建立潤滑油行業信息化智能化分析實驗室的分析和創新

眭瑞燕，鄭文君，高潔，白玉成

(1.中國石油潤滑油公司，北京 100028；2.中國石油成都潤滑油分公司，四川 成都 610083；3.中國石油大連潤滑油研發中心，遼寧 大連 116031)

1 信息化、智能化分析實驗室的建設背景

1.1 時代背景

當前中國是全球第二大石油消費國家和全球制造業基地，也是最大的潤滑油消費國[1]。對于潤滑油生產和使用過程中的檢測分析需求量也日趨增加，潤滑油分析實驗室一般可分為理化實驗室、磨損實驗室、污染度實驗室、天平室、烘干室、明火作業室、臺架實驗室、洗瓶室、危化品儲存室、資材儲存室、樣品儲存室、樣品準備室、廢棄物臨時儲存室、氣體儲存室、電源控制室和檢測人員辦公室等區域[2]。

隨著科學技術的發展，實驗室規模的擴大，每日都會產生大量的數據，而傳統方式用手工紙質記錄的方式效率低下，信息交流不暢，資源配置不合理已經嚴重阻礙了實驗室的發展。以計算機和信息技術為核心，利用數據處理技術、海量數據存儲技術、寬帶傳輸網絡技術、自動化儀器分析技術，并結合現代管理思想的實驗室信息管理系統(Laboratory Information Management System ，LIMS)應運而生。實驗室信息管理系統以樣品接收、樣品測試、數據采集與錄入、過程記錄復核、最終結果審核、報告簽發等業務流程管理為核心并建立完善的質量保證體系，將實驗室的樣品、人員、儀器、試劑耗材、標準方法和環境等資源要素進行科學的信息化管理，為實驗室管理水平的整體提高和實驗室的全面協調提供先進的技術支持[3-4]。

習近平總書記在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》中強調“我們在推進產業轉型升級當中，有一個很重要的項目就是機器人，機器人就是現代信息技術和制造融合的體現，將來會深刻地影響世界產業的格局。中國今后的發展必須要順應這個大勢，在國際競爭當中要力爭上游。”實現產品的自動化檢測是檢測分析機構發展的方向[5]。

1.2 發展階段

實驗室信息管理系統(下文簡稱LIMS)發展至今大體可分為以下幾個階段。

雛形期，60年代末期至70年代初期為雛形期，是LIMS設計思想的產生時期，實驗室的數據管理仍然停留在手工記錄階段。

商品化時期，這個時代的計算機語言和網絡技術還不夠發達，計算機的價格比較昂貴，需要專業的技術人員編寫與維護程序。

功能完善時期，隨著近年網絡化產品的興起，云計算、物聯網和大數據的應用，可實現檢測設備自動連接，云端數據實時共享，并提供大數據模型分析。

1.3 行業背景

LIMS在國內外石油化工行業得到普遍應用，受到石油企業的重視，要利用先進的信息化技術來開展管理工作，從而使管理的效率以及有效資源的利用率大大提升[6]。國內外各大石油公司，如BASF、BP-Amoco、Dow Chemical、Shell、DuPont、Celanese、Akumal、Exxon-Mobile、中國石化、中國海油等都建立了LIMS系統。

2 信息化、智能化分析實驗室建設的必要性

(1)實施 LIMS 系統能實現實驗室全面自動化，大量的檢測樣品、分析儀器實現數據自動采集，提高工作效率，降低人為出錯率，保證實驗數據的完整性和真實性，解放人力資源，投入到更多科研和生產工作中。

(2)實施LIMS系統是實現標準化實驗室質量保證的重要技術支撐。LIMS 系統將人員、儀器、試劑、方法、環境、文件等質量要素有機結合起來，既能滿足實驗室管理需求，又能促進質控體系的有效運轉。

(3)實施 LIMS 系統是保障企業質量管理體系的重要基礎。建設 LIMS 系統，不僅實現了 LIMS 系統產生的質量數據的實時共享，還可以為企業的質量控制和生產優化提供及時可靠的支持。

(4)通過LIMS系統建設，能夠提高檢驗分析自動化水平及工作效率，規范管理，建立高效、統一的運行模式，實現工作效率、設備效率和人員效率的最大化，并且對所有實驗室實行有效的管理，從而實現實驗室的有效運行和客戶服務。

(5)實施 LIMS 系統有利于實驗室資源的統籌規劃，可以有效降低設備的重復購買投入，有效促進實驗室間的信息交流和資源共享。特別是對于全國多點分布的實驗室，每個實驗室都會根據本身的需要去單獨購買實驗設備，出現重復購置設備的情況[7]。

3 信息化、智能化分析實驗室的建設目標

通過建立LIMS 系統，打破專業界線，消除“信息孤島”、構建信息管理實踐大平臺[8]。管理平臺遵從 ISO/IEC 17025的標準，逐步實現實驗室檢驗業務流程化、數據電子網絡化、管理流程規范化、分析業務過程自動化、質量信息及時化。以最經濟的方式優化質量管理與控制，實現從原料進廠、中間控制樣品、產品出廠檢驗等常規檢測任務管理，推動企業降低成本、增強效益、不斷提升潤滑產品質量管理水平，從而全面提高潤滑油行業實驗室的現代化管理水平。

4 建設規劃與技術架構

4.1 功能架構

LIMS系統功能可分為基礎功能和延伸功能兩大部分。基礎功能用以保證實驗室日常業務運轉和管理；延伸功能主要作用是為設備自動連接、數據自動傳輸、移動應用等提升效率。實現基礎功能的前提是，實驗室首先建立完備的工作規范和制度，使實驗人員職責分明、儀器設備狀態良好、實驗室運行平穩、安全防護及危險品管理規范[9]。

4.1.1 基礎功能模塊

(1)標準庫管理：相關標準的錄入、更新、修改和審核等功能。一套完整的標準庫是使整個業務能夠流暢運轉的根本保障，標準庫的內容應該包括標準代碼、標準名稱、標準類別、項目代碼、項目名稱、項目標準值、項目標準單位、檢驗方法、檢驗科室等必要字段。

(2)樣品管理：樣品管理是實驗室日常運行最為頻繁的模塊，是實驗室檢測任務的前提和根本，貫穿于整個檢測過程[10]。它為樣品分析評價提供了支持，包括樣品分析、樣品登錄、樣品管理、樣品測試、系統審核、結果輸出、QA/QC等方面。

(3)爭議處理：當用戶對分析結果產生質疑時，可以通過爭議模塊處理爭端。LIMS系統應完整記錄樣品分析相關信息并具備可追蹤性。

(4)實驗室事務：主要從事日常事物處理工作，匯總實驗室人員、設備、項目以及實驗數據，完成各種日常報表編制和實現網上信息采集、整理、檢索和數據統計工作。

(5)報告管理：包括檢驗報告、分析報告，質量報告、管理報告等。這些報告不僅能簡單地反映出系統內部數據，而且還能通過對數據進行加工處理，反映出質量趨勢、質量波動等。

(6)檢測收費：樣品受理完成后形成繳費單據，財務人員根據樣品受理時產生的唯一編號進行收費操作。

(7)客戶關系管理：主要包括管理客戶信息、客戶聯系人、客戶聯系拜訪、客戶跟進、客戶事務登記、滿意度調查以及銷售人員、團隊及歸屬客戶管理等功能。

(8)資源管理：包括人力資源、物力資源、標準物質管理、其他物資管理以及無形資產如知識產權等的管理模塊。可以通過各種監控手段，對樣品、設備和物料的使用進行實時管理，形成全過程、全鏈條的自動化管理[11]。

4.1.2 延伸功能模塊

(1)儀器數據采集：LIMS系統通過對儀器(如液相色譜儀、氣相色譜儀、天平等)分析數據的自動采集，減少手工錄入錯誤，加快數據傳送速度，從而節約了分析員的大量時間。LIMS系統為儀器創建定期的校正計劃表，跟蹤、記錄校正情況。網絡的發展使LIMS系統遠程控制分析儀器成為可能，使實驗室人員可以最大范圍地使用自動化儀器，隨時對樣品分析全過程進行動態跟蹤監控。

(2)數據接口：LIMS系統與企業系統整合，如ERP、MES、APS、生產經營系統、科研管理系統等系統提供友好的靈活接口，便于組織內統一質量信息的分發，提高運作效益。加快實驗室和生產環節之間的數據流動，優化數據處理，將數據收集和報告集成一體。

(3)設備接口管理：LIMS系統能兼容支持多種不同接口類型檢驗設備接入，對設備接口數據進行底層解析并兼容統一,實現通用性接口轉換，提供良好的硬件平臺支持。

(4)移動應用：LIMS系統實現在移動端APP(Android、IOS)、 PC端等不同平臺提供服務，方便不同用戶群的靈活定制需求。

4.2 技術架構

4.2.1 總體架構

系統架構設計要求穩定、可靠、安全，以B/S架構為基礎，可配合必要C/S架構為補充，支持主流操作系統及瀏覽器，可升級性好。

4.2.2 系統集成

LIMS系統平臺應留供外部調用的標準接口，可根據需求提供給其他系統調用數據，便于與其他系統集成，提供多種形式的接口，如WebService、ODBC/JDBC、OPC等，為后續的系統開發和集成提供良好的支持；平臺支持常用通訊協議，包括SOAP、HTTP、TCP/IP等。

4.2.3 儀器連接

LIMS與檢測儀器接口的實現是各大實驗室的LIMS開發需求的關鍵所在，通過與自動化分析儀器的連接，自動獲取化驗分析數據，完成儀器集成。

(1)與自帶附屬工作站的儀器的接口對接

對于自帶附屬工作站軟件的檢測儀器，儀器的工作站軟件可以將結果文件輸出為ASC Ⅱ文本格式，通過LIMS 系統內預先定制的DCU，可以自動將檢測儀器結果數據采集到LIMS的數據庫檢測結果字段。

(2)與通過RS232串口輸出的檢測儀器接口對接

安裝LIMS的PC機直接通過RS232 串口連接檢測儀器，只要儀器具有RS232的輸出信號，就可以讀取到PC機的相應端口。或者通過第三方軟件采集串口數據并保存為文本文件，LIMS讀取原理與有工作站儀器相同。

4.2.4 硬件和網絡部署

可采用本地部署機房方式，包括實驗室局域網布線工程，交換機、路由器、服務器及備份機選型以及機房相關配套建設，例如配電、接地、UPS 電源、防塵、防靜電、空調等。如果連接外網還需要考慮防火墻等安全設施及策略[12]。由于機房配套設施建設相對復雜且后期需要運營維護，因此可以考慮采用互聯網云網絡架構。由云服務供應商提供存儲、計算、安全和維護服務。

5 分析與創新

5.1 經濟效益分析

發揮LIMS系統和分析檢測儀器的自動化連接功能，減少了人工錄入分析結果的工作時間、節約大量人力成本；取消紙質報告單，實現電子化，節約大量耗材成本；減少不同實驗室之間設備的重復投入。

5.2 管理提升分析

(1)LIMS系統應用后，分析模型在系統中自動計算，質量日報、質量月報、合格率等統計功能的應用實現分析模型自動計算、自動修約、自動進行平行測試，全面提升判斷準確率。

當檢測分析指標完成后，即進行趨勢分析。分析模型應考慮以下幾方面內容：(1)將在用油性能值與極限值進行比較；(2)相鄰幾次測試結果之間變化率的大小；(3)分析變化較大的指標之間的相互依賴的程度；(4)通過聚類分析和多元統計等數學方法，對所測項目做出綜合性評判[13]。

(2)當有嚴重質量缺陷的產品出現時，LIMS系統能夠及時反饋給質量管理部門，為其提供及時準確的預警服務[14]。人、機、料、法、環實驗要素的有機結合，使得分析過程和質量管控形成閉環管理，提高了質量保障能力。

(3)LIMS系統的應用，實現了企業生產、銷售、科研、技術服務等部門的任務下達與接收、樣品登錄、數據輸入、審核、數據發布等功能要求，實現了“產、銷、研、服”各類業務分析過程的全覆蓋，提升了企業整體管理水平。

LIMS系統的應用，為更優質的技術服務提供支撐，從核心價值到經營各環節，皆以顧客需求為中心，提升客戶服務質量，提高響應速度，使得企業對內外客戶的滿意度大幅提升[15]。

5.3 企業經營模式創新

通過LIMS系統建立信息化智能化分析實驗室，經過深化應用和數據積累后，利用云計算技術，對大規模數據集合智能處理，進而在大規模的數據中獲取有用的信息，挖掘和整理建立數據分析模型，建立產品的大數據庫為企業提供規范的質量數據分析，幫助企業決策者實現數據驅動的科學決策，實現產品與質量大數據戰略的落地實施，幫助企業實現經營模式創新和轉型。