大型石化行业环境监测实验室LIMS系统的组态与实施

王成　李羿宏

[摘要]本文以中国石油独山子石化公司环境监测中心LIMS系统为例，针对大型石化行业环境监测实验室LIMS系统的特殊性，从LIMS系统的架构选择、LIMS产品平台选择、系统结构的实施规划设计、LIMS系统运行流程设计、LIMS系统组态实施和维护五个方面详细论述了石化环境监测LIMS系统的组态与实施过程和方法，并且根据成熟的实施工作经验给出了相应建议，以期对石化环境监测LIMS系统的组态与实施提供参考。

[关键词]石化行业；环境监测；LIMS系统；组态；实施

[中图分类号]：TU276.7 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0137-02

随着实验室信息化技术的发展和成熟，LIMS（Laboratory Information Management Systems）系统已经在不同行业分析测试实验室开始应用，该系统改变了传统人工的分析检测、质控、数据统计、报表生成以及实验室管理的模式，结合了分析测试技术、计算机技术、自动控制技术和实验室质量控制、实验室管理等各种先进科学技术和管理方法的LIMS系统大大的提高了实验室测试、管理的工作效率，自动化数据的采集和报表的生成以及数据的网上审核、发布、查询等等功能使得LIMS系统展现出极为突出的优越性，我国大型的石油、石化、制药、环境监测等行业的实验室都已开始逐步使用LIMS系统。

大型石化行业化学检验实验室作为我国先进分析测试实验室的代表已经开始广泛使用LIMS系统并已经应用成熟，信息化程度达到国际先进水平。作为石化行业分析测试实验室的重要组成部分，石化环境监测实验室承担着石化生产区及周边生活区的环境监测工作，为石化生产环境保护管理提供着数据支持。为了提高监测数据的管理水平，实现数据的及时发布、报表的自动生成、检测结果的自动计算、往期数据的随时查询与统计等，石化行业环境监测实验室也开始使用LIMS系统，但是，绝大多数均直接使用生产化验室的LIMS系统，环境监测部分只是其中的子程序，采取和化验室相同的架构和组态。石化环境监测实验室和政府环境监测站、生产化验室相比有着自身的特点，和政府监测站相比，石化监测站的监测项目、种类、点位、频次要多很多，如中国最大炼化一体化基地独山子石化公司环境监测中心的监测点位达1550多个，监测人员管理模式也不同，石化企业采用班组制管理，对于采样点位都是生产装置所以区别更大；和生产实验室相比，取样、测定时间又是完全不固定的，数据的报出模式也不同，同时石化环境监测实验室相关质量要求和数据文件格式等既要符合企业相关规定和要求，又要符合国家环保部和国家实验室资质认定质量管理体系计量认证（CMA）的规定和要求，因此石化环境监测实验室必须建立独立的专业LIMS系统才能满足使用的需要，独山子石化公司在率先在国内建立了石化行业的专业环境监测LIMS系统，不断完善、反复测试，经过两年多的使用总体运行良好，本文概述了该系统的实施过程和组态方法，以期为同行提供参考。

1 石化环境监测LIMS系统架构选择

和其他软件系统架构一样，LIMS系统的架构主要有C/S（浏览器/服务器端）架构和B/S（客户机/服务器端）架构两种，B/S架构在客户端不需要安装任何软件，只是用浏览器操作，可以随时随地进行查询、浏览等业务处理，通过增加网页即可增加服务器功能，维护简单方便，只需要改变网页，即可实现所有用户的同步更新，开发过程也较为简单，因为可以建立在广域网上所以共享性强，所以随着LIMS系统的快速发展，出现了完全基于Internet的LIMS产品。

但是，环境监测LIMS系统中每个分析都含有大量的计算公式代码计算出数据，同时大型石化行业环境监测采样点位极多、分析频率高所以数据录入量很大，由于分析方法国家标准的实时更新及厂区装置的优化改进和节能减排技术的推广使得LIMS系统的组态变更、维护任务也很多，等等。基于以上原因要求，我们必须要求LIMS产品满足操作快捷响应速度很快、易于实现具有个性化的功能（如：固定监测任务的样品自动登陆功能、特殊的工作流要求等）、实现复杂业务流程等的要求。而这些恰恰是B/S架构系统的软肋，以中石油HSE信息系统为例，该系统虽然只要求录入最终的监测结果但是由于规模很大、分支机构多使得服务器压力大而导致相应速度很慢，监测人员每天都要利用1～2小时录入数据。

C/S架构可以满足几乎所有个性化功能，可以根据实验室的需求量身定制LIMS系统，正好可以弥补B/S架构相应速度慢等热点，同时由于数据安全性更高所以更适合于石化行业环境监测实验室。不过，C/S架构需要在客户端安装软件，对使用者的要求也较高。

然而，对于环境保护管理人员而言只需实时了解监测数据、查询数据报表、统计监测数据即可，所以似乎B/S架构更适合于环保管理部门。为了同时满足数据计算、录入人员和环保管理人员的需求我们决定使用B/S和C/S相结合的架构，即使用C/S架构的LIMS系统也必须具有WEB功能，以供管理人员随时查询、统计数据和查看报表。

2 LIMS产品平台选择

LIMS产品主要有美国Thermo公司开发的Darwin LIMS及Nautiins LIMS、ABI公司的SQL LIMS、美国Labware公司开发的LabwareLIMS等。随着我国IT行业的迅速发展及市场需求的不断扩大，产生了由我国软件供应商开发的具有自主知识产权LIMS系统，如成都青之软件开发的King'S LIMS系列软件、杭州天软科技开发的TyanLIMS、北京英普思科技公司开发的InproLIMS、北京汇博精瑞Labbuilder LIMS System等，这些LIMS系统也在各领域获得了良好的应用，因为软件采用中文界面，所以降低了用户的维护使用难度，同时应用成本较低。

在LIMS产品平台的选择上，我们进行了深入的调查和思虑，架构是我们选择的首要因素，如前所述，为了使应用效果最佳，我们计划采取C/S和B/S相结合的结构模式，在此基础上我们排除了TyanLIMS等B/S结构的LIMS产品。我们了解到江苏省环境监测中心等使用Labbuilder lJlMsSystem 3.0作为LIMS平台，Nautilus LIMS的定位是生物技术实验室等。基于大型石化行业环境监测站的特点我们必须在可以提供C/S和B/s结合架构的基础上选择熟悉石化行业业务、有在该行业成熟的应用经验和现成模板的LIMS系统。

现在石化行业应用最为广泛、成熟的LIMS平台是LabWare LIMS。LabWare LIMS产品连续三年在sDI的全球LIMs调查中排名第一。LabWare LIMS具有开放性、可组态、标准化等优点，其中最突出的优点是可组态，系统提供了诸多通用的DOS功能和工具，很大程度上避免上用户编程和定制的麻烦。LabWare LIMS可以现实B/S和C/S相结合的架构模式，同时为了共享在石化行业应用的先进经验和软硬件资源，为后期软件的维护提供知识和人员的支持，我们选择LabWare LIMS作为石化环境监测LIMS系统的软件平台。

3 系统结构的实施规划设计

在向软件开发人员提出使用需求之后，对于系统的结构、层级、主要事项等都需要监测部门未来的LIMS系统维护人员协同软件工程师进行详细的规划和设计，既定的LIMS系统维护人员应具有良好的计算机知识同时要对环境监测业务和所在单位的管理模式非常熟悉，因为软件工程师并不是实验室专家也不了解该实验室的管理。需要强调的是，从项目立项到系统经过组态实施完成LIMS系统建立的整个过程中，维护人员都不应只是被动参与维护培训的学生，而应该在努力学习软件组态、数据库操作的同时以高度的责任心和主人翁意识主动参与到LIMS系统的开发中去，提出自己的观点和需求，对系统结构的设计建言献策并在实施过程中不断优化，这点非常重要，甚至可以说这才是系统成功建立的关键所在。

我们应该从监测计划、样品登陆、分析方法、采样点位、数据录入、样品审批、监测报表生成、LIMS WEB、超标数据汇总、数据库系统、服务器、以及分析流程的组态的各个方面进行综合考虑、合理布局并不断优化来设计最佳的系统实施规划。

LIMS系统的整体规划设计及人员职能如图1所示：

对于数据库系统，因为大型石化企业均已使用了大量的数字应用系统，如ERP、MES生产管理系统、技术管理系统、设备管理平台、科研项目管理平台、论文管理平台，等等，有着极为成熟的数据库应用管理经验和专业的信息化管理部门，而Labware LIMS可以使用任何遵守ODBC标准的数据库，如SQL Server、ORACLE等，所以我们选择在石化行业其他系统中已经成熟使用的世界第二大软件供应商美国甲骨文公司的ORACLE数据系统。

4 LIMS系统运行流程设计

设计规划系统整体架构和人员职能之后就需要设计石化环境监测LIMS系统的运行流程。石化行业环境监测实验具有和政府环境监测实验室不同的管理模式，石化环境监测实验室施行班组制，所以我们设计了如图2所示的运行流程，经过一年的试运行和两年的正式运行我们认为这种运行流程和模式是非常合理的。

在石化行业，一股情况下都是安质环处或者环保科等管理部门下达正常监测任务或或者临时性监测任务至监测站，监测站生产管理人员对监测任务进行分析确认之后将监测任务传达至相应班组（—般包括水质监测组、大气监测组、烟气烟尘监测组、噪声监测组、在线监测组等），由班组长通知监测人员进行监测。

监测人员在采样完成后需要根据采样时间在客户端LIMS系统中登陆样品，如果是固定周期的样品，比如周一、周二、周三……周五监测哪些点位的水质是固定的，则可以设定自动登陆样品的个性功能，监测人员在点击自动登陆样品后系统自动生成相应的点位名称，监测人员只需输入采样时间即可，类似环境质量监测大气普查也可以制作成自动登陆，如果监测时间是随机的，则需要手动登陆样品。

在分析完成后，监测人员在LIMS系统客户端查找登陆的样品，根据原始记录在LIMS中录入如温度、压力、采样时间、吸光度值、空白值等数据，系统就可自动计算出监测结果，录入完毕保存后监测人员的工作基本完成。

班组长在所在班组监测数据录入结束后在客户端对所录入数据的准确性和完整性进行审批，如果存在问题，则不通过审批，通知监测人员重新分析、录入，如果无误，则通过审批，此时LIMS WEB中的“检验分析陕报”立刻显示监测结果并包含相应的监测时间、点位、所在分厂、装置、车间、超标限制等数据。有权限的环保管理部门和生产车间、战、队即可查询实时的排污监测数据。

在分析结果报出的次日或周末、月末、季末、年末等时间，质控人员根据管理部门根据正常和临时性监测任务书对系统中所有的数据进行审批，再次确认无漏输的数据和未完成的分析项目，然后根据时间段在客户端操作自动点击上传相应监测报表，包括日报、周报、月报、季报、年报等。系统立刻自动生成报表，检查报表无误后即可确认自动上传。上传后，LIMSWEB中“报表查询”同时显示所确认上传的报表。

至此，LIMS系统中监测数据的全部流程运行完毕。

5 LIMS系统组态、实施和维护

设计好了系统的运行流程，就要开始进行各种组态、实施创建LIMS系统，这也是最为复杂的工作，我们所创建的中国石油独山子石化公司环境监测实验室LIMS系统的组态和重点的实施内容如图3所示，这些工作也是LIMS系统在运行的过程中所需要对系统进行维护的工作。

我们将组态与实施工作化为为五个板块，分别为人员板块、分析方法板块、采样点板块、报表板块和定制功能板块。其中“定制功能板块”是根据用户需求制定的个性化模板，难以通过LabWare LIMS系统自有的功能进行组态，需要独立编程，最为复杂，所以应该在系统其他部分组态完成后进行，其他的板块可以按上述顺序依次完成组态。

首先进行人员板块的组态，石化环境监测实验室采用班组制，所以应该建立班组和岗位以供分配，对于人员，需要分配系统中的角色、工作流界面（需要用Macromedia Dreamweaver等网页制作软件进行创建）、唯一的ID）和密码。

其次进行分析方法板块的组态，对于所有的监测分析方法系统维护人员都要熟系，对于分析过程和数据计算公式更是要熟练掌握，才能配合软件商高效、正确完成每一种分析方法的组态。在对一个分析进行组态时，先要列出所需的分项，对每一个分项的数据类型、重复数、报告名等其他字段、是否可选、是否报告等进行设置，在分项属性中设置修约规则和计量单位。接下来的实施工作主要集中在了计算编程方面，除了数据计算很多分析方法的修约规则、数据取合也需要通过编程实现，此时维护人员需要复习Basic程序语言。编程完成后要比对人工计算的原始记录选择各种区间范围的数据进行测试以保证编程和分析组态完全正确。

再次进行采样点板块的组态，对于采样点部分，环境监测LIMS不适合使用LabWare～台默认的由生产实验室使用的“采样点——产品——分析”的模式，因为环境监测没有传统意义上的产品，而产品这一层级又是平台所不能“跨越”的。所以我们创新性的使用了“产品——分析”的模式，也就是说我们不使用平台的Sample Point、Sample Plan等针对于采样的功能，而是把采样点当成产品，使用平台Product Specification这一针对于产品的功能实施创建采样点，这样系统显得简易，也大大减少了使用过程对于监测点位的维护工作量。对于Product Specification中的字段，可以使用“空气化工老区芳烃主控室、噪声国家原油储备库_南界_1号”这样的“类型、分厂、车间、采样点”的层级结构的字段命名方式，对采样点的特征进行区分，为石化环境监测实验室上千个采样点的分类提供了很大的便利。

监测报表需要使用crystal Reports软件进行编制，在LIMS系统中建立报表模板进行报表配制。如果报表需要根据系统中的数据进行数据统计，如求最大最小值，只显示年度监测平均值等，则需要编程实现，对于水晶报表的编制在此不再赘述。

定制功能是根据实验室的个性化需求和企业的管理要求所编程实现的功能，最为不易，耗时最多，但是可以使LIMS系统不只是计算器、数据统计发布软件，而可以为工作提供便利，发挥巨大的作用。

6 总结

从LIMS系统的架构选择、LIMS产品平台选择、系统结构的实施规划设计、LIMS系统运行流程设计、LIMS系统组态实施和维护五个方面详细阐述了大型石化行业环境监测实验室LIMS系统的组态与实施过程，以期对可以对同行提供参考。虽然力求详尽，但是处于篇幅所限对于具体的编程技巧和实现方法不能面面俱到的表述。

石化环境监测实验室创建独立的LIMS系统是必要的，LIMS系统的应用可以极大提高各项基础管理水平，可以更好的为炼化环保工作服务。系统的组建是一个较为庞大的系统工作，实验室领导的坚定支持必不可少，各专业管理室也要及时为负责人员提供所需的信息和数据。实验室未来的维护人员在系统的组建过程中必须具有强烈的责任心，事实上，系统实现各种个性化功能并使系统性能达到最佳的受益者是实验室内的监测人员和环保管理部门，对于维护人员来说增加了工作量，但是维护人员的辛苦和付出却可以为整个实验室的运行和管理提供很大的便利。在系统的组态和实施过程中，维护人员要尽可能考虑到未来可能出现的问题，并配合软件商编制针对这些问题的特定程序，使系统可以长时间为实验室服务，而在后期独立的维护过程中也要经常复习编程、数据库等IT知识，及时解决出现的故障。LIMS系统可以实现实验室人员管理、设备管理等，但是石化企业均建立了ERP系统、设备管理系统，笔者认为此功能可能不用在LIMS系统中重复创建。

当然，对于石化环境监测LIMS系统的架构选择、流程设计、组态和实施方法等，仁者见仁智者见智，同仁们肯定有更优的方案，我们在此抛砖引玉，愿IT技术为碧水蓝天和“美丽中国”和“中国梦”的实现发挥更大作用。