驗室智能化沒(méi)那么難（1）——詳解實(shí)驗室物資管理系統建設

研究概述

本文以筆者親身參與的實(shí)驗室物資管理系統建設項目為研究對象，對總體技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行探討，從理念到技術(shù)再到功能設計全面分析，展現智能化實(shí)踐的建設方法，為現階段行業(yè)發(fā)展提供借鑒意義。 主要的研究?jì)热萑缦拢?/span>

（1）將行業(yè)規范和先進(jìn)的管理理念融入到智能化項目建設中，以先進(jìn)理念為指導，細化建設目標，提供科學(xué)有效的解決方案；
（2）將RFID無(wú)線(xiàn)射頻識別、物聯(lián)網(wǎng)、數據分析等技術(shù)應用到智能化項目建設中，構建了軟硬件一體的管理系統；
（3）搭建了物資管理系統，重點(diǎn)研究了標準品、試劑、耗材、?；匪念?lèi)物資的管理流程和數據管理平臺的設計；
（4）總結了實(shí)驗室智能化的發(fā)展趨勢。

 建設背景
01

當前，全球經(jīng)濟正向數字經(jīng)濟加速轉型，新一代信息技術(shù)引領(lǐng)和帶動(dòng)傳統產(chǎn)業(yè)向高端化、綠色化、數字化升級。實(shí)驗室作為檢驗檢測工作的根基，是支持本單位乃至社會(huì )各項活動(dòng)運行的基礎設施，也是機構提質(zhì)/降本/增效的重要戰場(chǎng)，加強實(shí)驗室成本、效益、安全管理，日益成為實(shí)驗室工作的一項重點(diǎn)。

理念指導 
02

精細化管理是將常規管理引向深入的基本思想和管理理念，是一種以最大限度地減少管理所占用的資源和降低管理成本為主要目標的管理方式，它以專(zhuān)業(yè)化為前提、系統化為保證、數據化為標準、信息化為手段，將管理的規范性與創(chuàng )新性最好地結合起來(lái)，以獲得更高效率、更多效益和更強競爭力。

實(shí)驗室業(yè)務(wù)/項目繁多、流程復雜、人工成本高，以試劑為代表的易耗物資是貫穿實(shí)驗室業(yè)務(wù)的重要管理對象 ，落實(shí)精細化管理對于實(shí)驗室整體效益有較大提升。目前，實(shí)驗室物資管理普遍存在如下問(wèn)題：

總體設計
03

根據精細化管理理念，實(shí)驗室物資管理一項重要的建設目標體現在各業(yè)務(wù)物資需要統一平臺管理上，一方面，各業(yè)務(wù)物資粗放管理造成較大的成本浪費； 另一方面，標準品、?；?、試劑、耗材類(lèi)有各自不同的存儲和管理需求，解決散、亂、雜，進(jìn)行精細管理可大大提升管理秩序，杜絕安全隱患。 

在進(jìn)行系統設計和實(shí)施的過(guò)程中，需要對系統的整體框架，軟硬件的實(shí)現方式以及各模塊功能的需求進(jìn)行分析和系統的整理。 根據實(shí)驗室的物資管理要求，將標準品管理模塊、耗材管理模塊、試劑（含?；罚┕芾砟K三個(gè)部分集成到統一平臺進(jìn)行管理，其中標準品管理模塊通過(guò)軟硬件改造升級的試劑柜和專(zhuān)用系統管理，數據接入平臺； 耗材管理模塊通過(guò)專(zhuān)用系統結合改造升級的鑰匙柜管理，數據接入平臺； 試劑（含?；罚┕芾砟K采用軟硬件改造升級的試劑柜直接通過(guò)平臺管理，對?；诽貏e設置獨立庫房和鑰匙柜； 各模塊運行數據經(jīng)過(guò)平臺分析處理，為用戶(hù)輸出成本、效益、安全三個(gè)維度的決策信息。

根據以上設計，本系統中主要涉及的硬件如下：

本項目涉及硬件在市場(chǎng)上有較多不同路線(xiàn)的成熟商用產(chǎn)品，本文主要圍繞系統設計與功能集成討論，此處硬件選型略去不表。本項目管理系統功能特點(diǎn)針對物資屬性設計，對于能否達成預期降本增效成果，主要圍繞技術(shù)實(shí)現和效率提升綜合考量： 技術(shù)實(shí)現：由于系統針對不同的物資會(huì )有不同的功能設計，其產(chǎn)生的數據也會(huì )有一定的差異，為保證數據采集和數據上傳可以實(shí)時(shí)、完整的進(jìn)行，本系統使用Redis作為緩存數據庫，支持高達10萬(wàn)次/秒的讀寫(xiě)速度，并且Redis支持主從同步，數據可以從主服務(wù)器向任意數量的從服務(wù)器上同步； 系統標準品、試劑、耗材數據庫獨立分開(kāi)，數據信息只能在權限控制的情況下通過(guò)內網(wǎng)流動(dòng)，保證數據安全； 系統設計框架時(shí)提前考慮了主要模塊信息紀錄的完整性，可以滿(mǎn)足模塊及流程的自定義，包括： 字段自定義、字段間邏輯關(guān)系自定義、表單自定義、用戶(hù)界面自定義、貫穿系統內的工作流審批自定義、警報自定義、報表自定義、打印格式自定義等必須功能。

效率提升：由于各模塊需求的功能較為復雜，系統選用軟硬件一體化的技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行設計，軟件與硬件實(shí)時(shí)進(jìn)行數據交互，物資流轉過(guò)程自動(dòng)獲取信息，人員僅需必要操作。標準品部分使用軟硬件改造升級的試劑柜，集成專(zhuān)業(yè)的管理軟件進(jìn)行精準、嚴格管理，降低損耗丟失；耗材管理部分充分利用實(shí)驗室原有貨柜貨架，側重軟件管理，簡(jiǎn)化流程； 試劑（含?；罚┕芾硎褂脦旆渴焦芾砟Ｊ?，一方面通過(guò)權限控制，無(wú)形中約束人員行為； 另一方面通過(guò)軟硬件改造升級的試劑柜對物資標簽自動(dòng)識別， 定點(diǎn)定位提供人性化的操作指引，兼顧使用規范與效率。

 管理模塊
04

1.標準品管理模塊

標準品是國家標準中用于鑒定、檢查、含量測定的標準物質(zhì)。 實(shí)驗室主要工作是以檢驗檢測為主，檢驗檢測結果準確性與標準品存儲環(huán)境、中間流程息息相關(guān)，實(shí)驗室質(zhì)量控制也對標準品的信息溯源有所要求。本系統中標準品管理模塊采用專(zhuān)用軟件和軟硬件改造升級的試劑柜進(jìn)行管理，其功能設計如下：

1

流程更精細

管理標準品的專(zhuān)用軟件功能覆蓋標準品全生命周期，信息記錄全程可追溯，數據在不同人員、設備之間傳遞，深入業(yè)務(wù)協(xié)作，讓標準品管理不再成為業(yè)務(wù)短板。

2

操作更精細

標準品數量大、體積小、易丟失，管理標準品的專(zhuān)用軟件基于軟硬件改造升級的試劑柜進(jìn)行標簽識讀和精準定位，在領(lǐng)用/歸還操作環(huán)節提供人性化的試劑位置指引圖形界面，將精準落實(shí)到底。

▲ 配圖：通過(guò)軟硬件配合，系統實(shí)現了對每一支標準品的精準定位管理、編號指引

2.耗材管理模塊

實(shí)驗室中耗材種類(lèi)多，使用量大，取用頻率極高，管理流程簡(jiǎn)潔與否對于效率影響較大。 本項目建設不改變用戶(hù)利用貨柜貨架存儲的習慣，通過(guò)在耗材庫配置管理系統和升級改造的鑰匙柜的形式進(jìn)行管理，流程設計如下：

1

數據完整

耗材入庫主要從采購源頭進(jìn)行數據的完整導入，單獨編輯時(shí)根據歷史錄入的信息自動(dòng)補完空缺字段，確保系統中耗材信息的完整，清晰。

2

流程簡(jiǎn)潔

通過(guò)采購單批量導入耗材數據后，用戶(hù)可延續以前的使用習慣，直接將耗材放入對應的貨架或貨柜（鑰匙柜根據導入貨柜數據彈出對應鑰匙）； 使用操作時(shí)，用戶(hù)可直接查詢(xún)/篩選需要領(lǐng)用的耗材，之后延續使用習慣前往貨架或貨柜（鑰匙柜根據領(lǐng)用數據彈出對應鑰匙）取用； 耗材無(wú)需歸還，只需在辦公電腦定期登記使用用途，超時(shí)未登記還將自動(dòng)提醒，用戶(hù)可輕松使用。

3.試劑（含?；罚┕芾砟K

本項目實(shí)驗室中試劑數量較多，占用空間大，需存儲在獨立的試劑庫房中，且其中包含大量的危險化學(xué)品，需在滿(mǎn)足監管要求的基礎上進(jìn)行管理。 本系統通過(guò)中控平臺結合人臉識別門(mén)禁系統、改造試劑柜和改造?；钒踩窠⒁惶讕旆渴降墓芾眢w系，功能模塊設計如下：

1

滿(mǎn)足?；繁O管要求

危險化學(xué)品要求雙人雙鎖、24h視頻監控、全程流轉記錄，本項目為實(shí)驗室設計了獨立?；穾旆窟M(jìn)行管理，基于整合的MSDS危險化學(xué)品數據庫，核查到入庫、領(lǐng)用、歸還的試劑是?；窌r(shí)，將要求進(jìn)行監督人人臉識別身份認證，保證現場(chǎng)為雙人操作； ?；反娣旁讵毩⒌膸旆?，?；钒踩竦蔫€匙通過(guò)改造鑰匙柜進(jìn)行管理，確保相關(guān)活動(dòng)經(jīng)系統在受控狀態(tài)進(jìn)行。

2

庫房式管理

本系統對試劑（含?；罚┻M(jìn)行庫房式管理，進(jìn)入庫房、登錄系統需進(jìn)行身份驗證，確保不會(huì )有無(wú)關(guān)人員操作； 存放試劑和?；返脑噭┕窬鶎賹?zhuān)用改造產(chǎn)品，具備標簽識讀和精準定位能力，但不具備軟件服務(wù)能力，各項操作均在同一平臺進(jìn)行，確保同一庫房?jì)攘畛鲆豢?，規則清晰。

3

數據完整

試劑入庫主要從采購源頭進(jìn)行數據的完整導入，單獨編輯時(shí)根據歷史錄入的信息自動(dòng)補完空缺字段，確保系統中試劑信息的完整，清晰。

3

數據完整

試劑入庫主要從采購源頭進(jìn)行數據的完整導入，單獨編輯時(shí)根據歷史錄入的信息自動(dòng)補完空缺字段，確保系統中試劑信息的完整，清晰。

4.統一物資管理數據平臺

在滿(mǎn)足各項物資精細管理的基礎上，需要將數據簡(jiǎn)潔、有效地整合在統一管理平臺進(jìn)行管理。 根據對實(shí)驗室物資數據的分析，主要規劃以下類(lèi)型報表：

通過(guò)以上各項報表，可快速了解庫存、質(zhì)保期、物資分布等情況，對采購周期、采購先后順序、采購數量等做出準確的判斷，實(shí)現全面的精細化。

本項目對接用戶(hù)Lims系統并集成了試劑基礎信息數據庫、MSDS數據、溫濕度數據、視頻監控數據等數據，此處整合細節略去不表。

管理模塊小結

通過(guò)對不同物資的管理特性針對性設計管理模塊，結合專(zhuān)用軟件和定制硬件將精細化管理落到實(shí)處，并建立數據平臺提供統一的數據治理服務(wù)，實(shí)現了物資管理的深度智能化。

總結
05

實(shí)驗室物資管理智能化體現為，從計劃到執行、再到打通物聯(lián)網(wǎng)底層控制的全流程縱向集成；其效益源自業(yè)務(wù)流程高效暢通帶來(lái)的低損耗、低人力、管理規范、高效執行力和整體數據感知能力，物資管理數據經(jīng)過(guò)系統分析后，還可輔助管理者進(jìn)行全盤(pán)計劃的監控和調整。

基于本項目分析，總結實(shí)驗室整體智能化建設趨于以下特征：

圍繞智能化能力開(kāi)展，單一項目建設目標是成型一套高效/簡(jiǎn)潔/全面的智慧能力。

突破傳統，比傳統的lims更加強調場(chǎng)景落地和與職能、操作流程的緊密聯(lián)系，具備軟硬件一體化、人機交互、數據互聯(lián)互通等特征，賦予執行層與管理層所需要的可用工具。

強調行業(yè)細分，不僅與行業(yè)要求的變化息息相關(guān)，還與項目建設階段、操作流程等有聯(lián)系，解決方案需要立足行業(yè)一線(xiàn)需求，有助于解決實(shí)際工作中的痛點(diǎn)、難點(diǎn)、癢點(diǎn)。

效果看的見(jiàn)。整體解決方案可以將這個(gè)行業(yè)有價(jià)值的業(yè)務(wù)集成到一起，構建能夠被客戶(hù)認知的可視化價(jià)值鏈。

技術(shù)推動(dòng)。 不少先進(jìn)的管理理念問(wèn)世多年，直到現在才開(kāi)始在實(shí)驗室落地開(kāi)花，其中一個(gè)重要的原因便是技術(shù)的成熟應用，先進(jìn)技術(shù)與落后技術(shù)在實(shí)驗室智能化上的差距，不僅是量級的差距，更是代際的差距，不斷迭代的先進(jìn)技術(shù)才能真正推動(dòng)智能化變革。