蔡立春， 蔡偉平， 鄭藍(lán)欣

（1.上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240；2.博世（中國）投資有限公司蘇州分公司，江蘇蘇州 215127；3.湖南信息學(xué)院管理學(xué)院，長沙 410100）

0 引 言

隨著“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和“萬物互聯(lián)”的概念的出現(xiàn)，國內(nèi)各領(lǐng)域皆引起了數(shù)字化升級(jí)的浪潮。在金融交易領(lǐng)域，券商開始采用量化模型來分析證券交易市場，市場預(yù)測(cè)變得更加迅速和精準(zhǔn)［1］。在大型企業(yè)管理中，各大公司也在逐步推行數(shù)字化理念，使企業(yè)管理工作更加透明和便捷［2-3］。在高新技術(shù)研發(fā)過程中，數(shù)字化升級(jí)顯得尤為重要，不論是高?；蚴瞧髽I(yè)的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，都承擔(dān)著孕育未來的重要使命?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”概念的提出，進(jìn)一步打破區(qū)域、層次等諸多籬笆或無形阻礙，加速實(shí)驗(yàn)室管理的高水平發(fā)展［4］。研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功的數(shù)字化升級(jí)，能使研發(fā)活動(dòng)在當(dāng)前高度不確定的環(huán)境中變得更為高效和穩(wěn)定。目前，已有諸多實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化項(xiàng)目和研究落地，在醫(yī)療實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，基于數(shù)字化工具實(shí)現(xiàn)了對(duì)新冠病毒檢測(cè)的平民化［5］，在基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教育領(lǐng)域，很多的數(shù)字化工具被采用并有效提升了相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)的傳授效率［6］。而在用于解決日常居家乃至工業(yè)熱水需求的熱力技術(shù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，其面對(duì)著技術(shù)迭代，產(chǎn)品需求變化速度快，市場競爭激烈的現(xiàn)狀，同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)研發(fā)過程需要使用到多種可燃?xì)怏w，使該領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)研發(fā)過程伴隨一定的危險(xiǎn)性［7-8］。

數(shù)字轉(zhuǎn)型的有效性已經(jīng)在很多領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室被證明［9-12］，但是熱力技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化相關(guān)研究卻非常有限，因此針對(duì)熱力實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過程中面對(duì)的挑戰(zhàn)進(jìn)行深入研究，并結(jié)合其痛點(diǎn)，引入數(shù)字化工具和方案，用以提升實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)效率，并有效降低運(yùn)營成本。

1 傳統(tǒng)熱力實(shí)驗(yàn)室面臨的挑戰(zhàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)任務(wù)多，排期緊且相關(guān)性復(fù)雜

不論是高?；蚱髽I(yè)的熱力技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，項(xiàng)目中各子活動(dòng)一般都應(yīng)遵循嚴(yán)格的時(shí)間表。在該實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化升級(jí)前，缺乏有效的工具和流程來建立或管理這些子活動(dòng)，所有測(cè)試計(jì)劃都依賴電子表格甚至是經(jīng)驗(yàn)來制定。若該項(xiàng)目子活動(dòng)數(shù)量少或?yàn)閱尉€程，尚可推行。但若實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目面對(duì)的是多任務(wù)、多線程、長周期且變更頻繁的情況，就會(huì)經(jīng)常遇到子活動(dòng)遺漏，沖突或者是銜接不暢等問題。其輕則導(dǎo)致測(cè)試活動(dòng)延遲，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致整個(gè)研發(fā)項(xiàng)目延后甚至失敗。例如，燃?xì)獗趻鞝t的點(diǎn)火及火焰穩(wěn)定性，需要利用甲烷、乙炔等多種混合燃?xì)猓ㄙM(fèi)近2 個(gè)月的時(shí)間來測(cè)試標(biāo)定，燃?xì)獗趻鞝t的點(diǎn)火表現(xiàn)及其火焰的穩(wěn)定程度，直接關(guān)系到產(chǎn)品熱負(fù)荷、熱效率、燃燒尾氣排放以及燃?xì)忾y門控制等一系列性能指標(biāo)的調(diào)制。與燃燒模塊相關(guān)聯(lián)的測(cè)試任務(wù)安排以及研發(fā)項(xiàng)目里程碑的設(shè)定，需要隨多項(xiàng)并行進(jìn)程的測(cè)試來動(dòng)態(tài)跟進(jìn)，并依據(jù)測(cè)試的穩(wěn)定結(jié)果而調(diào)整變化。一旦出現(xiàn)燃燒測(cè)試安排的疏漏，則就會(huì)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，影響到新產(chǎn)品的上市日期。

1.2 實(shí)驗(yàn)資源管理難統(tǒng)籌

熱力實(shí)驗(yàn)室測(cè)試資源管理存在的問題，首先是預(yù)約，很多測(cè)試臺(tái)和測(cè)量儀器較為緊缺。改造之前，由于資源分配均采用簡單的線下會(huì)議敲定，結(jié)果大量的資源沖突產(chǎn)生的協(xié)調(diào)工作占據(jù)了測(cè)試人員很多的精力和時(shí)間。即便沒有沖突，亦經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)預(yù)約的設(shè)備閑置的情況。

除了資源預(yù)約沖突，實(shí)驗(yàn)資源的使用也非常不平衡，燃?xì)獗趻鞝t的研發(fā)測(cè)試所使用的測(cè)試臺(tái)價(jià)格都很昂貴，例如某型國產(chǎn)型號(hào)的測(cè)試臺(tái)的價(jià)值都接近100萬元。為使燃?xì)獗趻鞝t和測(cè)試工作臺(tái)能夠安全地按照設(shè)定工況運(yùn)轉(zhuǎn)，工作臺(tái)還需配備供水、供電、供天然氣、特種氣瓶柜、排水、新風(fēng)和排風(fēng)等7 大基礎(chǔ)設(shè)施模塊。每一次測(cè)試的執(zhí)行，都需要將燃?xì)獗趻鞝t各路接口（水路、燃?xì)饴?、電路等）?yán)格地連接至測(cè)試臺(tái)上。由于連線操作繁瑣，當(dāng)進(jìn)行測(cè)試臺(tái)資源的申請(qǐng)時(shí)，測(cè)試人員往往會(huì)優(yōu)先選擇“已經(jīng)連接好燃?xì)獗趻鞝t各接口”或者“自身最為熟悉”的測(cè)試臺(tái)，從而出現(xiàn)少量測(cè)試資源被搶占，但其余設(shè)備被閑置的現(xiàn)象。而一旦測(cè)試中出現(xiàn)問題需要調(diào)整，對(duì)這些優(yōu)質(zhì)資源的搶奪就會(huì)更加劇烈。

1.3 實(shí)驗(yàn)物料欠規(guī)范化管控

實(shí)驗(yàn)室規(guī)范化的物料管理是保證測(cè)試高效運(yùn)行的重要保證，直接與實(shí)驗(yàn)室物料的采購周期、采購價(jià)格等各項(xiàng)因素有關(guān)，同時(shí)也關(guān)系到整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)安排、完成質(zhì)量和運(yùn)營成本［13］。實(shí)驗(yàn)室的諸多工具，樣機(jī)，儀器或工裝都會(huì)在實(shí)驗(yàn)室中移動(dòng)。測(cè)試人員往往需要花費(fèi)很多時(shí)間做實(shí)驗(yàn)所需物品的尋找和準(zhǔn)備。而且，改造前實(shí)驗(yàn)室的所有物料盤點(diǎn)完全依賴目視檢查，不僅耗時(shí)，且其盤點(diǎn)效率不高，容易出錯(cuò)。

相比較于工裝儀器，樣機(jī)的管理則更為重要，在燃?xì)獗趻鞝t的研發(fā)測(cè)試中，一臺(tái)經(jīng)過完整研發(fā)標(biāo)定且有部件更改過程記錄的樣機(jī)可作為成功的開發(fā)思路驗(yàn)證，被保存在倉庫中，樣機(jī)內(nèi)很多配套部件都具有很高的定制化水平，如非標(biāo)的不同口徑的燃?xì)獗趻鞝t排煙管、擁有不同間隔和熱交換器翅片的燃燒火排，由于之前倉儲(chǔ)管理的不足，某些定制化部件會(huì)出現(xiàn)存入了庫位卻無法找到的情況發(fā)生，某些關(guān)鍵部件的遺失導(dǎo)致緊迫的研發(fā)項(xiàng)目延期。

1.4 實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營數(shù)據(jù)使用困難且報(bào)告維度單一

熱力實(shí)驗(yàn)室在每日的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，或測(cè)試記錄。一般而言，實(shí)驗(yàn)室可以充分利用這些數(shù)據(jù)，來分析和改進(jìn)自己的當(dāng)前工作。但事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)室要使用這些數(shù)據(jù)卻非常困難。首先，這些信息大多是“死記錄”，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間從文件夾中逐一進(jìn)行人工查找，而即便查找到文檔，還需要大量的人力對(duì)這些文檔中的信息進(jìn)行二次加工，最終匯總成一份運(yùn)營狀態(tài)報(bào)告，且這些狀態(tài)報(bào)告中的文字占比往往也比圖表更多。

而運(yùn)營數(shù)據(jù)使用上的困難，最終結(jié)果就是，先前實(shí)驗(yàn)室很難對(duì)自己時(shí)間跨度內(nèi)的業(yè)務(wù)狀態(tài)進(jìn)行有效分析，同時(shí)這些數(shù)據(jù)使用所需要的高昂時(shí)間成本，亦使得實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)狀況分析的顆粒度無法進(jìn)一步細(xì)化，從而無法獲得更為精準(zhǔn)的業(yè)務(wù)改進(jìn)方向。而之前基于粗略數(shù)據(jù)所做出的改進(jìn)決策，其準(zhǔn)確率往往較低。

先前實(shí)驗(yàn)室的大部分報(bào)告，也都是基于Excel 為工具制作的，受制于數(shù)據(jù)使用上的困難和Excel 工具功能上的單一，實(shí)驗(yàn)室的很多業(yè)務(wù)報(bào)告結(jié)構(gòu)都比較簡單，涉及的維度也很單一，所以其能提供的業(yè)務(wù)洞見也往往很有限。

2 熱力實(shí)驗(yàn)室痛點(diǎn)分析與解決方案

2.1 基于信息系統(tǒng)的層級(jí)化和集中化的信息管理

通過對(duì)測(cè)試任務(wù)排期混亂的問題進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)這種混亂，主要是由于測(cè)試子活動(dòng)的記錄分散且相關(guān)關(guān)系不明晰所導(dǎo)致的。在之前的管理模式中，所有的測(cè)試計(jì)劃和內(nèi)容，普遍是由測(cè)試負(fù)責(zé)人單獨(dú)記錄和管理，信息缺乏共享。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)能獲取和共享的信息，也僅只有各測(cè)試負(fù)責(zé)人提交的機(jī)臺(tái)預(yù)約記錄。事實(shí)上，很多隸屬于同一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目下的測(cè)試項(xiàng)往往存在交叉關(guān)系，由于測(cè)試記錄分散，信息無法有效和及時(shí)共享，除了一些子活動(dòng)會(huì)被遺漏外，一個(gè)項(xiàng)目里已經(jīng)完成的測(cè)試，可能還會(huì)被別人再次重復(fù)，這種狀況出現(xiàn)的頻次隨著項(xiàng)目內(nèi)測(cè)試條目的數(shù)量的和項(xiàng)目復(fù)雜度的增加而增加。同時(shí)，當(dāng)研發(fā)項(xiàng)目出現(xiàn)變更的時(shí)候，由于測(cè)試記錄數(shù)據(jù)的分散管理，變更信息可能無法及時(shí)被所有相關(guān)方獲知，所以項(xiàng)目中的不同測(cè)試之間時(shí)常會(huì)出現(xiàn)混亂。

針對(duì)以上問題，首先從實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理方式入手，將集散化的測(cè)試和項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理改為集中化管理，即所有測(cè)試人員需要將所有有關(guān)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的信息，在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行維護(hù)和存儲(chǔ)。且這些數(shù)據(jù)會(huì)向同項(xiàng)目的所有相關(guān)人員開放，避免遺漏或避免重復(fù)測(cè)試的出現(xiàn)。如果項(xiàng)目發(fā)生變更，變更信息也會(huì)被維護(hù)在系統(tǒng)中，所有的相關(guān)方都只能從該唯一途徑獲取變更信息，從而對(duì)自己的當(dāng)前的測(cè)試計(jì)劃做出及時(shí)調(diào)整。

在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理的基礎(chǔ)上，采用層級(jí)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保存測(cè)試流程信息。此次改造中一共定義了三層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，第一層級(jí)為項(xiàng)目層，第二層級(jí)為測(cè)試大類層，第三層級(jí)為具體的測(cè)試活動(dòng)和測(cè)試結(jié)果。基于層級(jí)化的數(shù)據(jù)管理，幫助實(shí)驗(yàn)室逐步建立了各數(shù)據(jù)記錄之間的相關(guān)關(guān)系，幫助實(shí)驗(yàn)室更加容易從數(shù)據(jù)的相關(guān)性中獲得業(yè)務(wù)上的洞見。

2.2 基于信息系統(tǒng)的申請(qǐng)和審批流程的設(shè)備管理

針對(duì)資源管理方面存在的問題，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的日常設(shè)備使用過程進(jìn)行了深入的觀察和記錄。最終發(fā)現(xiàn)，這個(gè)困擾了實(shí)驗(yàn)室許久的問題，是由于實(shí)驗(yàn)室資源預(yù)約管理流程的經(jīng)驗(yàn)化，粗放化和非公開化導(dǎo)致的。

首先，經(jīng)驗(yàn)化的設(shè)備管理往往會(huì)導(dǎo)致使用的粗放化。例如，某個(gè)功能性測(cè)試實(shí)驗(yàn)的設(shè)備預(yù)約執(zhí)行時(shí)間，往往依照測(cè)試人員的經(jīng)驗(yàn)而非測(cè)試大綱決定，而測(cè)試人員又往往傾向于為自己預(yù)留充足的緩沖時(shí)間，這導(dǎo)致機(jī)臺(tái)的測(cè)試預(yù)約時(shí)間變得越來越長，而在實(shí)際執(zhí)行層所反映出來的，就是部分測(cè)試臺(tái)會(huì)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)被閑置。

非公開化，則是指實(shí)驗(yàn)室先前主要依賴于Excel表格來登記預(yù)約信息，但是這種缺乏約束的管理方法，往往由于信息的缺失而不被大家認(rèn)可。更多人選擇通過郵件從管理員那里私下的取得資源使用許可，而這種非公開化的資源使用管理，就會(huì)誘發(fā)大量的沖突。

針對(duì)設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)化和非公開化的問題，為實(shí)驗(yàn)室制定了基于系統(tǒng)管理的設(shè)備申請(qǐng)和審批流程。該流程中規(guī)定，所有設(shè)備的使用預(yù)約，都需要在統(tǒng)一的地方提交預(yù)約申請(qǐng)，且申請(qǐng)單中必須包含所有關(guān)鍵信息后，才能被提交。提交的申請(qǐng)將由指定的相關(guān)人員基于測(cè)試大綱標(biāo)準(zhǔn)決定放行或否決，所有申請(qǐng)的內(nèi)容和狀態(tài)也都會(huì)向?qū)嶒?yàn)室的工作人員公開。并且實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部指定狀態(tài)為“批準(zhǔn)”的測(cè)試申請(qǐng)為有效預(yù)約。

針對(duì)粗放化管理，即測(cè)試機(jī)臺(tái)的機(jī)時(shí)浪費(fèi)的問題。采用基于物聯(lián)網(wǎng)裝置對(duì)測(cè)試臺(tái)的實(shí)際使用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)，首先所有設(shè)備的使用都需要刷卡，且僅有被批準(zhǔn)的測(cè)試申請(qǐng)才能夠刷卡成功，以確保正確的人在正確的時(shí)間，使用正確的設(shè)備做正確的實(shí)驗(yàn)（見圖1）。在獲批申請(qǐng)中預(yù)約的測(cè)試時(shí)間，被作為設(shè)備的理論使用時(shí)間，而設(shè)備的實(shí)際使用時(shí)間，則會(huì)通過安裝在每一臺(tái)測(cè)試設(shè)備上的物聯(lián)網(wǎng)裝置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。并在月底對(duì)計(jì)劃和實(shí)際的設(shè)備的使用時(shí)間進(jìn)行可視化的比對(duì)和分析。這些分析結(jié)果能夠精確對(duì)應(yīng)到申請(qǐng)者個(gè)人，這樣的閉環(huán)監(jiān)控流程讓所有申請(qǐng)者在預(yù)約資源的時(shí)候，能夠更為嚴(yán)肅和謹(jǐn)慎的選擇使用時(shí)間。

圖1 熱力實(shí)驗(yàn)室測(cè)試臺(tái)審批與使用監(jiān)控流程圖

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)技術(shù)的倉儲(chǔ)管理

本文通過實(shí)驗(yàn)場所和工業(yè)場所倉儲(chǔ)流程的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室的物料管控，同工業(yè)現(xiàn)場有顯著的區(qū)別。首先，工業(yè)現(xiàn)場大多強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)和批量化，但熱力實(shí)驗(yàn)室中的被測(cè)對(duì)象大多具有非常鮮明的唯一性和不可復(fù)制性，雖然它們的數(shù)目普遍在個(gè)位數(shù)。但種類卻異常繁雜，再加上實(shí)驗(yàn)室的存儲(chǔ)空間有限，所以它們的存放，相比較工業(yè)現(xiàn)場，更為隨機(jī)和無序，例如很多不同種類，不同尺寸的物料往往被草草放置在同一個(gè)箱子或者是貨位中，且很多箱子又是堆疊陳列，這就是實(shí)驗(yàn)室改造之前物料查找和盤點(diǎn)困難的主要原因。

解決實(shí)驗(yàn)室物料管理困難的兩個(gè)主要的抓手，就是要解決這些物料“在不在”和“在哪里”的問題。由于實(shí)驗(yàn)室物料的混放和存儲(chǔ)空間重疊的問題，以傳統(tǒng)目視方式確認(rèn)“在不在”的時(shí)間成本非常高昂，因此，在此次改造中，采用了無線感應(yīng)技術(shù)，即RFID 來解決這個(gè)問題，由于RFID 讀寫器和可附著于目標(biāo)物的電子標(biāo)簽，是通過無線電信號(hào)識(shí)別，它們之間無須建立機(jī)械或光學(xué)接觸［14-15］。讀取設(shè)備能夠透過非金屬存儲(chǔ)容器的外壁來感應(yīng)標(biāo)簽，所以很多被密封存放或互相堆疊的物料，都能夠在不開啟或挪動(dòng)容器的前提下被感知，實(shí)現(xiàn)了物料從“目視”確認(rèn)到“感知”確認(rèn)的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，本次改造中采用的圓極化天線的RFID 設(shè)備［16］，使得探測(cè)器和標(biāo)簽之間即便處于大夾角的情況下，也能夠有效地被感應(yīng)到。

RFID除了解決“在不在”的問題，還能有效解決“在哪里”的問題。由于通常RFID設(shè)備同標(biāo)簽的感應(yīng)距離在1 m范圍內(nèi)，所以只要讀取器能夠感知到標(biāo)簽的存在，那么與該標(biāo)簽綁定的物料，就一定會(huì)在搜索者的視覺范圍內(nèi)。且充分利用近場感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)弱同距離之間的關(guān)系，在探測(cè)器感應(yīng)到標(biāo)簽后，就會(huì)發(fā)出聲音，且聲音越大，則意味著被查找的對(duì)象的距離越近。依據(jù)RFID的這個(gè)特性，在庫位中尋找特定物品時(shí)，就會(huì)變得非常便捷。

2.4 基于信息系統(tǒng)與商務(wù)智能的數(shù)據(jù)管理

針對(duì)實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)難以使用的問題進(jìn)行了深入探究，發(fā)現(xiàn)其主要原因，是之前實(shí)驗(yàn)室收集到的數(shù)據(jù)多是非結(jié)構(gòu)化，例如之前的文檔中就存在大量的圖片或PDF文檔，它們中的文字信息很難批量或自動(dòng)化進(jìn)行提取和使用。與此同時(shí)，原先主要基于文字和數(shù)字的業(yè)務(wù)報(bào)告，其數(shù)據(jù)之間的比對(duì)或者是關(guān)系的描述也不夠翔實(shí)。

實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，主要依據(jù)信息系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。首先，基于上述方案的基礎(chǔ)上，所有流程采集到的數(shù)據(jù)，都已經(jīng)被存放在系統(tǒng)后臺(tái)的Oracle 數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)就是能夠通過SQL 語言進(jìn)行快速查驗(yàn)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。但在基于信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)維護(hù)流程里，增加了測(cè)試人員的測(cè)試申請(qǐng)必須要綁定相關(guān)設(shè)備和人員信息卡的要求，同時(shí)通過對(duì)搭建的信息系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目，測(cè)試，設(shè)備，人員，測(cè)試方法等關(guān)鍵模塊之間的數(shù)據(jù)鏈接。

在解決了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的問題后，在此次實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化改造中，采用商業(yè)智能軟件BI（Business Intelligence）Qlik sense，作為實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控工具。①基于之前實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化并相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)源，BI就能夠依據(jù)這些數(shù)據(jù)表中特定的維度（如時(shí)間，設(shè)備，人員信息等）作為檢索條件來篩選或重組相關(guān)信息。②BI工具除了能按照數(shù)據(jù)維度篩選數(shù)據(jù)外，還允許使用者編寫定制化的數(shù)據(jù)組合邏輯，用以生成各式各樣特定的KPI監(jiān)控值。③實(shí)驗(yàn)室能夠使用BI工具中豐富的各式圖表，從各維度直觀地展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行狀態(tài)。如圖2 中所示，為本次改造中滿足特定設(shè)備類別，特定項(xiàng)目約束和特定測(cè)試類別下的15 臺(tái)設(shè)備的2021年一季度的設(shè)備有效利用率。④該基于Web 部署的BI工具，還能夠設(shè)置自動(dòng)的數(shù)據(jù)刷新間隔，將其作為一個(gè)動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)性的檢測(cè)工具。

圖2 基于BI分析的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備利用率看板

3 數(shù)字化熱力實(shí)驗(yàn)室方案的搭建

本文列出了用以解決傳統(tǒng)熱力實(shí)驗(yàn)室相關(guān)痛點(diǎn)的數(shù)字化解決方案和工具，為避免實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化改造后，陷入“數(shù)據(jù)孤島”的誤區(qū)，這些方案中使用到的所有數(shù)字化技術(shù)或工具，如RFID 感應(yīng)技術(shù)和商務(wù)智能等，都不是孤立使用的，而通過將它們集成在一起作為一個(gè)互相協(xié)同的整體方案部署到實(shí)驗(yàn)室的，其每一個(gè)組成部分除用于解決具體問題外，它們?cè)趯?shí)際實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過程中，都會(huì)產(chǎn)生各自的數(shù)據(jù)，這些產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都能夠被其他模塊或工具所共享。該集成方案的總體結(jié)構(gòu)圖見于圖3。

圖3 熱力實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化改造方案總體結(jié)構(gòu)圖

其主要結(jié)構(gòu)中，處于中心位置是一個(gè)定制化開發(fā)，是能夠?qū)崿F(xiàn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)層級(jí)化和集中化管理的需求，且支持設(shè)備預(yù)約和審批流程的LIMS 系統(tǒng)（Laboratory Information Management Systems）［17］。該熱力實(shí)驗(yàn)室中原先諸多分散和非標(biāo)的工作流程，被全部轉(zhuǎn)移和整合到了該LIMS 系統(tǒng)中，LIMS 系統(tǒng)內(nèi)部的功能模塊結(jié)構(gòu)（見圖4）。其除承接實(shí)驗(yàn)室日常的數(shù)據(jù)采集，維護(hù)，測(cè)試臺(tái)預(yù)約和審批工作外，還作為其他外部數(shù)字化工具的數(shù)據(jù)共享中心。

圖4 LIMS系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

該解決方案的第2 部分，就是實(shí)驗(yàn)室改造后使用的基于BI工具的數(shù)字化看板。得益于LIMS系統(tǒng)中已經(jīng)被結(jié)構(gòu)化處理和保存的數(shù)據(jù)，BI工具能夠在不進(jìn)行二次數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上就能直接通過系統(tǒng)的API同信息系統(tǒng)進(jìn)行鏈接。改造后的數(shù)字化看板，能夠呈現(xiàn)包括項(xiàng)目，人員，設(shè)備，時(shí)間等全方位實(shí)時(shí)性的實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行狀態(tài)。該集合中的第3 個(gè)部分，是基于RFID技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室倉儲(chǔ)管理模塊，在綜合評(píng)估了成本、便捷性、系統(tǒng)可維護(hù)性和易操作性等諸多方面后，實(shí)驗(yàn)室改造采用了基于移動(dòng)RFID 設(shè)備的倉儲(chǔ)管理方案，該模塊中除去作為數(shù)據(jù)共享中心的LIMS 系統(tǒng)外，還有其他兩個(gè)部分（見圖5）：第一部分是準(zhǔn)備模塊，主要是硬件，包括斑馬Zebra MC-3330R 手持設(shè)備，物料上的RFID標(biāo)簽或物流區(qū)域物料架中使用的二維碼標(biāo)簽牌等。第二部分是應(yīng)用模塊，主要是軟件，包括了為此次任務(wù)專門開發(fā)的，能夠執(zhí)行不同倉儲(chǔ)管理任務(wù)的APP，依靠這些軟件和硬件，實(shí)驗(yàn)室能夠進(jìn)行快速的物料感應(yīng)盤點(diǎn)（基于LIMS 系統(tǒng)內(nèi)的物料存儲(chǔ)信息），無紙化的出入庫記錄，快速物料位置信息更新或特定物料的感應(yīng)和定位查找。在該方案中，移動(dòng)RFID 讀寫器同LIMS系統(tǒng)之間的通信，通過實(shí)驗(yàn)室中部署的WiFi 來實(shí)現(xiàn)，所有通過該移動(dòng)端更改的信息，都將被及時(shí)歸類和存儲(chǔ)到LIMS系統(tǒng)當(dāng)中。從根本上消除實(shí)驗(yàn)室之前在物料管理中可能會(huì)存在的信息差。

圖5 基于RFID技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室樣品管理方案結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié) 語

通過對(duì)某傳統(tǒng)熱力實(shí)驗(yàn)室流程的深入觀察和分析，得出了實(shí)驗(yàn)室信息采集和維護(hù)分散化，實(shí)驗(yàn)室資源管理工作的經(jīng)驗(yàn)化、粗放化、非公開化，還有實(shí)驗(yàn)室物料單件少種類多以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)非關(guān)聯(lián)化和非結(jié)構(gòu)化，是造成實(shí)驗(yàn)室中任務(wù)排期多、關(guān)系不清、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模糊、實(shí)驗(yàn)物料管控困難以及實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營數(shù)據(jù)使用困難等問題的主要原因的結(jié)論。本文使用并且集成了多種數(shù)字化工具來解決這些問題。首先，依靠定制化開發(fā)的LIMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室信息采集和維護(hù)操作的層級(jí)化和集中化管理，使得原先每次文檔的匯總時(shí)間由原來的幾個(gè)小時(shí)下降至十幾分鐘。同時(shí)，依托信息系統(tǒng)而構(gòu)建起的標(biāo)準(zhǔn)化，精細(xì)化和透明化的設(shè)備預(yù)約工作流程，使實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備預(yù)約沖突下降了至少70%。同時(shí)本方案中采用的RFID 感應(yīng)模塊，有效緩解了實(shí)驗(yàn)室中物料普遍存在的“件少類多”難于管控的問題。改造后的實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試的平均準(zhǔn)備時(shí)間從原來的十幾個(gè)小時(shí)下降到了幾十分鐘。而此次改造中所使用的商務(wù)智能軟件，讓實(shí)驗(yàn)室具備了多維度、細(xì)顆粒度和長時(shí)間跨度的業(yè)務(wù)分析能力。