基于乳业全产业链的智能实验室设计

2021-11-28马利军贺月恩李雪晶

食品安全导刊 2021年24期

马利军，贺月恩，李雪晶，杜丽，路玉

（内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司中心实验室，内蒙古呼和浩特 011517）

1 智慧实验室设计

智慧实验室的开发，基于物联网、互联网、大数据、人工智能、计算机技术搭建智慧实验室管理平台，将信息科技融入检验检测全流程管理，通过自动化机器人完成实验室重复性的工作，从样品采集、储存、检测、结果出具实现全流程自动化[1-2]。实验室智能化管理系统的整体架构应从实验室的实际应用情况出发，考虑实用性、安全性和可靠性等方面因素，在研究数据采集、数据介入、数据传输和数据处理等物联网相关技术的基础上，设计实验室智能化管理系统具体架构[3-4]。①持续升级测试仪器与实验室信息化高度集成“LIMS实验室系统”，提升自动化程度与覆盖范围，奠定智慧实验室基础。②建成“全自动机器人+智能库房+耗材流转”样品智能化和“自动化+大数据+云计算”智慧运营平台，打造全球智慧实验室标杆。

2 智慧实验室建设的主要任务

2.1 智能仓储与任务流转

①借助信息化手段来规范样品管理工作，通过使用仓储机器人和物料运送机器人实现样品自动出入库和自动运送流转，从识别样品信息、判断样品类别、自动选择仓位、样品检测进度查看到自动物料流转运送，做到样品的智能化管理，使物料运送AGV（自动导引运输车）、仓储AGV实现样品的自动入库、出库、借用、归还、运送等任务，全过程智能化管理由机器人自动完成，替代以前的人工模式，以规范样品管理过程、提高样品流转效率、减少出错几率，提升运营效率。②根据样品检测参数、库存情况、资源情况、动态变化、设备故障、操作适宜性自动匹配任务，智能化下单。③智能仓储物流。仓储物流自动化升级将带动硬件与系统集成的发展。在智能实验室内，智能物流不仅是连接材料与检测，更是构建智能实验室的基石。智能仓储物流系统能够将工厂内的智能识别设备（如RFID、传感器等）、智能物流装备、信息化系统（如LIMS等）进行有效串联，将采购、检测、仓储、送货等全部作业环节与互联网连接，实现智能制造与智能物流的有效融合[5-6]。

2.2 自动化设备

根据延伸拓展质量安全研究领域和加速产业链检测能力储备的任务要求，需要新增检测设备。

智慧实验室布局应保证功能区分明确,互相不干扰，便于机器人、无人车等自动终端运行；合理设计组合实验室,研究室等实用单元。实验室的门、楼梯、卫生间、采光、噪音、振动控制、天花的类型和高度、地面、墙面、实验室工作台、清洗、安全通道、安全设备、通风系统、集中供气气路、给排水设计、电气设计、环境监控、洁净空间等应统筹设计[7-8]。

自动化设备应开发和引入，如背负式机器人、移动式智能机器人、机械臂、分样工作站、原子吸收工作站、TOC工作站、气相分子工作站、清洗工作站等等。

2.3 智慧实验室万物互联

①智慧实验室应合理布局实验室门禁、实验室集中供气气路、实验室通风、实验室纯水、实验室排水、实验室电气、实验室净化、实验室环境监控、实验室洁净空间、实验室废弃物处理、实验室仓储、实验室安全管理等系统。②部署海量的多种类型传感器。不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同[9]。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率，周期性的采集环境信息，不断更新数据。③通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地进行传递。

2.4 建立“信息电站”

传感器定时采集的信息需要通过网络传输,由于其数量极其庞大，形成了海量信息，将实验室内外部的任务信息、人员信息、设备信息、仓储信息、检测信息、采购信息、环境信息、客户信息、检测能力等各类信息进行互联，形成实验室信息流。

2.5 工作流程的集成化和模型化

①样品前处理模型化。根据实际检测流程，集成样品自动识别、容器自动开盖、加盖、样品自动分配、样品自动预处理、废液自动回收、容器自动清洗等自动化设备与检测仪器的有效连接。②分析检测模型化。将分析仪器进行改造，如自动上样装置、数据自动读数、仪器状态监测、耗材废液监测，实现自动检测[10]。③样品传输模式化。通过集成管路传输、传送带传输、机器人传送3种模式，完成样品接收、样品分拣、分配任务、搬运出库（预处理输送线）、预处理后，留样/待检、样品入库、搬运运动检测机台、搬运至回收清洗机台的样品自动传送全生命流程。④清洗模型化。根据实验室不同领域的清洗要求，自动分类、设置不同程序，完成自动清洗。

2.6 实验室智慧眼—平台可视化

实验室CCR（Central Control Room），又称中央控制室。其能可视化管理实验室“人、机、料、法、环”，包括人员监控、设备状态监控、物料状态监控、任务状态监控、场地和环境监控（温湿度监控、气体监测、水灾监测）、LIMS、ERP、质量系统的数据接入。而且还能实现智能化的照明管理、能源管理、通风管理[11-13]。