实验室信息管控系统建设探索与应用

韩文旭

(中国石油化工集团有限公司，北京 1000728)

一般大型炼化集团公司下属企业多、工艺差异大、业务流程多样、产品品种繁多，影响质量的因素复杂。在集团公司层面采用手工管理方式、各下属企业无统一标准，分散开发建设实验室信息管理系统(LIMS)的方式已经无法满足现实工作要求。本文提出了构建“数据完整、标准统一、功能齐全、上下贯通”的一体化LIMS的标准化思路和方法，并在某大型炼化集团公司得到实践应用，效果显著。

1 需求分析

大型炼化集团公司的下属企业通常都各自建立了LIMS，并形成本企业的质量管理体系，来强化质量全过程管控。集团公司层面基于集中管控的目的，需要对下属企业进行质检监控和质量管控，因此首先需要建立统一的标准化模板，以改变下属企业质量管理系统标准不统一而造成信息孤岛的局面。同时，需要在LIMS主数据标准化编码、分析检测标准、质量评价标准、申报审核流程、系统功能和智能技术应用等方面，统一考虑和规划。集团公司层面质量管理系统的建设需求有以下几个方面：

1)LIMS全数据标准化编码[1]。下属企业装置类型多、LIMS主数据分项多，如果不标准化编码，企业间质检数据则不能共享而形成信息孤岛，无法实现质检数据的集成和统计分析，无法进行质量大数据分析，因而无法真实地评价实验室的管理水平。

2)统一分析检测标准和质量指标。下属企业成品油种类多、内在质量检验项目多[2]；化工产品种类更多，内在质量检验项目更多[3]。如果不规范分析检测标准就无法保证质检数据的真实性、准确性、可靠性及可溯源性；如果不规范质量评价标准就无法保证产品质量评价的准确性和可比性；如果不规范申报审核流程就不能保持分析检测标准和质量评价标准的一致性和标准性。

3)统一系统功能。下属企业LIMS主功能模块基本类似，但因下属企业组织架构、质量管理模式、实验室资源配置和应用范围等原因在实现细节上会出现不少差异[4]。如果不统一系统功能就不能有效实现质量管控，无法建立关键质检数据实时监控预警机制，无法考核下属企业LIMS应用水平。

4)加强集团公司层面集中管控手段。集团公司层面针对下属企业各类质量数据统计分析[5-6]、分析业务流程监控、分析要素的量化管理以及实验资源的优化配置[7]等方面管理都缺乏有效工具。不能实现上下一体、数据共享从而无法迅速识别并有效预防质量风险。

2 实验室信息管控系统建设思路与内容

实验室信息管控系统建设思路主要包括： 建立标准化管理组织，制定标准化管理制度和流程；构建主数据标准化编码体系；构建分析模型标准体系；构建物料质量评价标准体系。

一体化实验室信息管控系统的结构包括企业端和总部端。企业端实现下属各企业实验室检验分析业务的全流程管控，包括： 从样品分析委托、任务下达、采样、留样、预处理、样品登录、结果输入、自动计算、报警提示、质量判定、报告签署等，满足炼化企业生产、分析检验、质量管理等业务部门的功能要求；总部端实现集团公司层面上下一体的各类数据的统计分析，分析业务流程的集中监控，对分析要素的量化考核等。系统总架构如图1所示。

图1 实验室信息管控系统总架构示意

该系统企业端主要功能包括： 实验室要素管理、分析模型管理、任务管理、业务流程管理、合格证管理、数据统计分析、移动应用、仪器连接、系统集成和系统管理等功能模块，同时，应用大数据分析技术，实现重点数据重点监控、异常数据及时预警，实现在线分析仪数据、离线分析数据双向校对；总部端主要功能包括： 总部在线实时查询及穿透性查询、质量数据评比、标准更新消息推送、质量预报警等功能模块。系统功能架构如图2所示。

图2 实验室信息管控系统功能架构示意

另外，系统将遵循国家信息系统安全等级保护二级相关要求[9]，对登录用户进行身份标识与鉴别，对合格证实现电子签章，对重要信息资源设置敏感标记，根据安全策略严格审计用户对有敏感标记重要信息资源的操作，加固服务器、网络、存储及数据安全。

3 实验室信息管控系统应用实践

某大型炼化集团公司非常重视实验室信息管控系统的建设。以下从组织建设、标准化体系建设、系统开发与建设、系统应用等几个方面的应用情况进行介绍。

1)组织建设。为实现各下属企业建立统一标准化模板要求，根据炼油与化工的专业业务特点分别成立炼油和化工标准化建标机构。具体按总部项目领导组—管理小组—项目实施小组的组织机构。

总部项目领导组主要职责包括： 具体把握项目的技术路线和总体进度；组织项目的实施，对项目的质量、进度、费用进行控制；负责项目管理工作中相关标准及管理制度的起草。项目实施小组由下属炼化企业的化验室、信息部门、质量部门和实施单位组成，主要职责包括： 负责项目的应用实施工作；及时报告项目执行中出现的重大事项；合理安排人员，调节有关资源，保证项目完成。

2)标准化体系建设[10]。实验室信息标准化管理体系有数据标准体系、分析标准体系和评价标准体系三部分，具体包括： 建立物料评价标准模型、建立分析方法标准模型，对分析项目标准、分析组分标准、装置区域标准、采样点标准进行建标及贯标，并将所建标准体系应用到下属企业。具体内容如下：

a)标准化编码数据。梳理标准化编码装置、采样点、物料、分析项目、分析组分、分析方法的执行标准，形成标准化装置区域上千项、标准化采样点数万项，分析方法近万项、标准化分析项目数千项，标准化分析组分数千项。通过企业编码贯标，从而实现一体化实验室信息管控系统出口数据的一致性，为企业横向数据应用以及总部纵向数据应用奠定数据基础。标准化编码分类见表1所列。

表1 标准化编码分类

b)物料评价标准体系[11-12]。对下属企业的数千项物料评价模型进行标准化建设，形成标准化的物料评价标准模型。根据GB 19147—2016《车用柴油》、GB 6537—2006《3号喷气燃料》、 NB/SH/T 0527—2015《石油焦(生焦)》、GB/T 339—2019《工业用合成苯酚》、GB/T 8659—2018《丁二烯橡胶》、GB/T 14464—2017《涤纶短纤维》等，针对每一个物料评价模型，物料名称、牌号、样品类型、样品细类、合格证类型、产品执行标准、合格证编号、等级、组分、指标、指标编码管理等上述标准均有具体规定。

c)检验分析标准体系[13]。对下属企业的数千项分析检测模型进行标准化建设，形成标准化的分析检测模型，实现分析模型自动计算、自动修约、自动实验的可重复性验证，有效地减少了人为因素对分析结果的影响，提高分析结果的准确性和真实性。例如炼油产品的分析标准GB/T 259《石油产品水溶性酸及碱测定法》、GB/T 503和 GB/T 5487(抗爆指数)、GB/T 6536(馏程)，化工产品的分析标准GB/T 6017—2021《工业用丁二烯纯度及烃类杂质的测定 气相色谱法》、GB/T 4649—2018《工业用乙二醇》等，针对每一个分析检测模型的组分分析、计算公式、计量单位、辅助单位、仪器精度设定、最大值最小值报警设置、指定仪器类型、关联SOP文档、分析费用等方面均有规定。

同时，建立下属炼化企业标准化编码申报审核体系，一体化实验室信息管控系统主数据要按照主数据运维流程，通过信息化标准管理系统申请提报，由信息化标准管理系统自动分发到一体化实验室信息管控系统，但一体化实验室信息管控系统不能手工创建标准化主数据。形成的炼化企业标准化编码线上管控模式，确保了标准化编码的完整性和准确性。

3)系统开发、建设与集成。系统按照标准化模板进行开发，企业层面包括： 实验室要素管理、分析模型管理、任务管理、业务流程管理、合格证管理、数据统计分析、移动应用、仪器连接、系统集成和系统管理等功能，实现分析检验业务的炼化企业全覆盖；总部层面包括： 重点数据监控和异常数据预警、下属不同企业质检数据和质量指标比对、下属某个企业不同批号质检数据比对等功能，实现总部对下属企业的远程集中监控。

同时，一体化实验室信息管控系统是数据的唯一来源，需要实现与众多系统的集成，如： 成品质量管理系统、ERP、实时数据库、生产营运指挥系统、计量系统、MES、装置加工损失系统、炼油技术分析及远程诊断、原油评价系统、腐蚀监测与管理决策系统、能源管理、质量监控、环保、炼化生产调度系统等。实现了数据的集成，解决了数据重复输入和非“数出一门”问题。最终实现“数据完整、标准统一、功能齐全、上下贯通”的集团级炼化企业一体化实验室信息管控系统的建立。

4)系统应用。一体化实验室信息管控系统的建设应用，满足了炼化企业生产、分析检验、质量管理等业务部门的功能要求，满足了企业自身系统集成需要和企业LIMS集成到集团公司汇总统计分析需要，满足了集团公司对各企业分析数据和产品质量监控监管的需要，应用效果良好，主要体现在如下几个方面：

a)检验分析标准体系实现了对下属炼化企业化验分析标准数据的全面覆盖，运算准确度100%，修约准确度100%，需要进行平行测试的可重复性验证准确度100%；物料评价标准体系，实现全面覆盖，运算准确度100%；分析数据标准化编码体系，实现全覆盖，100%满足信息系统集成及业务发展变化需要。

b)系统稳定性强，执行效率高。在网络环境基于100 MiB到桌面，网络负载低于50%的情况下，分析模型执行时间小于3 s，报告单、合格证查询时间小于3 s。

c)采用炼化企业关键分析数据实时预警技术， 实现重点数据重点监控、异常数据及时预警。

d)采用质量控制在线分析仪双向校对模式， 实现与质量离线数据进行双向校对。质量控制在线分析仪数据自动传输到一体化实验室信息管控系统，与质量离线数据进行双向校对，提出质量控制在线分析仪取代人工分析检验的建议，降低炼化企业的分析成本。

e)采用炼化企业实验室资源远程监控模式，实现了人、机、料、法、环、测等实验要素的全面量化管理，实现了实验资源的优化配置，实现了分析数据的自动采集，提高了实验室的工作效率。

f)分析任务、合格证模块审批流程的可配置，实现了可自定义任务审批或合格证审批流程。

g)系统提供了自动定等功能，并可在线切换牌号，使得制作合格证效率提高60%以上。另外生成的合格证为pdf格式，实现电子章管理和打印控制，同时实现了自动记录打印次数。

h)一体化实验室信息管控系统通过A/D和工作站把数据传送到下属各炼化企业，数据传送迅速、避免了重复的手工操作，有效保证数据的准确、快捷。

i)简化合格证制作流程，功能更加齐全，超内控、不合格数据、保留项过期、缺少项等提醒。实现了合格证的自动判等和按需判等，根据企业需求可定制合格证审批流程，合格证采用Excel模板定制，即见即所得，并可在线预览，可配置水印、打印人、打印时间及电子图章。

j)系统与20多个生产管理系统(部分由ODS系统集成)集成，提高了分析数据共享及数据利用水平，为智能化工厂的建设、使用奠定基础。

k)系统可实现多种需求的统计应用，数据的深化应用，为进一步提高生产经营策略和管理水平提供了强有力的数据支撑。同时系统丰富的定制功能，也满足扩展对数据的深化应用。

4 结束语

本文针对大型炼化集团公司实验室信息管控系统的建设和应用，阐述了建立数据标准体系、分析标准体系和评价标准体系，规范炼化企业的分析检验业务流程的建设思路，将所建标准体系应用到下属炼化企业，提高了分析数据的真实性和准确性。一体化实验室信息管控系统在集团公司下属炼化企业应用成功后，集团公司下属油品销售企业和科研单位也都体现出对系统的明确需求。通过分析，油品销售企业可通过对该系统的应用，加强配置和外采油品出入库质量管理，实现油品出入库在线作业的实时监控和有效管理，可为杜绝不合格油品流向社会提供了有力支撑；科研单位可通过对该系统的应用，提高实验设备的利用效率，缩短实验周期，提升科研分析的效率和质量，值得推广。另外，一体化实验室信息管控系统在油田企业，以及食品、药品等行业也具有很好的推广前景。