浅论质检院仪器设备数字化升级

符浩 任艺 张浩

摘 要：云南省质检院计划在2025年前后搬迁至呈贡新基地，届时将对仪器设备的管理方式进行数字化升级，将粗犷的线 下管理模式改为精细的线上管理模式。除基础的设备信息维护功能外，本次升级的重点是新增仪器设备数据采集和仪器 动态分配的功能，并将其集成至LIMS（Library Information Management System），从而提高仪器设备的使用效率。本 文从设备布局、软硬件部署和制度建设三个角度分别阐述升级策略，并对两大功能的实施预案做简要分析。

关键词：LIMS，设备管理，数据采集，动态分配

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.03.032

0 引 言

云南省质检院早期LIMS只专注于检验检测的流 程流转，主要包括接样、下单、分派、检验、审核、签 发等，近期LIMS升级拓展了很多外围辅助功能，例 如样品管理、抽样管理、在线接样、报告在线查询、 短信通知、统计查询等，这些功能已经能较好地满足 目前的业务需求。随着新基地的建设完成，云南省 质检院分散的三个检验区将合并在一起，以方便统 筹管理，合并后有很多方面需要改进与升级，从质量 管理和信息化建设的角度看，仪器设备的数据采集 和动态分配将是LIMS下一次数字化升级的重点。

1 设备布局

云南省质检院目前设有3个检验区，分别为教 场路检验区、刘家营检验区和经开区检验区；共计 9个检验所，分别为食品所、化工所、电子所、轻工 所、机械所、工程所、纤检所、石化中心、汽配中心。 每个检验所都是按楼层独立划分，所有仪器设备都 是归属到具体的检验所，检验所与检验所之间不存 在仪器交叉混用的情况。各个检验所下属有若干 检验科室，科室间可能存在仪器混用的情况，混用 时主要依赖内部人员的沟通。这种布局方式最大的 优点是主责划分明确，即每个检验所对其所属仪器 设备具有独立的使用权和维护责任；但是缺点也很 明显：一是同一类仪器的分散布局不利于集中式数 据采集，二是不同检验所对同一仪器的使用频次不 同，导致某一检验所某种仪器可能不够用而另一检 验所却在闲置。

未来三个检验区要集中搬迁至新基地，仪器设备 也将重新布局，为克服以上缺点，预设布局策略如下：

（1）将仪器设备按使用属性，分为共享仪器和 独享仪器，对于其使用权和维护责任，独享仪器划 归检验所，共享仪器划归设备部；

（2）对于共享仪器（例如质谱仪、液相色谱仪 等），按仪器功能细分，将同一类仪器部署于同一检 验室或相邻检验室，对于独享仪器，原则上按功能 大类与共享仪器统一部署，除非检验所提出单独部 署的需求。

设备布局的总体思想是“物以类聚”[1]，然后再 二次分配给各个检验所，通过监控以及标签等方式 划分权责。这种布局方式以仪器的统一管理为出发 点，可以给后期的使用与维护带来很大的便利。

2 软硬件部署

2.1 网络规划

核心机房部署有LIMS服务器和数据采集服务 器，为保证每个终端都可以与之联通，每个检验室 都会配備2至4个网口，如果网口不够用，可以添加小 型交换机以拓展接入设备，网络的具体预设布局策 略如下：

（1）对于物理连线方式，每一层楼的所有终端 电脑连接到楼层交换机，每一栋楼的各层交换机汇 总到楼栋交换机，各个楼栋的交换机再汇总到中心 机房的核心交换机；

（2）网段采用C类局域网段，网关按不同楼号 与楼层配置，例如A栋3层设为192.168.13.1，B栋4层 则设为192.168.24.1，倒数第二个字段的第一个数字 表示楼号，第二个数字表示楼层；

（3）子网掩码统一设置为255.255.255.0，即采 用24位的IP，不同楼号不同楼层的终端IP只有最后 一个字段可以变动，范围为2至254；

（4）IP地址按办公类、仪器设备类划分，办公 类终端数量较多，段域划为101至254，仪器设备类 的段域划为2至99，并将每个终端分配到的IP与房 间号做好关联与记录；

（5）当仪器与配套电脑采用专用数据线相连 时，通过电脑网口与数据采集服务器相连，当仪器 与配套电脑通过网口相连时，需对电脑加装PCIE网 卡，配置好仪器IP与本机IP后再与数据采集服务器 相连。

上述方案有以下几个优点：一是网络布局清晰 明朗，即使未来引入三级网络等级保护，也不需要 大的改动；二是拓展性较强，终端数量超标后，更 改IP配置相对便捷，能实现快速实施与部署；三是 权责明确，便于溯源管理。

2.2 服务器架设

目前云南省质检院为LIMS搭建了一台内网业务 服务器，同时搭建了运行于公网环境的报告在线查 询服务器和在线下单服务器，搬迁至新基地后，为 满足仪器数字化升级的需求，还需搭建数据采集服 务器[2]，服务器的具体预设部署策略如下：

（1）运行于内网环境，通过核心交换机连接各类仪器与LIMS服务器；

（2）通过物理网闸卡与公网隔离，与公网没有 任何数据交互；

（3）设立备份服务器，一旦主服务器宕机，备 份服务器立即接管。

除上述规划外，中心机房按照网络安全等级保 护2.0的要求进行建设，从硬件层面对仪器设备的 数字化升级提供支持保障。

2.3 LIMS功能建设

以上两小节主要讨论了硬件基础规划与建设的 策略，但此次数字化升级的重点依然在软件端，下 面分别论述数据采集服务和仪器动态分配的软件 功能建设。

2.3.1 数据采集服务

数采设备的采集端口通常都是以太网口，分配 好IP地址后通过网线可以联接到数据采集服务器， 服务器内有专业的系统化采集软件，它们可以实时 监控仪器的状态并读取仪器的检验数据。一般采集 端口有通用的行业标准，采集软件也有成熟的市场 应用，所以数据采集服务器端软件无需自主开发。 而LIMS属于各个检验单位的定制化产品，并且负 责与用户端的交互，因此，数采功能的实现需要在 LIMS端做二次开发[3]，主要开发项如下：

（1）模板制作

目前LIMS的检项数据都是通过检验员手动录 入的方式完成，未来将通过数据采集服务器拉取 数据，所以需要制作检项数据模板。由于一份报告 可能由不同检验所的不同科室共同完成，而各个检 验所或科室有自己的排版标准，所以模板的建立以 检项为最小编辑单元，以科室划分归类，数据格式 尽可能统一，例如字符类数据统一使用EXCLE处 理，图表类数据使用JPEG标准并指定其大小。

（2）数据读取

数据采集服务器采集到检验完成的实验数据 后，将数据存储在数据库内，LIMS需要按照数据采 集服务器设定的接口读取数据，考虑到数据读取操 作可能是高并发的，为提高读取效率，规定最小读 取单元为一个完整的检验项目数据表。

（3）字段匹配

LIMS需要将从数据采集服务器读取到的数据 表做二次解析，首先将检验科室制作的EXCEL模 板表格标签化（选定特定单元格并注入标签），然 后依次读取数据表，同时检索EXCEL内的标签，匹 配成功则自动填充数值；对于图像数据，则将表格 化后的WORD模板也标签化，标签内容为图像索引 号，按匹配次序依次填充图像。

（4）生成日志

日志可以记录一次检项数据生成的辅助信息， 例如仪器信息、拉取时间、检验员信息等，若某次 数据拉取失败，需要调阅仪器记录并手动填写检项 数据时，检验员需发起申请，待批准后方能录入数 据，同时日志会记录录入人、录入时间等关键信息， 作为溯源追责的重要依据。

（5）耗材统计

除检项数据外，某些仪器还支持耗材数据汇总 功能，LIMS可在仪器设备管理模块里加入耗材统 计功能，通过读取仪器的耗材使用情况，不仅能提 醒检验员及时添加辅料，而且方便后期的物料管理 及其成本核算。

（6）消息通知

数据采集服务器接收到仪器的检验完成信号 后，会调用数据读取接口读取实验数据并将其存储 于数据库，同时会向LIMS推送检项已完成的消息， 当检验员登录LIMS时，可以查看到检项的具体状 态，若状态为已完成，则表示可以拉取检项的明细 数据。

2.3.2 仪器动态分配

各个检验科室对同一类仪器的使用时间不同， 可能造成设备的紧俏或空闲，从而造成设备资源的 浪费，仪器设备的按类布局和数据采集服务器读取 的设备状态信息，是LIMS实现仪器动态分配的基 础。有了仪器的动态分配功能，各个检验所、检验科室间可以以共享的方式使用仪器，将其使用率最大 化。为实现此功能，LIMS端需要二次开发仪器动态 分配模块，以支持检验员操作与调度仪器的使用[4]。

开发的主要内容如下：

（1）状态监控

LIMS可以向數据采集服务器发送查询指令，指 令分为范围查询和单例查询，使用范围查询时，数 据采集服务器可以返回查询范围内仪器的基本状 态，即空闲或忙碌，对于某个具体的仪器，可以使用 单例查询，此时数据采集服务器返回指定型号仪器 目前的详细状态，例如使用状态、剩余时间、材料 消耗等。

（2）任务预约

目前各类仪器都是检验员以先来后到的方式 直接使用，虽然操作便利，但是制度管理上很不规 范。未来引入仪器动态分配功能后，检验员在LIMS 上查看到分派的检项后，若要使用连接了数据采集 服务器的仪器，应收到提示，要求检验员先预约再 使用，即使此时仪器的状态为空闲，也需要预约。如 果要使用状态为忙碌的仪器，系统则会登记预约， 并且估算出大致剩余时间，方便检验员灵活安排任 务的检验时间。

（3）任务复用

LIMS对仪器预约进行汇总后，可以通过算法发 现：对于同一类仪器，不同科室不同样品可能要检 验的项目是相同的，而且前后预约时间相差不大。 此时LIMS应向检验员发送建议，一是建议在有余 样或备样的前提下可以尽可能的使用某一台仪器 做检测，二是建议前后时差小的检测归并到新的时 间点一起做检测。假如某次检测的结果不合格，则 使用余样或备样再分不同的仪器独立检测，如此虽 然消耗了双倍的时间与耗材，但不合格毕竟是小概 率事件，总体上复用能够提高仪器的使用效率。

（4）任务调度

云南省质检院有时会接收到政府或市场监督 管理局下发的突击抽检任务，而且要求以最快的速 度出具检验报告，此时则需要调度使用仪器。首先 需要检验员通过LIMS查询各个仪器的剩余估算时 间，接着确定某仪器对应的样品是否留有备样或余 样，然后确定该仪器对应检项任务的紧急度，最后 选定出可终断的仪器。检验员向LIMS发送该仪器终 断检测任务的指令并填写好备注，批准后LIMS将 会向数据采集服务器发送终断指令，此时，LIMS会 重置检项任务且数据采集服务器也将重置仪器使 用状态，检验员可以清理仪器并将其用于紧急任务 的检验。

3 制度建设

仪器设备的数字化升级，不仅需要基础的软 硬件支持，还需要完善的制度保障，有了健全的管 理制度，数字化升级才能有章可循，在软硬件设计 时，不论整体逻辑框架还是各个流转细节才能有明 确的实施方案。以下从管理主权、责任归属和数据 安全三个方面分别讨论。

3.1 管理主权

对于检验检测的各类仪器设备，云南省质检院 当前的制度规定：所有权归单位，分派给某个检验 所后，该检验所享有使用权并负责其保养与维护， 其他检验所无权使用。未来搬迁至新基地后，由于 大部分采仪器都是共享使用方式，所以共享仪器应 统一归并设备部管理；对于独享仪器和没有接入数 据采集系统的仪器，依然归各个检验所单独管理， 同时禁止随意串用。

3.2 责任归属

对于非共享仪器，依然采用谁使用谁负责的 管理办法，仪器的日常维护与保养由检验所自行承 担，若出现人为恶意损坏，则由检验所内部追责后 上报单位。对于共享仪器，维护与保养由设备部承 担，若存在仪器的恶意使用或故意破坏，则可调取 数据采集服务器或LIMS的日志查看最后使用人，同 时结合监控设备快速定位到责任人。

3.3 数据安全

引入数据采集服务后，原则上检验员将不能手 动修改从服务器拉取的任何检验数据[5]，某些特殊 情况下确有修改需求，也要通过提交申请的方式。 此外，严禁账号混用（检验员甲登录检验员乙的账 号进行操作），一旦发现，账号对应者将为第一责任 人，账号登陆者将作为第二责任人，上报质管部严 肃处理。

4 结 语

目前大部分检验检测机构的LIMS都缺乏数据 采集服务和仪器动态分配功能，云南省质检院也不 例外，本文从基础设施、软硬件以及制度建设三个 方面详细论述了仪器设备数字化升级的各项策略， 可以作为云南省质检院搬迁新基地后高效使用仪器 设备的远景规划。

参考文献

徐佳欣.基于物联网的无人实验室设备管理系统的设计 与实现[J].中国新通信，2022，24（16）：40-42.

赵金龙，郎丽.“统筹思维”下地方高校实验室规划建设 思考[J].实验技术与管理，2022，39（8）：233-238.

马祥英，陈其锋.高校实验室仪器设备维修保养与管理 方法[J].化纤与纺织技术，2022，51（12）：118-120.

荣鼎慧.打造质量技术“一站式”服务平台实践探索[J]. 中国标准化，2022（7）：231-236.

吴湘宁，彭建怡，罗勋鹤，等.高校大数据实验室及实验体 系的规划与建设[J].计算机系统应用，2020，29（11）：47-56.

作者简介

符浩，本科，助理工程师，主要研究方向为实验室信息系统 及其质量管理。

任艺，硕士，高级工程师，主要研究方向为实验室信息系统 及其质量管理。

张浩，本科，工程师，主要研究方向为实验室信息系统及其 质量管理。

（责任编辑：张瑞洋）