基于物联网的智能实验室管理系统研究

郭晓疆　夏培培　刘然

摘 要：本文以国家工程实验室为依托，针对实验室普遍存在的传统人工质量控制及管理，检测业务工作流程等问题，通过建立智能化物联网实验室管理系统平台，实现样品管理、资源管理、质量管理、网络管理、数据自动采集等众多功能，保證分析数据的严格管理和控制，提高检验检测工作效率，提高检测数据的准确性及可靠性，提高国家工程实验室在检验检测行业的竞争力及影响力。

关键词：物联网；实验室管理系统；自动数据采集

中图分类号：TP319 文献标识码：A

0.引言

一个现代化的实验室在正常管理运行中会涉及大量信息和数据采集、输入和输出，另外随着原料复杂性的增加、装置运行强度的提高和新工艺/新技术的采用，对分析测试无论在样品数量、分析周期、分析项目和数据准确性等方面都提出了更高的要求，原来的人工管理模式在这种形势下已经显得极不适用。为实现样品、仪器设备、数据信息、进度等科学、有效管理，实验室需脱离传统质量控制监督模式，建立一套基于MES的全智能物联网实验室信息管理系统（Laboratory Information Management System，简写LIMS）。

物联网技术是继计算机、互联网技术之后，世界信息的第三次浪潮。早在20世纪90年代初期，麻省理工学院（MIT）的Kevin Ash-ton教授首次提出物联网的概念。物联网是在计算机互联网的基础上，利用射频自动识别及无线数据通信等技术，实现物品自动识别和信息的互联与共享的技术。其主要由全球产品代码（EPC）、射频识别系统及信息网络系统三大部分组成。目前，国外对物联网的研发及应用主要集中在欧美、日本等少数国家，且最初的研究方向主要是条形码、RFID等技术，而随着RFID技术、传感器技术、通信技术及计算机技术的发展，其应用领域越来越多，受到各界的关注。

1.实验室管理系统的研究

1.1 研究目标

基于MES的无线物联网实时数据采集技术、远程数据传输与交互技术、数据上云和数据安全管理技术、移动APP数据管理技术等研究，实现样品、进度、数据、仪器管理等功能，实现数据的自动采集、云存储、分析、计算及移动，构建一套完整的实验室综合管理和产品质量监控相结合的业务体系。

1.2研究内容

主要功能模块包括：检测工作流程管理，系统初始化管理，资源管理，质量管理，数据自动采集管理及云服务器管理。系统构架如图1所示。

1.2.1检测工作流程管理

此为首要重点功能模块，主要子模块有：

（1）检测委托管理，现场委托或网上委托均可。客户在网上完成委托信息填写、委托状态查询、意见反馈等操作，样品通过邮寄或其他协定方式送达。

（2）样品管理，检测样品有唯一编号，打印条形码便于样品识别，此条形码将随同样品历经检测流程的各环节。对特殊样品的处置，留存和过期处理均做记录并提醒管理员操作。

（3）样品库管理，包括检测样品信息的分类，有增加、编辑、删除分类功能。

（4）检测过程管理，对检测的过程和结果数据进行统一管理，使各检测之间的数据不发生冲突并保证数据的可追溯性。包括：委托接收/确认、任务分配、检测数据录入、数据复核、报告编制/审核/审批/发布。

（5） 原始数据管理，根据检测项目制定原始数据表单，检测员在完成检测项目后完成检测原始信息的录入。此模块包括检测数据的增加、修改、打印功能。

（6）检测项目管理，检测项目是实验室进行检测工作的基础，其信息主要包括：项目名称、编号、计量单位。系统能动态管理检测项目，包括项目的增、改、查等功能。

（7）费用管理，对委托发生的费用进行统一管理，包括按类别统计、查询和汇总及导出。

1.2.2 系统初始化管理

此模块为检测工作的流程提供了保障。

（1）进度管理，统计检测过程中的工作安排及相应进度，适时提醒，使管理人员方便地管理工作进度，合理安排工作顺序和时间。

（2）系统权限管理，为实验室人员分配不同的管理权限，对应不同的管理及检测内容，保证检测数据安全性。

（3）门禁监督管理，对进出实验室的人员进行监督，非权限内的人员进入可实现报警，确保实验室财产安全及检测样品及数据安全。

（4）检测标准方法的管理，检测员在分析前需确认分析项目所使用的方法（方法标准及产品标准）。调用数据库中的检测标准方法，包括检测项目/参数等的录入、编辑、查询功能。

（5）检测权限管理，基于角色来管理检测权限，主要包括：检测人员和检测角色的关系管理，检测角色和检测项目的关系管理，检测角色和检测系统的关系管理，按钮权限、页面权限、功能模块权限。

（6）仪器接口管理，提供仪器接口的自定义功能。对新购置的仪器设备，不需要对其进行特殊编码设置，仅需系统提示向导，即可自动连接。

1.2.3资源管理

（1）人员管理，包括实验室人员的基本信息，人员档案，人员培训等。

（2）设备管理，是对需要计量的仪器设备进行定期计量管理，保证其处于最好的工作状态，确保出具的数据和报告的正确性。主要包括设备档案管理、计量管理、期间核查管理、故障与维修管理。

（3）物资耗材管理，主要有两部分：标准物资管理，包括标准物质的档案管理、使用管理、过期管理、采购管理、库存管理；办公耗材管理，包括物资档案的管理、物资采购和物资库存的管理。

（4）文件管理，主要包括质量文件档案管理，审核质量文件管理，审批的质量文件管理，发放质量文件管理，修订质量文件，作废质量文件等内容。

（5）客户管理，建立客户档案，实现满意度调查、投诉建议、历年业务量等信息统计、查询。

1.2.4质量管理

此模块涉及实验室管理体系文件中的各个环节，为实验室的认证认可及评审提供保障。

（1）实验室内审，包括实验室内部审核策划、内审准备、内审实施、纠错及跟踪验证各个环节。

（2）实验室外审，包括CNAS、CMA等外部评审，涉及外部审核过程中所有资料管理及历年外部评审资料的查询、编辑。

（3）管理评审，包括管理评审所有输入输出内容的监督管理。

（4）能力验证，包括能力验证计划、检测过程及能力验证证书等实施的各个环节的制定、查询、修改。

（5）科研项目管理，包括项目的进程，项目经费管理，项目资料等。

1.2.5数据自动采集管理

此模块实现实验室仪器设备的自动采集，包括仪器设备的状态参数的采集，检测数据的采集等信息。

1.2.6云服务器管理

此模块实现对自动采集数据的存储、筛选及计算、修约功能，方便实验室管理人员及检测人员查询、应用，保证原始数据及检测报告中检测结果及仪器设备状态参数的准确可靠。

2.实验室管理系统的设计

2.1系统总体方案设计

对信息管理系统进行总体设计，做好系统的需求分析，报告设计系统的基本框架结构，主要包括系统的结构模块设计和计算机物理系统的方案设计。

2.2网络拓扑结构设计

建立独立的网络系统，使其通过防火墙与外部系统联通，并在网络环境中设置防病毒服务器，使接入网络的计算机收到保护，确保电子信息的存储安全。

2.3云服务器的设计

搭建云服务器平台，为云服务器分配足够的存储空间，制定云服务器的数据计算机制，对自动采集数据进行管理，实现数据的无线存储、筛选、修约、查询，保证数据的准确性。

2.4功能模块设计

对系统的数据自动采集模块，检测工作流程模块，资源管理模块及质量管理模块进行设计，确定主模块的各个子模块，并确定各个模块之间的数据的传递及其调用关系。

2.5系统实现

完成系统平台的界面开发，数据库开发，仪器接口设置，云服務器的搭建，实现数据自动采集，检测工作流程，资源管理及质量管理及其相关子模块的功能，完成相关数据间的调用。

2.6系统安装调试

在实验室服务器上安装实验室信息管理系统，并对系统进行调试。

2.7系统运行、维护

在系统正常运行中发现系统的不足，针对系统存在问题，对系统进行不断的维护、完善。

结论

基于物联网技术的实验室信息管理系统平台的建立，可规范检验检测工作流程，节约重复检测的试验成本，减少检测报告流转时间，增强数据的安全性，提高实验室整体能力，使实验室管理标准化、科学化，提高其在同等规模及技术水平实验室间的竞争力。

参考文献

[1]王瑾.基于物联网的实验室管理技术[J].电脑知识与技术，2010（21）：5741-5742.

[2]盛骁骏.物联网在实验室检测管理中的应用浅谈[J].硅谷，2014（2）：101，104.