信息化背景下實驗室信息管理系統的探索與應用

霍曉峰，張莉銘

（1 南京郵電大學 江蘇 南京 210000）

（2 南京藝術學院 江蘇 南京 210000）

0 引言

實驗室信息管理系統（ laboratory information management system， LIMS）是一種信息化的管理工具，將數據庫為中心的信息技術和實驗室管理要求有機地融合在一起。 實驗室信息管理系統與網絡技術相結合，對實驗室的業務流程、所有資源、行政等進行科學的管理。 高校的實驗室信息管理系統依托于實驗室平臺，在客戶機／服務器平臺下，對學員考勤、學員實驗數據、實驗報表的撰寫、實驗室的開放和學員實驗的預約，以及對實驗儀器的管理工作等問題編寫的一個綜合應用軟件系統［1－2］。 為了提升教學實踐水平、擴大實踐內容、開放實驗室的功能等，必須配置一個系統進行相應的管理工作。

近年來，高校實驗室通過持續不斷地建設與經常性的評估活動，提高了管理水平，逐漸走上了規范化、制度化、科學化的管理軌道，但依然有部分高校繼續著低效率、不規范的管理狀況。 一些高校的教學實驗、員工考勤等管理情況，不能與實際情況一起體現；有些高校的實驗老師不重視實驗工作，耗費了實驗課的教學資源；有的實驗學員單純以完成任務為目的，做實驗報告不認真，導致資料、圖表等都出現差錯，使實驗報告失去了原有的意義；儀器管理一直也處在賬本和卡片的階段，大量的儀器設備投資不能取得相應的經濟效益。 開放實驗室及學生預約實驗的管理一直也是復雜的。 因此，實驗室信息管理系統就是用來解決以上問題的，以期使實驗室發揮應有的作用。

1 LIMS 的主要功能及應用

1.1 LIMS 的主要功能

該應用程序應完成工作的后臺結構化查詢語言（structured query language， SQL）記錄列表，共計7 項：學生記錄表格、實驗記錄表格、學生實驗記錄表格、管理記錄表格、考勤記錄表格、預約記錄表格和設備管理表格，主要內容如下：

（1）實驗信息管理功能。 該模塊主要是用來管理人員輸入的實驗相關信息，包括實驗項目名稱、研究目的、研究方法和研究內容等。 也可以用導航欄來選取所要求選擇、更改和撤銷的實驗信息。

（2）學校查詢功能。 在此模塊中，可以對學生的個人基本情況進行查詢并輸出報告，同時可以進行添加、修改、刪除學生信息等操作。

（3）實驗數據管理功能。 該模塊主要是方便實驗管理人員掌握所有實驗的進行情況及結果，共有兩種功能：檢索和大數據分析。

（4）實驗中考勤信息管理功能。 此模塊能夠通過對學員的考勤狀況、儀器設備使用狀況等進行查詢、統計，并輸出報表。

（5）實驗預約記錄。 對預約實驗的時間進行登記，并錄入學員的姓名、所約定的實驗方式、實驗日期、所使用的實驗裝置等數據，并可產生預約結果報告。

1.2 LIMS 的分類管理與服務

首先，按照考勤的結果決定是否給予登錄系統；然后，通過用戶注冊后使用的賬號和口令進行對用戶的分類管理，例如不同對象可以進入不同的頁面，使用不同的服務。用戶需要填寫真實的口令方可登錄。 一旦注冊賬號在數據庫里不存在，系統就會提醒用戶是否重新進行注冊，如果用戶重新注冊則通過系統直接進入登錄頁面，系統會把學員的所有登錄資料都輸入到系統數據庫的相關數據中去。

使用實驗報告功能模塊時，系統會按照登錄的實際情況，在實驗報告中自動填寫包括學生的學號、名稱、年齡、學校等信息，同時填報實驗名稱、實驗目的、研究項目和關于實驗的其他資料。 手工填報涉及實驗中的所有數據和實驗結果，還有實驗曲線。 實驗曲線是在實驗時生成，并用文件格式存盤后貼進實驗報告中的。 實驗論文的結尾是撰寫每個學生的實驗心得。 不同類型的實驗會有截然不同的填寫內容。 完成后，登錄者可以直接進行上傳或打印輸出。

在修正實驗報告功能模塊中，學生可以對已進行的實驗報告進行修正。 在該模塊中，可選的實驗結果是學生自己進行的。 如果選中實驗，原來的實驗報告結果都會呈現出來，以便編輯。

在補做實驗功能模塊中，只有在獲得老師的授權并進行考勤后，實驗功能才會生效。 根據某種原因對所漏做的實驗加以補做。 在實驗報告上標明補做字樣，以區別正常實驗材料。

實驗成績檢索功能實現了對特定要求下學生實驗成績的檢索，能夠按照學號、實驗號和年齡三種要求進行檢索，可以顯示搜索結果，并能顯示相應的一些實驗成果、實驗時間及成果、補做及實驗教材的完成情況等內容。

考勤狀態查詢對已登錄學號的學生考勤狀態進行顯示，也可以查詢該班級的學生遲到情況并進行統計。

1.3 學校考勤刷卡設備

按照高校事先確定的當日所進行的實驗項目，在學校考勤刷卡頁面下對所有進入實驗室的學員實施考勤，當學員刷卡時，學校賬號、姓名、實驗編號、實驗項目名稱、實驗日期、刷卡日期等將存入學校考勤記錄表中，并且在刷卡頁面上顯示出來。 另外，為了更有效地進行系統的質量控制，由高校指定一個設備編號給該學員，以確定能夠使用的儀器設備。

1.4 系統在線幫助文件

包括系統的應用說明、實踐指導書等信息。

1.5 設備信息管理功能

對設備的產地和制造商、購買資金來源、購買時間、實際使用情況、當前所在位置、借用狀態、修理情況等信息進行全面的記載，并具備檢索、統計分析、研究報告等功能。

2 LIMS 的開發

整體的功能實現［3－6］如圖1 所示。

圖1 系統功能框圖

3 LIMS 的主要優勢

通過兩年的運營與應用，實驗室信息管理系統在功能和操作性等方面，比以往都有了較大改善。

3.1 利用互聯網，實現資源共享

目前，上海大部分院校采用的實驗室系統一般都是單機版的。 面對單機版的不足，實驗室首選網絡版的系統，主要基于以下兩個原因：首先，由于使用的平臺都是基于互聯網的，所以能用互聯網或裝有IE11 瀏覽器的計算機均可登錄該系統直接獲取信息而不受空間限制，從而充分發揮了網絡化優勢。 其次，突出了四級管理。

按照中國高校實驗室管理的特點，根據不同的管理層級將管理權限細分為四級。

（1）第一級別，系統管理員級的最高權限。 負責全年度實驗室管理工作，實驗室報告、系統通用信息、輔助數據庫管理、系統用戶信息管理中的所有信息錄入編輯與刪除的工作。 系統管理員的管理范圍包括了學校內各實驗室，而另外三種管理權限，則是由管理者所賦予的。

（2）第二級別，院級，使用范圍為校內所有的實驗室。僅擁有對本院實驗室的管理和通用查詢系統的操作權限，并且使用時間僅限定在本年度。

（3）第三級別，實驗室的管理人員可以錄入、更改或者撤銷該實驗室的信息。 只提供了在實驗室管理和通用查詢功能，并且使用時間不限制于當年度。

（4）第四級別，瀏覽查詢只能訪問系統的所有信息。本級權限雖然最大的目標也是全校實驗室，但只能實現一般的功能。 設立本級權限的用意是便于學院負責人以及學校其他職能部門收集所需信息。

四級共用一個數據庫，使各單位的聯系越來越強。 資源共享有助于提高工作效率和透明度。 不同身份的登錄界面不同，有強烈的針對性。 分級管理制度可保證數據的準確性與及時性。

3.2 通用查詢功能

實驗室信息管理系統的使用與否，很大程度上取決于用戶可否隨意“進出”。 在實踐工作中，往往要求對所有的信息進行綜合匯總、分類和計算，這就必須借助通用查詢系統。 為了使用簡便，將通用查詢系統內嵌到實驗室信息系統中。

實驗室信息管理系統中有四個基礎庫，即研究人員基礎數據庫、實驗室工程基礎數據庫、實驗項目管理數據庫和實驗室績效管理系統庫。 此外還有二十多個輔助信息庫，主要包含了學科代號、文化程度代號等多個代碼表。只要是基礎庫中存在的主要信息項目，系統操作者都能夠按照自身的需求給出檢索條件。 此檢索統計功能使用非常靈活。 例如，可以檢索2023 年北京某高校材料科學與工程學院中30～40 歲左右的博士和副教授情況，主要信息項目為名稱、性別、年級、學術級別、文化程度、所屬學科和所在實驗室。 Excel 具有龐大而豐富的圖表和統計功能，是系統最主要的辦公軟件。 通用檢索系統和Excel 的結合，大大提高了辦公效率。 人們能夠利用Excel 對檢索得出的結果做出數據分析，進行表格處理等。 在過去看起來很復雜的工作現在變得簡單多了，同時準確率明顯提高了。

3.3 數據并存，保證數據的一致性和完整性

實驗室管理工作主要涉及實驗室人員、管理實驗項目以及實驗室本身的管理工作，這三項都有著一個共同的特征，即年度性。 工作人員數量與管理實驗項目每學年都在變動，近年來院系調動比較頻繁也導致了實驗室每年有很大的變動。 系統各個年份的信息之間的關系是相互并行的，在實際工作中需要隨時查閱各個年份的情況，以便于進行數據比較分析［7－9］。 由于以往的系統中只能有一個年份信息，如果要查看該年份的信息，只能重新裝入備份后的年份信息，并且沖掉一些原始數據，在實際操作中十分不方便，也不安全。 所以，在開發更新管理系統時，經過反復討論和實踐，目前的技術可以較好地解決年度性的問題，各年度的數據同時存在，極大充實了數據庫的內容。

4 LIMS 應用的優點

4.1 LIMS 有利于管理保存

LIMS 系統能對各種資料實行統計管理，資料的輸入、存儲、管理與分配完全在統一的數據庫中完成，防止了信息流失和使用過程的多次重復［10］。 信息集中也為快速檢索與生成報表提供了一種快捷簡便的方法，同時利用相應的統計分析方法和趨勢圖來提高質量控制，具有傳統紙張保存方法無可比擬的優點。

4.2 LIMS 能有效提升傳輸速率

能夠接入數據分析儀表（如液相色譜儀、氣相色譜儀、天平等），進行解析統計信息的手動采集，降低手工記錄人的延誤，進而提升傳輸速率，同時節約了數據分析員的工作時間。 在收集解析統計信息時，LIMS 可以收集相應的環境數據信息，使得對統計信息的解析工作更為全面、可信。 統一消息服務（unified messaging service，UMS）能夠實現儀器設備維護，為儀器設備建立定期的校準計劃表來追蹤、記錄校準狀況。 UMS 能夠計算儀器設備的使用量，保證最大限度地使用儀器設備。

4.3 LIMS 擁有超強的報表能力

報告的類型可能是常規的檢測報表、研究報告，也可能是質量報表、管理報表等。 該報表不但可以簡單地反映出系統信息，還能對信息進行加工處理。 學習管理系統（learning management system， LMS）可選擇該流程的一個組成部分自動打印報表或以郵件和互聯網方式發出報表，及時、精確地反饋服務狀況。

4.4 LIMS 能保證信息真實并完整存儲

LIMS 的安全控制包括管理和用戶控制。 通過向用戶授權，可以監視并操縱某些特定信息。 在LIMS 中，任何一個使用都必須能設定使用授權，如不能給予使用者某些授權，相關的工作便不能進行。 檢測數據在傳輸時必須經過主管機構負責人才能審批，合理的審批制度也是一種先進LINS 技術所必須具備的［11－12］。

5 結語

綜上所述，計算機技術以及網絡通信技術的發展，極大推進了人類社會的前進步伐，使得全球各個行業的發展都得到了進步。 本文提出了一種基于客戶機／服務器的測試信息管理系統，以期在功能上滿足現階段實驗室管理的需求，并在今后的使用過程中持續改進，從而更有效地投入到實驗運用過程中，產生實際的經濟效益。