西安近代化学研究所 西安 710065
摘要：针对火炸药分析检测实验室检测需求激增、管理现状落后、信息流转效率低等问题，结合实验室信息管理系统在某研究所分析测试中心的建设与应用，本文阐述了实验室信息管理系统的设计思路、实施过程及应用效果，同时结合火炸药试样分析测试与科研的特殊需求，开展了实验室信息管理系统对火炸药分析检测实验室的适应性研究，并结合实验室发展需求，展望了未来实验室数字化、智能化的发展方向。
关键词：实验室信息管理系统；分析检测；信息化；火炸药
引言
随着科学技术的发展，检测与分析在方法和实验技术方面都发生了深刻变化，新的仪器分析方法不断出现，应用愈发广泛，从技术发展角度来看，分析技术正在经历一场革命性的变化[1]。传统的光学、热学、电化学、色谱、波谱类分析技术均已从经典的化学精密机械电子学结构、实验室内人工操作应用模式，转化为光、机、电、算一体化、自动化的结构，分析测试手段正朝着网络化，智能化，智慧化方向发展，所得的数据信息量迅猛增长，使信息的组织、管理和处理等工作面临着巨大的挑战，因而迫切需要提高处理信息的速度和管理水平[2]。因此为产生了以分析数据的采集、录入、处理、检查、判定、存储、传输、共享、报告发布以及业务工作流程管理为核心的实验室信息管理系统。
随着分析检测技术发展，火炸药的相关分析检测也面临更多机遇与挑战。一方面，在新型含能材料研究的热潮中，火炸药分析检测实验室面临更为复杂的分析需求、更为精密的结果要求以及更为紧迫的分析时间，这些大量仪器分析手段，大量的仪器设备、分析方法及人员的管理调度成为火炸药分析检测实验室面临的一个重要挑战；此外，随着实验室的不断发展，实验室完成各类认证如CNAS（China National Accreditation Service for Conformity Assessment）、CMA（China Metrology Accreditation）等的需求不断提升，如何在管理制度上提高实验室效率、简化各个流转环节的同时使得实验室的合规性[3~4]不发生动摇，这是另一个重要挑战；此外，作为科研院所中的理化分析实验室，在保障检测任务的同时，其在分析化学领域的科研作用也不可或缺，因此如何在复杂的检测需求以及合规要求的条件下进一步发挥基础科研带来的提升实验室自身实力的作用将成为此类实验室必须直面的第三个挑战；最后，基于火炸药及其相关中间体等自身带来的不安全特性，在样品种类和数量成倍增加的条件下，分析测试流程中安全性的保障也成为实验室面临的一大挑战。基于上述挑战，本文以某研究所为例，详细探讨研究了实验室数字化手段为火炸药分析检测实验室提高自身管理水平、分析效率、安全性以及科研实力所提供的支撑作用，与后期数字化之路的探索。
1火炸药分析检测实验室现状
火炸药分析检测实验室，就功能角度而言主要分为检测实验室、科研实验室两类。检测实验室是火炸药分析检测实验室的基础，是保证科研和生产阶段各类物质及产品质量的重要环节。科研实验室是各类科研项目的攻关地，承担着火炸药领域分析化学发展的各类研究。以某研究所分析测试中心为例，该实验室同时兼具以上两类功能，在提供检测实验室基本功能的基础上，以各类分析测试技术前沿为向导，承担各类科研项目，因此在实验室建设与管理方面具有双重特性。
随着各类新材料新配方不断涌现，理化分析工作量激增，业务量成倍增长，业务类型也逐渐增至近300种；同时，实验室大型仪器设备由原有的30台（套）增至60台（套），实验室承担的科研任务也在近5年期间由不足10项增长至30余项，各类管理任务激增。然而随着实验室任务及规模的增长，实验室人员的增加数量远远跟不上实验室规模，分析测试中心原有管理模式主要为手工操作，样品信息及实验要求以及报告编制等环节都以纸质文件向下道工序传递。这样的流程操作存在着以下问题：管理效率低，流通极度不畅，业务信息重复录入，不但费时还增加了出错概率，纸质文件过多，不便保存和查询，难以实现复杂业务的有序管理。综上所述，实验室原有管理及运行模式已经不能满足实验室发展需求。
与此同时，成倍增长的检测需求与中心承担的科研任务之间也产生了矛盾。中心人员在完成日常检测任务的同时需要完成其所承担的科研项目，在资源一定的条件下，两类需求时常发生冲突，这也是分析测试中心再提升自身科研实力与检测能力时面临的问题。现有分散式的管理模式，及资源分配方式严重制约了中心的效率，因此寻求更加合理的资源分配方式、更加便捷的信息流转以及更加有效的管理模式是突破制约实验室发展的重要手段。
基于上述需求，结合分析测试中心引入了分析数据的采集、录入、处理、检查、判定、存储、传输、共享、报告发布以及业务工作流程管理为核心的实验室管理系统，用于提高各环节的流转效率及提高管理水平；随后将在物联网技术的支持下进一步建设大型仪器的管理及预约系统，并结合科研需要实施电子实验记录管理加强科研过程的可控性及效率的优化提升。下文将结合本中心在数字化建设过程中已建设部分及未来数字化建设规划进行探讨。
2 系统设计与功能实现
2.1. 实验室信息管理系统的总体设计
通过建立数字化理化检测管理系统，实现检验数据的共享，面向整体工作环境，连接管理层、各研究室、质量管理部门及实验室，通过WEB发布测试数据，建立起快速高效的检测数据共享平台，从而实现实验室业务的全面管理，进一步规范、提升全系统的管理理念和管理水平，实现检测数据在全生命周期可控、可追溯。
系统采用B/S结合C/S及数据库层的三层结构，B/S架构部署简单，适用于在提出性能数据检测需求以及向科研人员推送结果；C/S架构用于性能数据在检测部门的产生与审核，可以确保系统的稳定性及安全性；数据库层用于存储相关数据，这种三层结构是目前而言检测实验室管理系统中稳定性最好的架构方式之一。基于上述结构，系统由LIMS客户端（SampleManager），LIMS Web，系统集成管理系统IM（Integration manager）等部分共同组成，其中LIMS Web 负责样品请验，SampleManager承担样品管理、测试流程管理、实验室辅助管理，IM用于解析及接受仪器端XML等文件，系统各模块构成图见图1。
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图1实验室管理系统模块构成图
Fig.1 Structure of the Laboratory Information Management System
系统采用B/S结合C/S及数据库层的三层结构，B/S架构部署简单，适用于在提出性能数据检测需求以及向科研人员推送结果；C/S架构用于性能数据在检测部门的产生与审核，可以确保系统运行稳定。
2.2实验室信息管理系统中的流程设计
实验室信息管理系统的运行的流畅与有效取决于系统内各类流程的设计[5-6]。本文中的分析实验室主要面向火炸药及其中间化合物等，样品具有一定的不稳定性及危险性，所处建筑对药量具有严格的要求，因此，系统中的流程设计需要具有流畅性同时兼顾安全需求。在实际的样品分析检测流程中均存在样品流和数据流，实验室信息管理系统将数据流部分进行了线上管控，从委托方发起测试需求开始，到任务的接收、任务分发、实验人员接收任务、填写/上传试验结果、结果的复核、报告的审批发放均在系统的管控下进行。样品流作为实物流程，当样品收发员确认了样品信息，并对样品测试流程进行接收确认并打印样品标签后，由委托方将样品与标签一同交与实验人员，当实验人员完成分析测试后将样品返还委托方。分析测试流程如图2所示。
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图2分析检测流程示意图
Fig. 2Sketch map of analytic workflow
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图3实验室信息管理系统功能示意图
Fig. 2 Functional diagram of the Laboratory Information Management System
2.3 火炸药分析检测实验室各管理要素在系统中的实现
实验室的管理要素包括“人、机、料、法、环”，其中人作为唯一具有主观能动性的管理要素是提高实验室运转效率、安全性、合规性的重要因素；另外，在实验室中流转的样品会在其生命周期内与各要素发生关联。因此，在本文中的实验室管理信息系统中采用了以人员与样品为中心，其他各要素与中心管理的管理模式。在人员管理方面，针对各类型人员在实验室中的职责对人员权限进行划分，重要包括委托方、样品接收人员、试验人员、同岗位复核人员、报告签发人员、实验室负责人等几类，其中试验人员与同岗位复核人员的权限相同，区别在于一旦某一试验人员填报了数据，将由该岗位其他人员进行复核。在本文所述实验室的系统中，实验室所用分析方法与仪器设备、标准物质进行关联，并将方法赋予岗位（岗位可关联多个分析方法），此外仪器设备又与人员培训等进行关联，未经培训取得上岗证的人员将不能操作该仪器设备且不能接收该设备关联的方法所带来的相关任务。
对于样品而言，本文所述分析实验室的样品分为两种类型，分别为科研类和产品类，其中科研类样品没有专用的分析方法，一般采用通用/通则类分析方法；产品类样品则需要按照其产品规范进行分析测试，对检测项目与方法有严格的规定。基于上述需求，在系统设计方法时根据其自身特点设计了不同的方法管理模式。对于科研类样品，在方法设置上尽可能通用，但有需要能够关联到对应的仪器设备、岗位并且符合相应的费用最小单元。对于产品类样品，则依据其产品检验规范，对其检测项目进行打包形成检测包，检测包包含该产品所用检测项目，每一项检测对应一个方法，并且包含其指标，发起该类样品的检测需求时，只需发起一个委托任务即可将整个检测包内检测项目自动分发至各岗位，减少人工干预，提高送检效率。
3实验室信息管理系统的应用效果
实验室信息管理系统是一个专门为分析化学实验室设计的信息管理系统，以实验室样品分析数据的采集、录入、处理、检查、判定、存储、传输、共享、报告发布以及业务工作流程管理为核心，同时实现实验室的人员、材料、设备、技术、方法、资料档案等资源的综合管理，并与企业的综合信息管理系统集成与协同，其主要功能如图3所示。系统的规范性、流程性使其在管理中发挥了更为突出的作用，改变了过去需要人员到现场才能掌握业务进展的情况，并可以针对各个型号、各种业务的管理工作有的放矢，极大地提高了工作效率。
实验室信息管理系统的各项功能不但实现了全员信息共享、全方位管理，同时也为各类人员提供了所需要的信息及帮助，提高了工作效率。其主要优点体现于：一、实现了样品全生命周期的管理，唯一的样品编码保证样品从进入实验室到结果报告从实验室发放整个过程可追溯；二、明确了各环节的管理责任，在各环节做出的更改均会在系统内留下痕迹，在追查责任时，可根据痕迹溯源，准确界定责任归属；三、缩短了试验周期，实验室信息管理系统大幅缩短了审批流程，简化了样品及报告周转环节，提高了工作效率；四、节约大量资源，实验室管理信息系统的应用实现了理化检测业务的流程管理信息化和理化检测数据管理的无纸化，减少了中间环节的大量纸质送样单、报告单等，降低了实验室的运行成本。
4展望
实验室信息管理系统主要应对当前火炸药分析检测实验室面临的样品量和测试需求大幅上升而采取的数字化管理手段，而面向实验室日趋激烈的科研需求与检测需求之间的矛盾尚未得以解决。结合目前实验室发展趋势，我们认为完善现有科研管理模式，采用电子实验记录本对科研过程数据与方法进行有效的管理，使得这些中间过程、方法、数据不再成为信息孤岛，进而形成互相关联可进行数据挖掘的知识流，提高科研效率；同时进一步开放实验室，在物联网技术的基础上[7]，对实验室大型仪器设备进行管理，并且管理相关人员的培训与操作许可，实现大型仪器预约管理，提高仪器设备的利用率、并减少仪器设备的专职管理人员，使得实验室人员完成检测任务的同时可将更多的精力用于科研项目中，进一步提升实验室能力。
参考文献
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