大數據在數字化實驗室中的應用

王 暉，戴富宏，李文彬，李如芬，何治海

（云南電網有限責任公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000）

數字化實驗室簡單點來說，是在物理、生物和化學的實驗中通過傳感器來完成，例如物理實驗牛頓第三定律，傳統的方式是通過兩個對稱的彈簧秤對拉來看刻度相等，但是數字化實驗則是利用兩個力傳感器進行對拉，然后通過兩根數據線將傳感器的數據傳送到電腦上，最后通過軟件以數字或者曲線的形式，顯示力的大小變化以及數據是相等的還是對稱，且通過軟件進行曲線的擬合。

1 數字化實驗室的研究內容

1.1 在數據自動采集功能上的研究

首先我們需要在互聯網的基礎上開發出新型的儀器智能端口，新開發出來的智能端口和無線的傳輸技術是要結合起來的，并要通過結合來實現實驗分析儀器的互聯網功能，使實驗的數據能夠實現自動傳輸的功能；其次，數據在自動傳輸的過程中需要數據的接收終端將數據的接收系統軟件進行開啟，要實時的接受實驗的數據。最后，還需要將數據平臺對所有上傳的實驗數據進行保留[1]。

1.2 數字實驗室的構建和研發

1．2．1 數據采集技術

數據采集是數字化實驗室的構建基礎，主要是通過數據自動傳輸來實現。在數據傳輸的過程中，需要接受的終端開啟數據接受系統的軟件，以此來對所有實驗設備發出來的數據信息進行檢測和接收，最后要由數據平臺對所有上傳的實驗數據進行保存和處理，

1．2．2 實驗設備和樣品的對應識別技術

數字化實驗室可以根據不同的實驗設備設置只屬于自己的ID 值，這樣一來，當樣品的結果出來以后，它的信息里就會將所選設備的ID 值進行儲存，最終實現每條樣品結果都有它所屬的實驗設備。實驗設備和樣品如圖1 所示。

1.3 關于多種設備參數的診斷技術和應用

數字化實驗室的構建融合了很多運行參數，比如充油和充氣的設備。此外，在線檢測、實驗室試驗等很多參數也是來源于一體的，在這些參數中，有很多不是線性的數據信息，而通過對這些信息流數據信息的挖掘，就可以對充油和充氣設備的運行狀態進行很好的評估，而且這些信息流的完整性還能幫助人們解決故障分析準確性的問題，也為充油充氣設備在的故障分析帶來了很多數據分析的基礎，為下一步的決策提供了依據[2]。

圖1 實驗設備和樣品

2 主要技術研發的難點

2.1 數據篩選功能的研發

數據的篩選功能在數字化實驗室中是非常重要的內容。在數據的篩選中，主要分為3 個步驟，即數據的抽取、數據的清理和數據的加載。在數據的抽取中，是將不同數據源的數據按照數據格式轉入到數據倉庫中，主要是讓所有的數據信息都變為統一的格式；在數據的清理中，主要是對缺失數據、重復數據以及異常數據和不同數據的處理等，這個步驟是篩選數據最重要的步驟，必須重視起來，因為它對后面的數據處理結果來說非常的重要；最后在數據的加載中，就是將數據加載到數據庫的過程中主要有兩種方式：一種是全量加載，即將表格全部刪除以后在進行數據的加載；另一種是增量加載，即在原有的表格中增加新的數據[3]。

2.2 設備運行狀態評估功能的研發

數據在智能數據系統中形成自由流動的信息流，主要是通過對這些信息流進行處理來對運行中的設備狀態進行正確評估。

2.3 數據分析預警模式的研發

通過人工智能分析的方法對多數據源數據管理中形成的信息流進行分析，以多參數的數字信息數據進行顯示，并對當前的設備進行監測，具體如圖2 所示。

圖2 數據分析預警模式

3 大數據在數字化實驗室中的應用

3.1 大數據在實驗室中的應用條件

大數據在數字化實驗室中的應用條件為：將實驗中的所有信息數據進行保存，并保存在統一的數字化平臺中。對于這種平臺來說，它可以允許所有的實驗數據進行分類，還具備統一、具體、結構化的數據采集過程，可以在數據的采集層面上對實驗數據信息進行比較。為了處理更多的數據量，還可以將分析和生產的實驗設備與IT 系統連接起來，從而在任何時間都能看到信息數據，檢測出更多隱藏的因素。通過對隱藏因素的分析，可以將其在實驗過程中的影響和關系找出來，并根據他們的關系進行適當調整。

3.2 關于數據設備在連接標準上的建立。

在傳統的數字化實驗室中，也有很多成功的案例實現了實驗室與各儀器設備的連接，比如數字化實驗記錄、實驗室管理系統LIMS 的連接等，但是這種連接是非常復雜的，成本非常高。通過大數據在數字化實驗室中的應用可以將連接的過程簡化、成本降低，主要操作方法是將數字化實驗室的實驗記錄集成到實驗室自動化標準SILA 兼容的過程管理系統中。除此之外，還需要制訂統一的連接標準，從而將儀器設備上的監測數據與所填寫的數字化實驗記錄更好地聯系起來。建立連接標準的主要目的為：數據信息均在一個基礎平臺，要以最大的自由度了解基礎平臺上所保留的信息數據，要讓傳統的數據自動在新過程中優化并得到應用，從而靈活地使用實驗室的時候，實現大數據的應用。

4 結束語

綜上所述，中國已經步入了大數據時代，任何行業的發展都離不開大數據支持的，數字化實驗室也不例外。而在數字化實驗室中通過大數據的應用，不但提高了實驗的效率，也提高了實驗結果的準確性，還讓人們對數據的分析和運用更加準確。因此，必須要將大數據重視起來，并要將大數據的作用充分發揮出來。