基于LIMS的网络实验室的构建

杨 鑫,杨永忠,王 薇 ,苏 彤

(1. 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710065；2.国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室，陕西 西安 710065)

1 引言

随着计算机技术普及网络云共享技术的发展，以及“互联网+”技术的不断推进，以互联网为核心的信息管理系统不断完善，网络实验室的概念逐渐进入到传统实验室管理领域[1-3]。实验室管理系统(LIMS)使用计算机网络，以信息化的形式来管理实验室[4-7]，不仅对实验室的仪器、数据、人员、试剂、耗材以及测试流程更加快捷、方便地管理，还将计算机网络、人机交互、数据共享等结合起来，提高仪器设备利用率和工作效率，实现资源共享[8-10]。

本文在分析了陕西煤业化工技术研究院有限责任公司分析测试中心仪器、人员、管理等软硬件条件的基础上，结合实际情况，在LIMS的基础上，搭建了网络实验室，实现了分析测试中心的网络管理、数据共享、远程交互等功能。

2 网络实验室总体方案设计

陕西煤业化工技术研究院有限责任公司分析测试中心，有各种高精密、跨学科的大型实验、分析仪器设备，负责整个研究院的产品研发和分析测试，随着检测业务日渐增多，实验室日常的人工管理、纸质化办公的方式已经不能很好的满足网络化信息化的需求，对仪器、人员、测样、试剂、耗材、检测流程等的日常运营管理未实现网络化。

目前，分析测试中心所有仪器的工作电脑已全部通过内部局域网实现文件管理、打印机共享功能。在此基础上，结合计算机云共享技术，构建网络实验室，网络实验室由实验室管理、远程交互、数据共享三个功能平台组成，如下图1所示。整个网络实验室的数据安全由权限管理模块来保证，保证根据用户权限等级不同对三大平台进行查看、批准、修改、增加或删除等操作[11-12]。

图1 网络实验室整体框图

3 功能平台的构建

3.1 实验室管理平台

实验室管理平台是网络实验室的基础，该平台主要是对实验室的人、事、物进行管理，包括网络宣传、网上实验预约、实验室内部事务管理三个部分，如图2所示，实现了实验室的电子化管理。通过浏览器登录网络实验室管理平台，根据分类浏览相关信息，实现实验室有关事宜的管理。

图2 实验室管理平台结构图

实验室网络宣传模块，用于发布实验室的规模、仪器介绍、测试能力等基本情况，将已有的仪器、检测参数、检测条件以及具有CNAS认证的检测参数进行分类，用户登录实验室管理平台就可对实验室检测业务一目了然。还可以在网络宣传部分集成留言板功能，提供一个外界跟实验室的对话平台，吸引了更多的检测业务，扩大了实验室的业务范围。

网上实验预约模块[13-15]，通过网络宣传模块对相关仪器和检测项目以及检测条件了解后，可通过实验室管理平台进行网上实验预约，预约完成后，系统自动将预约订单转送给负责相应仪器的测试人员，就可开始准备实验。同时还可通过预约平台了解到待检测样品的测试流程和测试进度，仪器的当前使用情况，以便送样人员和测试人员合理安排送样时间和仪器使用时间，提高仪器的利用率和工作效率。

实验室内部事务管理模块，按照实验室信息管理系统(LIMS)搭建，仅对实验室内部以及研究院相关管理人员开放，是给单位内部相关人员提供一个对整个实验室运营及建设有关的人、事、物、信息等进行管理的平台，将实验室的业务流程、人员、仪器设备、化学试剂、文件资料、项目管理、客户管理等因素结合，采用数据库技术，组成一个全面、规范的管理体系，相关人员可在实验室管理平台上申请相关仪器及试剂、报告仪器状态、发布保养申请等。

3.2 实验室远程交互平台

实验室远程交互平台作用是，最大可能地让远端实验需求者通过该平台接近仪器，接近实验过程，跟实验检测人员互动，基本实现功能如图3所示。实验需求者直接跟实验人员、仪器、工作站面对面“交流”。

图3 实验室远程交互平台结构图

对于某些有网络版工作站的仪器，客户端可以远程设置测试参数，但是无法完全智能化实现仪器的自动取样和进样，针对这种情况，可由客户端发起实验请求，进行实验参数的设置，分析测试人员进行样品的准备和进样，客户端可通过网络版工作站了解整个实验的进度，并及时调整参数，测试人员进行相应的配合，减少了测试人员的工作量，节省了时间，而且使得客户实时掌握实验情况，实现了仪器的部分共享。

对于单机版的仪器，无法通过网络对仪器进行远程操作，但可搭建一个类网络即时通讯平台，提供音频交互、文本交互功能，实验需求者和测试人员可在实验前及时沟通检测条件，并实时反馈实验过程中的具体情况，传输实验数据。

视频交互主要是针对送样客户对待测的样品的检测条件不确定的情况下需要的，测试人员根据资料和经验选择合适的测试条件，客户可通过视频交互了解到实验动态，进而判断测试条件是否满足样品检测的目的，是否可得到客户需要的信息，方便及时与测试人员交流更换或修改测试条件。视频交互需要外界网络摄像头的辅助，在预约时就可选择是否需要视频交互，方便实验人员的准备和通知，实验进行时，在需要视频实时查看实验过程的仪器前设立一个网络摄像头，通过摄像头，观察仪器工作站上数据、图像、谱图的变化，使得远离实验室的实验需求者可身临其境地了解实验真实运行过程[16]。

3.3 实验室数据共享平台

实验室数据共享平台，主要针对内部人员使用，不仅可以查阅实验数据，还将与研究院相关的所有信息融合在一个平台上，为研究院提供一个信息准确、广泛、全面统一、可自动更新的数据中心。数据共享平台可分为实验测试、科技信息、专业数据库、重要链接四个部分，如图4所示。

图4 实验室数据共享平台结构图

实验测试模块可任意查找已完成或正在进行的实验数据，所有的测试实验，测试人员必须按照要求在实验室数据共享平台上上传实验数据，包括检测条件、实验步骤、实验结果及检测报告，实验室人员可根据需求对测试数据进行对比、统计和参考，也可将研究院项目和检测相关的标准、光谱图等集成在数据库里，方便了查阅。

科技信息模块主要为研究院内部的信息，包括研究院基本信息、煤炭、化工、材料、能源、分析测试五大发展方向的前沿文章和资讯，研究院内刊、相关仪器信息及培训课件等。

专业数据库模块为测试人员提供了一个全面、快捷的文献查阅平台，主要有煤炭、化工、能源、材料、分析测试、试剂等的相关标准，以及各种中外文期刊、硕博论文、专利数据库。

重要链接模块集成了同行的相关网站，包括有：合作高校的图书馆、同行企业的官网、政府官网(国家能源局、科技部、国家发改委、国资委、陕西省科技厅、煤矿安监局)、行业和科研协会(煤炭工业、煤炭化工、电池、能源、石油化工等)。

3.4 权限管理

网络实验室涵盖了实验室的所有信息，同时还需要与实验室外部保持一定的联系，因此，为了保证实验室内部信息的安全，需要设置不同的权限，拥有不同权限的人在网络实验室中可实现相应的操作，保证网络实验室的正常运行。

根据不同的权限，单位内部人员可方便查看实验情况，快速地掌握整个实验过程，单位领导也可根据该平台中的数据结果对项目进行快速决策，及时纠正项目中的错误。外部送样客户根据是否支付及是否批准等权限查看和下载实验数据及报告。

4 结语

网络实验室的搭建，将分析测试、实验室管理、数据共享融合在一起，使得实验室的管理网络化，通过互联网可了解实验室的日常运转和工作进程，促进了实验室的自动化运行、数字化管理，提高工作效率，降低运行成本，实现资源的最大化利用，还可保证实验室所有的检测或管理数据、信息均符合相关的质量标准或规范，促进了实验室更好、更正规的发展。