嚴(yán)燁 惠衛(wèi)甲 楊雯 樊璐 呂名蕊 張艷

摘 要：隨著檢驗(yàn)檢測(cè)產(chǎn)業(yè)的不斷深化，對(duì)技術(shù)能力和管理要求提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行模式已跟不上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的節(jié)奏。需依靠信息化技術(shù)和工業(yè)產(chǎn)品的“兩化融合”帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行水平的提升，保障檢驗(yàn)過程可追溯、質(zhì)量可控制和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。進(jìn)一步提升管理效率，優(yōu)化業(yè)務(wù)管理、資源管控和安全提升。本文對(duì)現(xiàn)代化智能實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，對(duì)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行了探討，提出了智能化實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的設(shè)計(jì)模型，為檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：檢驗(yàn)檢測(cè)，智能化，實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.19.031

基金項(xiàng)目：本文受陜西省創(chuàng)新能力支撐計(jì)劃項(xiàng)目“食品安全檢驗(yàn)檢測(cè)共享平臺(tái)”（項(xiàng)目編號(hào)：2023-CX-PT-39）資助。

Overview and Design of Modern Intelligent Laboratory Construction

YAN Ye1* HUI Wei-jia1 YANG Wen1 FAN Lu1 LYU Ming-rui1 ZHANG Yan2

（1. Xian Wukong Testing Technology Co.， Ltd.； 2. Fuping Inspection and Research Center）

Abstract： With the development of the inspection and testing industry， higher standards are set for technical capabilities and management requirements， which means traditional operation mode of laboratories can no longer keep up with the pace of industrial development. We need to rely on the integration of information technology and industrial products to drive the improvement of laboratory operation level， ensuring the traceability of inspection processes， quality control， and data accuracy. We will further improve management efficiency， optimize business management， control resources， and enhance security. This paper provides an overview of the current situation of modern intelligent laboratories， explores the domestic standards system， and proposes a design model for an intelligent laboratory platform， providing reference for the development of the inspection and testing industry.

Keywords： inspection and testing， intellectualization， laboratory platform

0 引 言

近年來，檢測(cè)行業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展勢(shì)頭，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模逐漸擴(kuò)增，但傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型工作模式和效率難以滿足檢測(cè)市場(chǎng)的發(fā)展需求[1-3]，對(duì)于智能檢測(cè)裝備要求更高，對(duì)于機(jī)構(gòu)內(nèi)部的管理也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，怎樣有效促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室高效運(yùn)行成為行業(yè)共同探討的話題[4-5]。信息技術(shù)近年來逐步應(yīng)用到檢測(cè)行業(yè)中，集合利用信息化方式，攻克智能檢測(cè)基礎(chǔ)共性技術(shù)，使檢測(cè)裝備精準(zhǔn)、可靠、智能、集成發(fā)展，令實(shí)驗(yàn)室管理流程化、自動(dòng)化，提高了質(zhì)量和安全管理的工作效率和效果，促進(jìn)了檢測(cè)行業(yè)的有序發(fā)展[6-9]。

信息化產(chǎn)業(yè)和智能制造的發(fā)展推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室智能化不斷邁上新臺(tái)階，實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的不斷探索和技術(shù)的不斷深化，讓智能實(shí)驗(yàn)室管理的成熟度迅速提升。本文對(duì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室行業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)目前智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)涉及的技術(shù)進(jìn)行探討，對(duì)國(guó)內(nèi)智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)建標(biāo)情況進(jìn)行說明，對(duì)智能實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)提出參考概念，為實(shí)驗(yàn)室智能平臺(tái)發(fā)展提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀

據(jù)認(rèn)監(jiān)委統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，我國(guó)獲得資質(zhì)認(rèn)定的各類檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)共有52，769家，同比增加820家，增長(zhǎng)率1.58%。全年實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入共4275.84億元，同比增長(zhǎng)4.54%。全年向社會(huì)出具檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告共6.5億份，共有從業(yè)人員154.16萬人，擁有各類儀器設(shè)備957.54萬臺(tái)套，全部?jī)x器設(shè)備資產(chǎn)原值4744.75億元，檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室面積10，423.51萬平方米。整體來看，檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)增長(zhǎng)速率放緩，但絕對(duì)數(shù)量還在不斷增加中。隨著市場(chǎng)活力的恢復(fù)，檢驗(yàn)檢測(cè)市場(chǎng)會(huì)不斷向好發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室類型多樣，多數(shù)伴隨制造業(yè)的發(fā)展而興起，檢驗(yàn)檢測(cè)作為輔助支撐產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展?fàn)顩r一直受到多方關(guān)注。

食品檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室作為具有代表性的專業(yè)性實(shí)驗(yàn)室，工作類型覆蓋物理性能試驗(yàn)、化學(xué)試驗(yàn)、微生物試驗(yàn)、毒理試驗(yàn)和生物分子試驗(yàn)等，種類多樣且復(fù)雜。食品實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)人員占比往往達(dá)到機(jī)構(gòu)運(yùn)行總?cè)藬?shù)的20%～50%，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員密集，不易管理，安全意識(shí)參差不齊，更需要智能化手段進(jìn)行管理。

一方面，檢測(cè)流程環(huán)節(jié)較多，需要提升更高的效率和對(duì)外展示度。內(nèi)外管理環(huán)節(jié)包括采樣過程、送樣過程、檢測(cè)過程、質(zhì)量管理、試劑耗材領(lǐng)用、報(bào)告打印發(fā)放等一系列過程。這些環(huán)節(jié)串聯(lián)形成閉環(huán)，需要借助更智能的工具和手段來整合。另一方面，實(shí)驗(yàn)室安全運(yùn)行需要重視，包括對(duì)實(shí)驗(yàn)室溫度、水路、危害因子、有毒有害氣體等的監(jiān)控十分有必要。而實(shí)現(xiàn)以上運(yùn)行管理目標(biāo)的方式就是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外的智能建設(shè)，提升實(shí)驗(yàn)室感知、分析、控制、決策能力和水平，實(shí)時(shí)掌控實(shí)驗(yàn)室運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

檢測(cè)行業(yè)依托的信息化技術(shù)蓬勃發(fā)展，已經(jīng)不局限于軟件的開發(fā)?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中，多次提到對(duì)物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求和重點(diǎn)，推動(dòng)傳感器、網(wǎng)絡(luò)切片、高精度定位等技術(shù)創(chuàng)新。將實(shí)驗(yàn)設(shè)備、試劑耗材、環(huán)境監(jiān)測(cè)、門禁控制、消防控制、安防報(bào)警、視頻監(jiān)控等物理模塊，同先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室信息化管理系統(tǒng)（LIMS）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能控制，即實(shí)驗(yàn)室的智慧化、安全化和可視化系統(tǒng)管理，使實(shí)驗(yàn)室管理更加科學(xué)規(guī)范，充分有效保障實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)運(yùn)行。

智能實(shí)驗(yàn)室就是應(yīng)用硬件集成、信息采集和通信技術(shù)，通過信息管理等系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)進(jìn)行智能化管理的實(shí)驗(yàn)室[10]。智能化是在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)[11-13]、大數(shù)據(jù)[14]、人工智能[15]、云計(jì)算[16]、生物識(shí)別[17]、物聯(lián)網(wǎng)[18]等核心技術(shù)的支撐下，體現(xiàn)具有完全或部分自助能動(dòng)性的，可滿足實(shí)驗(yàn)室不同需求的機(jī)械、軟件或平臺(tái)屬性。其目的是通過智能設(shè)備的發(fā)展和一定組織規(guī)范引導(dǎo)，使智能實(shí)驗(yàn)室這個(gè)概念落地并有序、實(shí)用的發(fā)展。

2023年中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》，其中指出建設(shè)數(shù)字化中國(guó)是數(shù)字時(shí)代推進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化的重要引擎，是構(gòu)筑國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)的有力支撐。提出到2025年，基本形成橫向打通、縱向貫通、協(xié)調(diào)有力的一體化推進(jìn)格局，數(shù)字中國(guó)建設(shè)取得重要進(jìn)展。推動(dòng)數(shù)字技術(shù)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、金融、教育、醫(yī)療、交通、能源等重點(diǎn)領(lǐng)域，加快數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用。

檢驗(yàn)檢驗(yàn)行業(yè)作為人民生產(chǎn)生活中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，其數(shù)據(jù)的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)分析作用不容忽視。隨著檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)對(duì)信息化、智能化的接受程度不斷增長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)室會(huì)在智能化建設(shè)發(fā)展的引導(dǎo)下規(guī)范、高效的發(fā)展[19-21]。

2 國(guó)內(nèi)智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系

GB/T 40343-2021《智能實(shí)驗(yàn)室 信息管理系統(tǒng)功能要求》規(guī)定了實(shí)驗(yàn)室信息化管理系統(tǒng)的功能模型、核心功能要求、通信功能要求和系統(tǒng)管理功能要求，介紹了智能實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的擴(kuò)展功能[22]。RB/T 028-2020《實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)管理規(guī)范》規(guī)定了實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的管理策劃、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)、退役等管理要求。重點(diǎn)在于對(duì)系統(tǒng)全生命周期的管理規(guī)范[23]。RB/T 029-2020《檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)建設(shè)指南》提出了檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室信息化系統(tǒng)建設(shè)中的項(xiàng)目啟動(dòng)、需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)構(gòu)建、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)維和系統(tǒng)更新方面的指南內(nèi)容。內(nèi)容涉及部分資源管理需求，如系統(tǒng)應(yīng)提供監(jiān)測(cè)、控制和記錄環(huán)境條件的功能[24]。GB/T 39555-2020《智能實(shí)驗(yàn)室 儀器設(shè)備 氣候、環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)接口》規(guī)定了智能實(shí)驗(yàn)室用氣候、環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備與系統(tǒng)通信的數(shù)據(jù)接口的術(shù)語和定義、數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等[25]。GB/T 39556-2020《智能實(shí)驗(yàn)室 儀器設(shè)備 通信要求》規(guī)定了智能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備與上層系統(tǒng)通信的總體要求、網(wǎng)絡(luò)通信模型和命令格式等[26]。GB/T 33711-2017《移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室 信息傳輸系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室信息傳輸系統(tǒng)的術(shù)語和定義、分類和框架、要求及試驗(yàn)方法。對(duì)于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模型的建設(shè)有一定的參考意義[27]。DB33/T 893.1-2013《臨床實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng) 第1部分：基本功能規(guī)范》、DB33/T 893.2-2013《臨床實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng) 第2部分：數(shù)據(jù)傳輸與交換》及DB33/T 893.3-2013《臨床實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng) 第3部分：工作流程規(guī)范》針對(duì)臨床試驗(yàn)信息系統(tǒng)系列做出要求[28-30]。

從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的查詢結(jié)果來看，近些年對(duì)于智能化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定逐漸增加，在不同領(lǐng)域和方向都有所探討，檢測(cè)行業(yè)的多樣化促使不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室智能化模塊內(nèi)容和要求存在較大差異。

3 實(shí)驗(yàn)室智能化建設(shè)體系設(shè)計(jì)

根據(jù)檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的特性，將智能建設(shè)應(yīng)用于五個(gè)階段：采樣階段、業(yè)務(wù)受理階段、檢驗(yàn)檢測(cè)階段、報(bào)告階段，以及日常實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)控。分別對(duì)每個(gè)階段應(yīng)連接的終端類別、終端性能要求和連接方式提出指導(dǎo)，為檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的智能建設(shè)指引方向。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室以信息智能為核心目標(biāo)，圍繞信息采集智能化、信息處理智能化、信息顯示與推送智能化全面展開。智能終端的選擇、信息采集智能化是智慧實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，智慧實(shí)驗(yàn)室中的信息采集智能化設(shè)備具有自組網(wǎng)、自診斷、自修復(fù)、不間斷運(yùn)行高穩(wěn)定性和高可靠性特點(diǎn)，能夠?qū)?shí)驗(yàn)室中的信息自動(dòng)實(shí)時(shí)采集、分析與挖掘，減少信息采集中的人力投入，提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性[31-32]。信息處理智能化依靠云計(jì)算的強(qiáng)大處理能力，對(duì)信息進(jìn)行分析、處理，為決策提供有力的數(shù)據(jù)保障。

將目前最適合的軟件和信息化技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃和建設(shè)過程中來，結(jié)合智能終端和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室一定程度上的智能預(yù)警、管理和控制。智能化建設(shè)的目的是梳理和規(guī)范實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外部管理、提高檢測(cè)效率、增強(qiáng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、穩(wěn)固實(shí)驗(yàn)室安全。引導(dǎo)檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室向流暢、智能管理的方向發(fā)展，提高實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部管理效率，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行安全意識(shí)，減少和避免實(shí)驗(yàn)室隱患問題的發(fā)生，使檢驗(yàn)檢測(cè)工作高效、準(zhǔn)確、可追溯。

智能實(shí)驗(yàn)室框架概念如圖1所示，布局如圖2所示，模式數(shù)據(jù)控制和展示如圖3所示。

4 結(jié) 語

上游技術(shù)支持，下游市場(chǎng)認(rèn)同。一方面是在于法規(guī)上的完善，引導(dǎo)智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)合理、合法和規(guī)范。另一方面在于市場(chǎng)習(xí)慣的養(yǎng)成，培養(yǎng)市場(chǎng)在報(bào)告電子化、真實(shí)性和溯源性上更加快速、準(zhǔn)確。

智能實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)支持在于智能制造和信息技術(shù)的發(fā)展。智能制造一方面解決目前人工參與程度比較高的部分工作，另一方面提供依靠軟件技術(shù)不能解決的新思路。軟件技術(shù)的作用在于集成，整體把控流程，收集數(shù)據(jù)、解析數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)果。

目前完全針對(duì)實(shí)驗(yàn)室智能設(shè)備制造的企業(yè)屈指可數(shù)，國(guó)外儀器設(shè)備廠商重在基于自身專利技術(shù)的擴(kuò)展，同時(shí)設(shè)定較高的技術(shù)壁壘，除非從法規(guī)上要求，不然只能從面上解決設(shè)備連接的問題；國(guó)內(nèi)近些年檢測(cè)智能設(shè)備有所發(fā)展，但應(yīng)用性還需探討，比如全自動(dòng)微生物檢測(cè)裝置，每次進(jìn)樣有限，整體效率有待提升，單臺(tái)設(shè)備較為昂貴，推廣性不是很強(qiáng)；又如專業(yè)性較高的全自動(dòng)核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，造價(jià)高，不易推廣，且需要大量的業(yè)務(wù)進(jìn)行持續(xù)性的支撐。

政府規(guī)范和客戶需求是智能實(shí)驗(yàn)室可以發(fā)展的著力點(diǎn)，人為因素的減少可以提高流程的規(guī)范性和數(shù)據(jù)的可靠性，成熟的模式有利于監(jiān)管的執(zhí)行，智能的檢測(cè)流程和報(bào)告進(jìn)度一目了然。檢測(cè)本身沒有秘密，檢測(cè)過程質(zhì)量控制才是應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

綜上所述，智能實(shí)驗(yàn)室是檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，是隨著硬件和軟件技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的不可逆的方向。任何一個(gè)新事物的產(chǎn)生會(huì)經(jīng)歷由混亂到秩序化的過程，這個(gè)過程需要有專業(yè)的組織去引導(dǎo)和探索，同時(shí)需要有一定的法規(guī)進(jìn)行規(guī)范和約束。

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作者簡(jiǎn)介

嚴(yán)燁，通信作者，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橘|(zhì)量檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

（責(zé)任編輯：袁文靜）