实验室智能化没那么难（2）——详解实验室场景协同系统建设研一智控-化工仪器网-手机版

前情提要

在上期文章《实验室智能化没那么难（1）——详解实验室物资管理系统建设》中，笔者讲解了物资管理系统的建设过程，实际上很多实验室都有负责各方面的不同系统，如Lims、ERP、OA等，如何将不同系统交叉融合，搭建一个相互协同配合、数据互联互通的场景系统，是横亘在这些实验室面前的难题，也是本期文章的重点。

研究概述

本文以笔者亲身参与的实验室场景协同系统建设项目为研究对象，对总体技术路线进行探讨，从理念到技术再到功能设计全面分析，展现智能化实践的建设方法，为现阶段行业发展提供借鉴意义。主要的研究内容如下：

（1）将行业规范和目标实验室特性融入到智能化项目建设中，高标准、个性化达成建设目标，提供科学有效的解决方案；

（2）将RFID无线射频识别、物联网、数据分析等技术应用到智能化项目建设中，构建了软硬件一体的管理系统；

（3）搭建了场景协同系统，设计了人员、物资、设备、环境几个管理角度的流程和功能；

（4）总结了实验室智能化第二阶段的发展趋势。

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现状分析

当前，很多实验室已经认识到智能化建设的重要性，但在实际建设中容易陷入“起步快，提升慢”的瓶颈，归根到底，持续推进智能化需要强有力的资源整合，其中既包括软硬件技术产品等“硬”供给，又包括知识方法等“软”供给，这就需要根据机构具体流程、资源搭建量身定制的场景管理系统。

建设背景

中国合格评定国家认可委员会（China National Accreditation Service for Conformity Assessment 英文缩写为：CNAS）应用CNAS-CL01、CNAS-CL03等文件对实验室能力进行认可，这些文件形成了实验室质量体系的规范性文件（以下简称“规范”）。获得CNAS认可不仅代表实验室整体规范化水平较高，更重要的是得到了有关认可国际组织内国家和地区实验室认可机构的承认，因此，根据规范进行建设符合场景管理的标准要求。

另外在实际搭建中，还需对目标场景进行前期考察，结合规范中重点要求与机构本身缺陷等情况，找出关键问题和搭建主线，以符合场景管理的个性要求。通过项目前期考察并使用鱼骨图分析法进行归因，发现目前该实验室重点需解决如下问题：

鱼骨图分析场景问题

现状	规范要求
业务量大，人员不便集中培训人员能力档案缺失	6.2.5c 实验室应制订程序对新进技术人员和现有技术人员新的技术活动进行培训。实验室应识别对实验室人员的持续培训需求，对培训活动进行适当安排，并保留培训记录。 6.2.5d实验室应关注对人员能力的监督模式，确定可以独立承担实验室活动人员，以及需要在指导和监督下工作的人员。
设备管理维护工作量大，易疏漏	6.4.3实验室应指派专人负责设备的管理，包括校准、维护和期间核查等。实验室应建立机制以提示对到期设备进行校准、核查和维护。
各类物资种类多数量大，手工登记处理工作量极大，管理麻烦	6.6.1a) 实验室应根据自身需求，对需要控制的产品和服务进行识别，并采取有效的控制措施。 - 易耗品可包括培养基、标准物质、化学试剂、试剂盒和玻璃器皿。适用时，实验室应对其品名、规格、等级、生产日期、保质期、成分、包装、贮存、数量、合格证明等进行符合性检查或验证。
纸质档案易丢失、被涂改	7.5.1 a) 实验室应确保能方便获得所有的原始记录和数据，记录的详细程度应确保在尽可能接近条件的情况下能够重复实验室活动。

总体设计

根据规范要求，对象实验室主要问题体现在（1）人员资质能力、人员权限等人员要求，（2）设备可用性状态、物资供应等资源类要求，（3）物资/设备信息记录、废液处理等过程类要求，本案例的系统总体设计从人员、设备、易耗物资三个角度结合业务流程来达成规范要求，提升合规性指标。

在进行系统设计和实施的过程中，需要对系统的整体框架，软硬件的实现方式以及各模块功能的需求进行分析和系统的整理。根据对象实验室的业务逻辑，将系统功能模块分为人员管理模块、设备管理模块、试剂管理模块（含独立废液处理模块）三个部分，其中人员信息通过人脸识别技术获取，物资和设备流动的信息通过RFID技术获取，通过统一的数据管理平台进行数据处理/交互/统计/分析，实现系统在场景中落地。

根据以上设计，本系统中主要涉及的硬件如下：

硬件	主要功能
设备标签	绑定设备信息
试剂标签	绑定试剂信息
改造管理柜	识别/定位试剂信息，存放试剂，提供存放环境条件
摄像头	识别人员、视频监控
RFID识别器	识别标签
天平	试剂称重
传感器	监测温湿度、气体浓度

本项目涉及硬件在市场上有较多不同路线的成熟商用产品，本文主要围绕系统设计与功能集成讨论，此处硬件选型略去不表。

本案例场景系统各项功能虽然是根据对象实验室业务流程设计，但仍在一定程度上改变了其原有运作模式，需从技术实现和效率提升的角度保证其正向优化效果。

技术实现：对象实验室场景系统涉足业务广泛，出于系统部署过程中可能会频繁更新迭代的考量，系统采用B/S架构设计，主要功能模块都在后台服务器端，易于升级维护，可随时根据用户实际使用需求远程调整功能模块，并且支持用户通过浏览器进行访问，减少了使用的维护成本。系统选用可靠的软硬件一体技术路线进行设计，硬件产品选型成熟可靠的商用产品，系统中使用的设备标签、试剂标签等属于目前实验室常见的基础设施，人员身份通过人脸识别认证，学习/理解成本和使用成本较低；使用的智能管理柜设备集成度较高，即插即用，无需配置，用户可无障碍使用。

效率提升：场景系统将各流程转变成完整的电子化流程，结合人员权限管理、功能模块分配、数据处理等手段，隐藏不需要人工干预的中间环节，实现“端到端”的信息传递，可大大提升使用效率和体验感；场景系统对整体数据进行全面统筹，呈现格式统一的数据报表，方便用户查询、导出，提高用户决策的科学性和准确性。

管理模块

1. 人员管理模块

规范中要求实验室对人员能力进行全程监控，因新进人员或业务发生变更，导致人员整体能力不匹配时，需要及时启动培训程序或配置取证渠道，实现持证上岗。人员机制设计如下图所示，通过人员档案中的上岗证和校核证信息，结合人员权限管理，可避免权限不符的人员误操作造成信息泄漏、数据修改错误等问题。

▲ 配图：建立全面的人员档案，结合区域门禁实现准入管理

▲ 配图：将培训考核与人员能力联系起来，确保胜任工作

2. 设备管理模块

规范中要求实验室强化设备的定期校准、核查和维护，以保证设备稳定工作。设备管理模块设计如下图，通过将标签与设备信息进行绑定，当设备需要进行维修/维护、计量等活动时，系统为用户指向对应设备的标签位置；未按系统指示进行操作将激活预警，直到规范操作；用户定期将自行盘点的数据与系统数据库进行一键比对，及时查漏补缺。

▲ 配图：建立详实的仪器设备档案，录入完整的维护、计量信息

▲ 配图：利用标签、手持终端、智能电源形成有效的管理、监控能力

3. 试剂管理模块

规范中要求对实验室试剂、耗材等易耗品尽可能全面地控制，即全周期管理。试剂管理模块设计如下:

无纸化

系统中的试剂管理模块设计主要是对实验室试剂、耗材等易耗品进行从入库、领用、归还到最终报废的全生命周期管理，通过将RFID标签与试剂信息进行绑定，在使用过程中进行识别、数据采集和自动记录，整个过程无需人工登记档案；软件功能从信息管理、物理性质、数据处理三个维度进行覆盖，用户可以直接在软件完成日常操作和管理。

有效控制

在易耗品使用过程中，除常规承载软件的终端和识读标签的识别器外，还需要搭配其它硬件用于构建完整的基础服务，如人员数据/人脸识别算法搭配摄像头实现人员身份验证，通信/控制服务搭配电子锁实现开关柜门；定位算法搭配分布于存储层板的标签识读器实现自动记录标签出入库和定位；环境监测服务搭配温湿度、气体浓度传感器实现存储环境监控等，试剂管理模块将软件服务与集成的各项硬件一一对应，实现日常操作和管理的全程数据化和可控。

数据支撑

系统各模块充分利用录入的易耗品成本、有效期情况和使用中收集的各方面的数据，整合分析出不同维度的报表，并提供统计、查询、筛选等数据查看方式，方便用户根据自身管理目标针对性地介入，实现整体控制的目的。