關于智能實驗室儀器設備標準化工作的一些思考

陳克彥

摘 ?要：儀器設備在分析檢測實驗室運行中發揮著重要的作用，不斷提高儀器設備標準化有著重要意義。現基于提高智能實驗室儀器設備提升分析檢測水平和效率的目的，圍繞此課題做了簡單的論述。首先，闡述了課題研究的意義。其次，分析了智能實驗室儀器設備標準化現狀。最后，總結了儀器設備標準化的實施。

關鍵詞：智能實驗室;儀器設備;標準化

中圖分類號：F203 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）19-0188-02

Abstract： Instruments and equipment play an important role in the operation of analysis and testing laboratory， and it is of great significance to improve the standardization of instruments and equipment. Based on the purpose of improving the level and efficiency of analysis and detection of intelligent laboratory instruments and equipment， this paper makes a simple discussion on this topic. First of all， it expounds the significance of the subject research. Secondly， the present situation of instrument and equipment standardization in intelligent laboratory is analyzed. Finally， the implementation of instrument and equipment standardization is summarized.

Keywords： intelligent laboratory; instruments and equipment; standardization

引言

從當前的分析檢測行業發展情況來說，智能實驗室的管理實踐中，借助人工智能的技術發展，使得儀器設備管理優化，不斷提高儀器設備使用效率，推動實驗室標準化發展以及運行。引入現代化技術手段，提高儀器設備標準化，有助于增強實驗室的智能化，切實提升實驗室價值與效率的發揮。

1 研究智能實驗室儀器設備標準化工作的現實意義

從技術經濟活動開展與社會發展的角度來說，實驗室占據著重要地位，發揮積極的作用，能夠為社會提供較為準確和可靠的檢測數據以及檢測結果。傳統的實驗室采取人工操作方式，通過紙質文件的形式，完成試驗記錄到形成報告，涉及到樣品接收、取樣、移轉、保存、處理，各種試劑，耗材，測試標準方法，儀器設備的正確選用、定期矯正、維護保養等多個方面。此類方式雖然能夠滿足目前的工作需求，但逐漸暴露出效率低下和保存管理不便等缺陷，難以適應實驗室的發展。目前來說，實驗室已經發展到智能化實驗室水平，集成應用了無線網絡技術、各類試驗儀器設備以及感應設備等，促使智能化水平不斷提高，朝向數字化方向演變。智能實驗室在樣品管理、儀器設備使用、信息處理方面，有著突出的優勢，體現在樣品的處理流程、儀器設備的科學利用、活動數據信息的收集與儲存等方面。其中，儀器設備智能化起到重要作用。操作人員將采集的樣品按照規定放入儀器設備，儀器設備按照設定的操作參數與規范，開展樣品試驗，記錄相關數據信息收集，并且和相關聯試驗設備通信溝通，同時向上級管理信息進行信息傳輸，若試驗產生異常，則自動預警提示。基于此，智能實驗室儀器設備的重要性尤為突出，加大儀器設備智能標準化管理，保障智能實驗室有效運行，有著現實意義。

2 智能實驗室儀器設備的標準化現狀

2.1 管理要求不斷提高

基于科學技術快速發展推動，以及檢測樣品和檢測項目的不斷增加，智能實驗室引入的儀器設備更加多樣化和智能化，使得實驗室管理工作越來越復雜艱巨，對實驗室工作的標準化以及效率性，有著更高的要求，這對智能實驗室建設帶來了新挑戰。從實驗室方面來說，如何提高質量管理水平，減少操作風險隱患，保障高效穩定運行，有著重要的意義。基于此背景，要增強儀器設備管理的科學化、規范化以及標準化，減少操作人員與物資浪費。加大對各個節點流程的管控力度，保證檢驗結果的精準性，為需求者提供高質量可靠數據。

2.2 管理水平落后

基于不斷增加的試驗管理需求，采取傳統的人工管理方式以及人工預約方式，已經不再適用，計算機技術的日益成熟，給各行業領域智能化發展，提供了重要推動力量，使得實驗室智能化管理出現。實驗室智能化不僅為一種理念和趨勢，也是一門技術，能夠使得實驗室形成全新現代化管理模式，轉變實驗室工作方式。從管理的層面分析，智能化水平不斷提高。依托各類智能化管理軟件與系統平臺，切實保障儀器設備管理規范化和信息化，促使管理水平和服務水平得到提高，推動實驗室智能化和現代化發展。從當前智能實驗室儀器設備管理實踐，以及不同儀器設備商產品標準不同，尚未達到此水平，還需要加大標準化和規范化以及信息化建設，進而跟隨實驗室智能化發展[1]。

3 智能實驗室儀器設備標準化的工作實踐

3.1 數據接口規范

從智能實驗室系統運行實踐來說，數據信息在各類設備之間進行傳輸，要設置統一的接口，既包括硬件，也包括軟件。目前來說，檢測設備之間的硬件連接，按照速度和階段劃分，主要包括以下類型：（1）點對點連接方案，包括RS232與RS485。（2）總線網絡方案，包括CAN和PROFIBUS等。（3）有線以太網方案與無線網絡WIFI方案。（4）GPRS和3G以及4G等。不同的廠商結合設備使用場景和使用成本等，采取不同的連接方式。若采取強制手段，統一硬件接口方式，不太現實，實驗室也擔心測試數據的網絡流失，同時會造成資源浪費。目前來說，由設備制造商結合實際情況來確定接口形式，符合當前的發展狀態。

對于軟件系統，實驗數據的處理以及電子數據交換，主要是利用數據庫功能，要求保證數據的精準性和可靠性，同時數據要具有可控制性以及校驗性。智能實驗室儀器設備標準化模式下，數據的提供者以及使用者，必須對數據的含義以及表達，有著深刻且一致的理解，進而保障數據能夠正確并且恰當使用，有效解釋數據。若想達成此類共識，要定義數據的各類特征或數據屬性。一般來說，數據特征被稱作為元數據[2]。數據即定義以及描述其他數據的數據。對智能實驗室儀器設備構建元數據注冊系統元模型，能夠助力注冊者進行維護，維護各類注冊系統的唯一性，同時可以使得系統工具以及信息注冊系統按照數據的屬性類別、類型、定義等，進行數據的存儲、數據的操縱、元數據的交換。

舉例，高低溫箱按照GBT 18391.2-2008標準相關規定，可以劃分為多個元數據子集。這其中具體描述基本設備信息元數據的部分要素如下：（1）數據類型定義為字符串型;（2）值域定義為自由文本;（3）備注為必填選項。運行時設備和上層系統之間，需要通過訪問數據接口服務，最終實現數據交換[3]。

3.2 通訊總線

遵循的通信協議，具體為雙方實體完成通信或者服務所需要遵循的相關規則以及約定。由通信信道與設備等組成的多個不同地理位置的數據通信系統，必須可以實現協同工作，同時要能夠進行信息交換以及資源共享，這需要設置共同的語言[4]。從當前電器智能化網絡構建的情況分析，多采取現場總線技術，搭建現場設備基礎網絡，經過TCP/IP協議轉換，搭建具有大范圍以及豐富功能的以工業以太網為核心的中上層局域網。為了滿足多樣化需求以及獲得市場地位，當前已經擁有超過40種總線協議。于2003年發布的IEC61158現場總線標準，明確規定了10類現場總線，比如Type1 TS61158現場總線等。各類總線在不同設備中，均有所應用，但是應用程度差異。實際應用中，帶有通訊接口的產品，需要經過現場總線測試以及認證才可以進入，企業若想同時進入各類現場展現具有不現實性。

為了保證總線協議之間的兼容，多采取以下方式：（1）采取分層技術，突破現場總線技術壁壘。遵循此標準的電器，采取直接或者利用適配器的方式，接入相應的網絡。（2）采用混合總線系統，也就是按照實際需求集成各類現場總線技術的分散控制系統。（3）遵循《用于工業測量與控制系統的EPA系統結構與通訊協議》，基于提高通信效率，以及優化系統結構的目標，全國上下積極探索將智能電器和以太網直接進行連接的探索[5]。

3.3 智能運行異常安全報警及處理

儀器設備智能運行處于無人值守狀態，故障發生時若沒有自動安全報警及處理裝置，會發生事故，要求儀器設備具有自動檢測異常和異常處理功能。

例如，管線接頭脫落，利用壓力探測或漏液探測的故障狀態，及時發出報警信息及停止機器運轉。

4 結束語

綜上所述，基于實驗室智能化發展的背景，若想提高實驗室運行的效率，提高儀器設備管理水平，要注重標準化建設。文中結合當前智能實驗室儀器設備標準化建設實踐，圍繞通訊總線、接口及自動故障報警等內容，做了簡單的論述，提出了標準化實現的策略。

參考文獻：

[1]彭雪，薛友林.高校實驗室儀器設備科學管理辦法的探討[J].教育教學論壇，2020（11）：20-21.

[2]何麗麗，魏琪琦，姚武冰.淺談地方性院校實驗室儀器設備管理[J].山東化工，2020，49（01）：232-233.

[3]薛占金，程芳琴.高校實驗室儀器設備的科學化管理研究[J].高校實驗室科學技術，2019（04）：62-64.

[4]劉春嬌，陳紅.淺談檢驗檢測實驗室儀器設備檔案管理[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2019（12）：20+23.

[5]沈佳，蔣婷婷，菅肖霞.基于貪心算法的無人值守實驗室儀器預約仿真[J].計算機仿真，2019，36（12）：163-167.