據(jù)可執(zhí)行的AQ、ASTM、GB、ISO、JISK、MT、SH等130余項(xiàng)檢測標(biāo)準(zhǔn),建立90余項(xiàng)試驗(yàn)方法。
(4)材料管理:主要涵括試驗(yàn)藥品、試劑等消耗品的使用、購買、保存的管理。材料管理子模塊詳細(xì)記錄消耗品的檔案,包括消耗品的名稱、生產(chǎn)廠商、含量或純度、出廠批次、存放條件、有效期以及入庫、領(lǐng)用、返還、報(bào)廢、計(jì)劃和驗(yàn)收等相關(guān)信息。
(5)財(cái)務(wù)管理:提供基本的成本核素和財(cái)務(wù)處理功能,包括樣品的收費(fèi)情況、客戶的檢測賬目等,為實(shí)驗(yàn)室的財(cái)務(wù)管理提供依據(jù)[10]。
檢測業(yè)務(wù)流程是LIMS系統(tǒng)的核心內(nèi)容,通過檢測工作管理可加強(qiáng)協(xié)同工作能力、進(jìn)一步強(qiáng)化質(zhì)量控制環(huán)節(jié)、提高數(shù)據(jù)報(bào)出速度,提高工作效率、降低數(shù)據(jù)出錯(cuò)率,保證質(zhì)量記錄的完整、監(jiān)控規(guī)范的執(zhí)行。檢測流程以樣品檢測為主線,應(yīng)用條形碼二維碼技術(shù)貫穿檢測管理的始終,樣品接收時(shí)打印樣品條碼、此條碼作為后續(xù)樣品的唯一標(biāo)識(shí),檢測數(shù)據(jù)通過電腦自動(dòng)采集或手工輸入經(jīng)過審核后自動(dòng)形成檢測報(bào)告,報(bào)告審核審批后,自動(dòng)歸檔[11]。
LIMS系統(tǒng)檢測業(yè)務(wù)流程如圖1所示。
業(yè)務(wù)室接收客戶的樣品委托時(shí)需進(jìn)行任務(wù)登記,任務(wù)登記填寫的信息一般包括委托單位信息、樣品信息、檢測項(xiàng)目和檢測方法信息等。信息登記完成后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成委托合同書、樣品接收單、存樣單、檢測收費(fèi)單、樣品傳遞單。其中委托合同書、樣品接收單需經(jīng)客戶確認(rèn)簽字。任務(wù)登記作為檢測流程的重要起始點(diǎn),其信息錄入需具有準(zhǔn)確性和時(shí)效性,保證后續(xù)流程的順暢性,可極大地減少差錯(cuò)率。樣品登記單示例如圖2所示。
樣品管理環(huán)節(jié)主要針對(duì)樣品的制備到返回業(yè)務(wù)室的過程。委托登記完成后由業(yè)務(wù)室下達(dá)樣品制備任務(wù),制樣人員接到制樣任務(wù)后可打印樣品標(biāo)簽、制備單、樣品交換記錄表等,完成樣品的制備、分裝等操作,直至將已制備的待檢樣品返回業(yè)務(wù)室。樣品制備流程示例如圖3所示。
圖3 樣品制備流程示例Fig.3 Sample preparation process example
實(shí)驗(yàn)任務(wù)環(huán)節(jié)為系統(tǒng)的核心部分,可實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢驗(yàn)分析流程操作,包括檢測項(xiàng)目的分配、檢測數(shù)據(jù)的錄入、分析結(jié)果的處理等。樣品項(xiàng)目檢驗(yàn)完畢后,需進(jìn)行項(xiàng)目校核和數(shù)據(jù)審核,通過后認(rèn)為檢測任務(wù)完成。若進(jìn)行項(xiàng)目校核或數(shù)據(jù)審核時(shí)提示未通過,則需重新進(jìn)行項(xiàng)目檢驗(yàn)流程。
3.3.1任務(wù)分配
待檢樣品由檢驗(yàn)室負(fù)責(zé)人領(lǐng)取后分配給相應(yīng)項(xiàng)目的檢測人員,檢測人員領(lǐng)取后進(jìn)行檢測。待檢樣品的任務(wù)分配流程示例如圖4所示。
3.3.2檢測數(shù)據(jù)錄入
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后檢測人員調(diào)用原始記錄模板輸入檢測結(jié)果,可從儀器上直接讀取也可手工輸入;可按樣品檢索也可按項(xiàng)目檢索;實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算,自動(dòng)修約。原始記錄單在初始化設(shè)計(jì)中就已完成自定義公式、修約規(guī)則、質(zhì)控方法、保留位數(shù)、有效位數(shù)及設(shè)置超標(biāo)提醒,對(duì)設(shè)定好的質(zhì)控等級(jí)可自動(dòng)判斷。全部輸入完成后需由檢驗(yàn)員電子簽名。
3.3.3數(shù)據(jù)校核審核
檢測數(shù)據(jù)錄入完成后,需在審核模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核。審核模塊權(quán)限使用者可直接查看原始記錄單但不能修改,對(duì)于有疑問的原始記錄單,需退回試驗(yàn)人員處理。審核通過后系統(tǒng)會(huì)完成自動(dòng)電子簽名。
(1)報(bào)告編輯。待所有的檢測項(xiàng)目全部完成后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示可生成的檢測報(bào)告。業(yè)務(wù)室人員可以選擇相應(yīng)的報(bào)告模板進(jìn)行編輯。報(bào)告編輯完成后提交給檢驗(yàn)室負(fù)責(zé)人和報(bào)告審批人進(jìn)行審核。
(2)報(bào)告審核。審核人可以查看報(bào)告,溯源原始記錄,溯源流程記錄,有疑問可以退回;終審?fù)ㄟ^后檢測報(bào)告才可打印、簽字、蓋章。
(3)歸檔打印。流程中所有用到的表單和數(shù)據(jù)自動(dòng)歸檔,便于對(duì)原始記錄,檢驗(yàn)報(bào)告、委托協(xié)議、流轉(zhuǎn)過程等相關(guān)的信息查找溯源。
圖4 待檢樣品的任務(wù)分配流程示例Fig.4 Example of task assignment process on sample to be examined
(1)網(wǎng)路安全:實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò),安全穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用也起到非常重要的作用。作為第三方檢測實(shí)驗(yàn)室,需遵守對(duì)檢測數(shù)據(jù)和客戶信息保密的工作原則,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中均需注意病毒防御系統(tǒng)的搭建。
(2)數(shù)據(jù)備份:系統(tǒng)使用的時(shí)間越久,數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)量也會(huì)越來越大。大量的數(shù)據(jù)內(nèi)存會(huì)直接影響到系統(tǒng)的使用速度。系統(tǒng)管理人員應(yīng)定期維護(hù)和備份歷史數(shù)據(jù),保證系統(tǒng)時(shí)刻處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。
(3)系統(tǒng)更新:計(jì)算機(jī)硬件和應(yīng)用軟件隨網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不斷更新,實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理體系也會(huì)不斷提出新的要求,實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)也應(yīng)注意保留擴(kuò)容升級(jí)空間。
(4)數(shù)據(jù)的跟蹤溯源:作為第三方檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室,數(shù)據(jù)的跟蹤溯源能夠有效的保證檢測數(shù)據(jù)的科學(xué)性、有效性和公正性。LIMS系統(tǒng)目前可以做到儀器接口功能,可以直接從儀器數(shù)據(jù)接口直接讀出數(shù)據(jù)然后直接進(jìn)入到LIMS系統(tǒng)中,有效減少人為操作帶來的誤差和人為干擾的因素。但目前實(shí)驗(yàn)室中仍有相當(dāng)比例的經(jīng)典老式儀器設(shè)備不支持LIMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。設(shè)備的更新?lián)Q代納入實(shí)驗(yàn)室的長期規(guī)劃中,故要求LIMS系統(tǒng)在開發(fā)過程中應(yīng)預(yù)留出相應(yīng)的對(duì)接端口,為以后的新設(shè)備與LIMS系統(tǒng)對(duì)接做準(zhǔn)備。由于該特殊性的存在,實(shí)驗(yàn)室應(yīng)考慮針對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和手工記錄數(shù)據(jù)制定兩套不同的質(zhì)量控制程序。
(5)系統(tǒng)的試運(yùn)行:由于實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)樣品和檢驗(yàn)項(xiàng)目的復(fù)雜多樣性,LIMS系統(tǒng)的實(shí)施不僅是幾個(gè)人或幾個(gè)部門的參與,還要求實(shí)驗(yàn)室的全體人員共同參與。在系統(tǒng)試運(yùn)行過程中,需盡可能多的進(jìn)行數(shù)據(jù)測試,綜合考慮數(shù)據(jù)的修約規(guī)則、允許差、重復(fù)性限、不同基準(zhǔn)的換算以及計(jì)算公式在不同情況下的折算系數(shù)。以煤的發(fā)熱量為例,計(jì)算恒容高位發(fā)熱量時(shí)需對(duì)硝酸形成熱校正系數(shù)α進(jìn)行校正。當(dāng)Qb≤16.70 MJ/kg,α=0.001 0;當(dāng)16.70
(6)系統(tǒng)的售后服務(wù):檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)并不是專業(yè)的軟件開發(fā)公司,實(shí)驗(yàn)室人員對(duì)LIMS系統(tǒng)的認(rèn)知和使用可以經(jīng)過培訓(xùn)來完成。但若要求LIMS系統(tǒng)能夠保持一個(gè)高效運(yùn)行狀態(tài),需要系統(tǒng)開發(fā)公司必須提供長期、有效、及時(shí)的運(yùn)維服務(wù)。良好的運(yùn)維服務(wù)也是LIMS系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必備保障。
(7)系統(tǒng)功能的拓展:LIMS系統(tǒng)目前多應(yīng)用于煤質(zhì)檢測的管理,在其研發(fā)過程中亦可考慮拓展至科研管理,實(shí)現(xiàn)人員、項(xiàng)目、成果、工作量、實(shí)施進(jìn)度、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等多功能的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)管。以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制為例,結(jié)合其樣品采集、制備、均勻性檢驗(yàn)、穩(wěn)定性試驗(yàn)、定值等全周期流程環(huán)節(jié),可設(shè)置項(xiàng)目類別、煤源產(chǎn)地、量值、均勻性檢驗(yàn)計(jì)算、穩(wěn)定性跟蹤數(shù)據(jù)導(dǎo)圖、定值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能模塊,并進(jìn)一步與分析儀器銜接,實(shí)現(xiàn)直接讀取過程數(shù)據(jù),并根據(jù)后臺(tái)預(yù)設(shè)公式完成統(tǒng)計(jì)。管理端可有效減少計(jì)算工作量,同時(shí)提高統(tǒng)計(jì)管理效率,起到方便數(shù)據(jù)管理、保障數(shù)據(jù)完整性和安全性、提供數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享的作用。今后的系統(tǒng)研發(fā)和維護(hù)中可嘗試對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行不斷完善和拓展。
以上介紹了煤炭檢測實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的功能定義、模塊設(shè)置、流程設(shè)計(jì)和使用中的注意事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用,可以為實(shí)驗(yàn)室的高效和科學(xué)運(yùn)作以及實(shí)驗(yàn)室各類信息的保存、交流和加工提供平臺(tái),并可對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面量化和質(zhì)量管理。實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)滿足ISO/IEC:17025體系的全部要求,對(duì)實(shí)驗(yàn)室的資源、樣品、分析任務(wù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、質(zhì)量控制等進(jìn)行合理有效的科學(xué)管理,從而提高實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化管理水平。實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)完整性、合法性以及可追溯性,提高實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)水平和工作效率,極大地減少實(shí)驗(yàn)室管理的人工成本,優(yōu)化錯(cuò)綜復(fù)雜的檢測流程,使實(shí)驗(yàn)室管理工作能夠有條不紊地進(jìn)行。
隨著全球經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展以及煤炭檢測市場的需求,煤炭檢測實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)也在快速發(fā)展,因而對(duì)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)提出了更高要求。針對(duì)未來實(shí)驗(yàn)室高度專業(yè)化、智能化、系統(tǒng)化、自動(dòng)化的發(fā)展趨勢,實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也會(huì)隨應(yīng)用實(shí)踐不斷更新和完善。