实验室管理系统(LIMS)在阳煤化工新材料公司中的应用

2018-09-10温涛

山西化工 2018年4期

温涛

(阳煤集团太原化工新材料有限公司质检中心，山西太原 030000)

1 LIMS系统概况

1.1 LIMS系统简介

实验室信息管理系统(LIMS)，它是由计算机硬件和系统软件组成，能够实现实验室数据和信息的自动化收集、分析、报告和管理。LIMS基于计算机网络，专门针对实验室整体环境，设计了一个包括信号采集设备、数据通讯软件、数据库管理软件在内的高效集成系统。它以实验室为中心，采用先进的计算机网络技术、数据库技术和标准化的实验室管理思想，将实验室的业务流程、环境、人员、仪器设备、标物标液、化学试剂、标准方法、图书资料、文件记录、科研管理、项目管理、客户管理等等影响分析数据的因素有机结合起来，组成一个全面、规范的管理体系，为实现分析数据网上调度、分析数据自动采集、快速分布、信息共享、分析报告无纸化、质量保证体系顺利实施、成本严格控制、人员量化考核、实验室管理水平整体提高等各方面提供技术支持，是连接实验室、生产车间、质管部门及客户的信息平台，同时引入先进的数理统计技术，如方差分析、相关和回归分析、显著性检验、累积和控制图、抽样检验等，协助职能部门发现和控制影响产品质量的关键因素。

1.2 LIMS系统特点

LIMS系统是以实验室的业务管理为核心，将管理思想与现代的计算机技术、网络技术、数据存储技术和数据处理分析技术相结合，利用分布式管理体系来实现实验室的管理，将资源管理、业务管理、数据管理和报表管理等功能有机的结合成一体，使实验室的管理符合质量标准和规范。实验室信息管理系统能够实验室进行科学、有效的管理，真正的实现无纸化办公，为实验室工作人员提高工作效率，降低实验室管理成本。

LIMS系统对实验室进行信息化管理，具体包括以下五方面[1]。

1) 提高了实验室工作效率：实验室的工作人员能够随时随地对实验室的数据信息进行快速的查询和管理。同时，LIMS系统能够实时、自动的生成实验检测报告，达到了省时增效的效果。

2) 为实验的最终检测结果提供了可靠的保障：LIMS系统能够使工作人员利用网络登录系统，对系统内的数据进行登记、分析和查询。系统内置的自动采集、分析、计算程序，可以显著减少计算风险；避免测试样品、分析次数的浪费，减少错误和系统误差的概率。采用这种管理形式，不但使测试方法趋于标准化，而且减少了人为因素的干扰，确保测试结果的科学性和实验结果的真实性。

3) 强大的存储量为解决问题提供依据：实验室信息管理系统包含了很多的资源信息，当对复杂的实验进行测试时，可以根据关键信息对实验系统中的数据进行检索查询，为复杂实验的分析提出测试数据参考，在实验室解决和处理复杂的科研问题方面具有很大的贡献。

4) 管理实验室资源：通过LIMS系统，可以随时监控各实验室的所有测试项目和设备的状态，合理安排实验工作。对特殊的实验项目可做出合理有效的设备、人员安排，减少等待时间，从而实现劳动力的合理分工，减少设备资源浪费。

5) 实现数字化管理：根据实验室的具体情况，如设备的使用，出现故障率和工作人员的工作量，工作时间等指标，利用LIMS系统对其进行考核，保证了实验室管理的正常运行。

1.3 LIMS系统现状

1) 根据LIMS功能，一般可以分为两大类

第一类：纯粹数据管理型这类的LIMS软件主要功能一般包括：数据采集、传输、存贮、处理、数理统计分析、数据合格与否的自动判定、输出与发布、报表管理、网络管理等模块。这些功能满足了实验室检验工作的基本需要，功能比较单一，因而计算机网络结构一般比较简单，但比较容易实现，投资比较少。设计好后，一般可以在较长的时间里不需要对网络软硬件进行改变。实验室可以不配备或是配备比较少的计算机网络与数据库维护人员。

第二类：实验室全面管理型除了第一类的功能外，这类LIMS软件与网络一般还可以增加样品管理、资源(材料、设备、备品备件、固定资产管理等)管理、事务(如工作量统计与工资奖金管理、文件资料和档案管理)管理等模块，组成一套完整的实验室综合管理体系和检验工作质量监控体系。除了能够实现对检验数据严格管理和控制外，还能够满足实验室的日常管理要求，功能比较全面。网络结构相应要复杂一些，实现起来要困难一些，投资比较大，而且往往需要专业单位与实验室合作开发设计。

2) LIMS在阳煤化工新材料的应用现状

现在的煤化工企业已经迈向了智能化发展的轨道，各种先进的生产系统、管理系统陆续被采用，来帮助企业全面精准的调整生产工艺，科学合理的布局企业的采购、运行成本，规范企业的办公系统的流程。

阳煤化工新材料公司采用的LIMS管理系统，属于集分析业务管理、分析数据管理、样品管理、日常事务管理等多项模块于一体的全面型实验室管理系统。LIMS系统除解决化验室内部业务外，还与企业管理系统(ERP)，生产管理系统(MES)等其他管理系统相关联，进而可以更全面的满足整个企业信息化建设的要求，保证公司质检中心及各化验室的分析数据的及时上传，和日常办公业务的规范、快速进行。

2 LIMS系统组成

阳煤化工新材料公司所采用的LIMS系统，广泛应用于公司的质检中心及园区各分化验室，满足各化验室的日常工作要求。同时，LIMS系统还与公司的其他信息管理系统、生产系统相关联，共同构成了公司一整套的信息管理系统体系。

2.1 LIMS系统硬件组成

LIMS系统硬件部分主要包括：系统数据库主机、维护主机、化验室设备、输入设备、输出设备五大部分组成，详见图1。

图1 LIMS系统硬件组成图

系统数据库主机是LIMS的核心部分，包含了整个LIMS系统程序，所有数据存储，各系统接口程序，系统维护主机是LIMS管理员专用，负责LIMS系统的日常维护，静态数据的整理，使用权限的配置等。

化验室设备，包括化验室设备的电脑、色谱、元素仪、原吸等仪器。是分析人员在实际操作中接触最多的，贯穿于接收样品、登样、取样、分析、审核、上报等。

输入设备，包括读卡器、扫码枪，用于录入分析样品的编号信息。根据分析样品的编号可在系统中自动匹配样品的名称、批号、厂家等信息。

输出设备，包括标签打印机、打印机等。一般打印机用作系统报告单，报表等的打印，标签打印机是用于部分分析样品打印编码，分析人员在登样取样之前，可提前将标签贴于取样瓶上，方便后续样品分析数据的录入。

2.2 与LIMS相关系统组成和功能

ERP系统：是企业资源计划(Enterprise Resource Planning )的简称，是指建立在信息技术基础上，集信息技术与先进管理思想于一身，以系统化的管理思想，为企业员工及决策层提供决策手段的管理平台。在新材料公司中，作为LIMS的上级系统，其功能主要是：1) 采购、销售等订单的发起者；2) 检验数据、结果的最终接收者。以LIMS系统的质量数据作为成本统计的一个重要依据。

物流系统：企业物流系统是指从供应物流、生产物流、销售物流直至回收物流整个过程的物料流动，是由系统中流动的物质实体和它们经过的各种加工、储存、转换的设备、设施及其与之相关的信息、人员、器具、设备等组成的具有特定功能的有机整体。新材料公司的物流系统中包含了进出厂的各项原辅料、产成品等物料的相关信息，主要有批次、批量；车次、车号；订单信息等等。订单由ERP发出，在物流系统中匹配订单信息，传至LIMS系统，分解各项分析任务。

煤全自动采、制样系统：在新材料公司中，这两套系统的主要功能是实现进厂煤的自动化采制样工作；并将制成的煤样编号，与煤质的快检数据、物流单号相匹配，传递至LIMS系统、物流系统。从而实现煤质分析的智能化，保密化。

MES(Manufacturing Execution System)即制造企业生产过程执行系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES 可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。MES在新材料公司中一般由生产调度中心管理,负责企业的工艺控制,物料变化,设备运行,生产数据等,而LIMS系统则负责为MES提供各项原辅料、产品、中间品、环保、水质等与生产相关的质量检验数据。

其他系统：根据生产、管理的需求，LIMS系统可与企业其他相关系统相通，实现数据交流，及时将原料、产品、中间品的相关检验数据上传。具体系统构成见图2。

图2 LIMS及相关系统组成图

3 基础数据的整理

基础数据是LIMS系统中除了开发程序外的最重要的组成部分；是在LIMS系统程序的骨架上增添的血肉，是保证系统正常运行的关键。图3为新材料公司LIMS系统基础管理界面。

图3 LIMS基础数据管理界面

3.1 静态数据的整理

3.1.1 方法管理

是指化验室所有分析项目涉及的方法。按照国标、企标等标准要求，和工艺指标、分析频次的需要，将分析方法的测试类型、方法名称、方法标准、分析项目、计算公式、计量单位、保留位数、数据类型依次整理，并录入LIMS系统中，作为系统方法的基础数据。

3.1.2 测试管理

根据化工单位组织机构的设置和园区所有分析样品的种类，将测试类型分为原料分析、产品分析、中控分析、油品分析、环保分析。相关测试项目的设置，分析项目的确立由园区对应的单位整理，并作为基础数据录入LIMS系统。

原料、产品的分析由园区质检中心负责，相关的检验包括进厂原料、辅料分析，出厂产品、出厂中间品分析。

中控分析由分公司化验室、车间化验室负责，相关检验项目根据各车间工艺的要求，设置相应的分析项目。

油品分析是指园区装置、设备使用的机油、润滑油的分析，作为园区油品采购、使用、更换的依据，油品分析主要由质检中心负责，车间可根据需求自行增设分析项目。

环保分析是园区环保工作组针对园区废气、尾气排放，废水、废液排放，烟尘等固体污染物及噪声污染等设置的项目，用于满足企业安全环保工作的开展。

3.1.3 其他管理

标准管理对于所有分析项目、分析方法，都有相应的标准支持，分析人员可在系统中随时调出查阅。标准的分类包括国家标准(GT)，行业标准(HG)，地方标准(DB)，企业标准等。

单位的整理即分析中涉及的各类单位(mg/L、%等)的整理。内容主要是单位的书面形式和单位之间相互的换算关系。

采样点管理指分析项目涉及到园区内的采样点，包括车间、装置、罐区、皮带等，整理好的采样点供分析人员登样时选择，并匹配到报告单、分析报表中。

原材料供应商管理常用的、相对固定的供应商可维护到系统数据库中，供分析人员做样选择。未登记的厂家只能由分析人员自行录入，以便在系统台账中查询。

3.2 机构管理

1) 部门组织机构的维护包括公司组织机构的划分，化验室间机构管理，化验室内部机构、分组的形式。组织机构的维护,决定着LIMS系统管理、分析流程的主体框架；组织机构在系统中的合理布局，直接影响化验室日常业务在LIMS中的开展。

2) 人员信息的维护主要指参与系统的每个成员在LIMS中的个人信息，职能分组，权限匹配，职称、资格证书等相关资料信息的维护。人员的合理维护是将组织机构有机地融入到LIMS系统的重要保障，也是整个LIMS能够切实应用到企业的基本支持。

3.3 设备管理

设备主要是指化验室内的分析仪器，相应的管理包括设备台账的建立，设备编号、名称、型号、存放地点、用途、负责人、厂家、测量范围、检定日期、投用日期、报废日期的录入。设备信息在系统中的维护，能帮助化验室管理人员更加及时全面的了解设备的使用情况，方便设备日常的维护保养、台账建立、以及采购报废等。

3.4 计量器具管理

计量器具包括化验室仪器设备和玻璃仪器两大类。计量器具的整理包括设备编号，规格，出厂编号，厂家，出厂时间，测量范围，精度，存放地点，分析项目，管理类别，检定单位，检定周期，检定日期，证书编号，检定结论，领用人等。计量器具在LIMS系统的合理管理，可帮助分析人员实时查阅计量器具的相关数据，确保分析数据的准确性；也可帮助管理人员做好计量器具的统计和定期的检定校验。

3.5 材料、库存管理

库存主要涉及药品试剂、备品备件、办公用品、标准溶液等，管理内容包括存放地点、出入库管理、库存的统计。利用LIMS系统，库管人员能够实时、准确的掌握库存情况，合理安排采购计划，系统的整理库存台账，使库管工作更加条理清晰。

3.6 其他管理

根据不同化验室的需要可自行增加管理项，比如文件资料的管理，交接班记录、标准化建设等。在静态基础数据、组织机构、人员信息等全面维护的情况下，LIMS系统可为化验室提供更多的管理、业务服务流程。

4 业务流程

新材料公司LIMS系统的检验业务流程由化验室的分析人员、技术人员和化验室负责人共同完成。参与LIMS系统的相关人员，通过各自的账号登录系统，领取并完成相应的任务后，系统将自动推送到下一环节，直到整个分析业务的结束。图4为LIMS系统分析业务操作的界面。

图4 LIMS分析业务操作界面

4.1 登样、接收

登样的形式有两种：

1) 系统自动登样，包括有相关配套系统的自动登样和固定时间频次的分析任务。

2) 人工登样，无法实现自动登陆或抽检、无固定频次的样品，由分析人员自行选择或填写样品信息登录；其中就包括物流系统上传的样品的信息。

4.2 待测任务分配

登录成功的样品即转到待测任务序列。分析人员根据分工的不同，自行选择样品种类，分析项目，创建分析任务；之后开始样品分析，结果录入。

4.3 班长审核

完成结果录入的分析样品，即时转到班长审核流程。在班长审核模块，负责对应样品的班组长可查询其原始数据，分析结果；系统将自动生成的分析报告单供班组长审查。审核通过的样品可转到主办审核；存在问题需要复检的样品或单一分析项目，班组长可将相应的分析任务重新退回到待测任务，由分析人员重新完成分析。

4.4 主办审核

主办审核属于分析样品的最终审核，拥有班长审核的所有权限，同时可查询系统内所有已完成样品的报表。主办审核可将单次分析样品的数据与全部样品的数据对比审核，以确保单次分析的准确性。通过主办审核的数据将保存到系统台账中，以用于数据统计，报表、台账生成，及关联系统间的上传。未通过审核的样品可返回待测任务重新分析。