淺論質檢院儀器設備數字化升級

符浩 任藝 張浩

摘 要：云南省質檢院計劃在2025年前后搬遷至呈貢新基地，屆時將對儀器設備的管理方式進行數字化升級，將粗獷的線 下管理模式改為精細的線上管理模式。除基礎的設備信息維護功能外，本次升級的重點是新增儀器設備數據采集和儀器 動態分配的功能，并將其集成至LIMS（Library Information Management System），從而提高儀器設備的使用效率。本 文從設備布局、軟硬件部署和制度建設三個角度分別闡述升級策略，并對兩大功能的實施預案做簡要分析。

關鍵詞：LIMS，設備管理，數據采集，動態分配

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.03.032

0 引 言

云南省質檢院早期LIMS只專注于檢驗檢測的流 程流轉，主要包括接樣、下單、分派、檢驗、審核、簽 發等，近期LIMS升級拓展了很多外圍輔助功能，例 如樣品管理、抽樣管理、在線接樣、報告在線查詢、 短信通知、統計查詢等，這些功能已經能較好地滿足 目前的業務需求。隨著新基地的建設完成，云南省 質檢院分散的三個檢驗區將合并在一起，以方便統 籌管理，合并后有很多方面需要改進與升級，從質量 管理和信息化建設的角度看，儀器設備的數據采集 和動態分配將是LIMS下一次數字化升級的重點。

1 設備布局

云南省質檢院目前設有3個檢驗區，分別為教 場路檢驗區、劉家營檢驗區和經開區檢驗區；共計 9個檢驗所，分別為食品所、化工所、電子所、輕工 所、機械所、工程所、纖檢所、石化中心、汽配中心。 每個檢驗所都是按樓層獨立劃分，所有儀器設備都 是歸屬到具體的檢驗所，檢驗所與檢驗所之間不存 在儀器交叉混用的情況。各個檢驗所下屬有若干 檢驗科室，科室間可能存在儀器混用的情況，混用 時主要依賴內部人員的溝通。這種布局方式最大的 優點是主責劃分明確，即每個檢驗所對其所屬儀器 設備具有獨立的使用權和維護責任；但是缺點也很 明顯：一是同一類儀器的分散布局不利于集中式數 據采集，二是不同檢驗所對同一儀器的使用頻次不 同，導致某一檢驗所某種儀器可能不夠用而另一檢 驗所卻在閑置。

未來三個檢驗區要集中搬遷至新基地，儀器設備 也將重新布局，為克服以上缺點，預設布局策略如下：

（1）將儀器設備按使用屬性，分為共享儀器和 獨享儀器，對于其使用權和維護責任，獨享儀器劃 歸檢驗所，共享儀器劃歸設備部；

（2）對于共享儀器（例如質譜儀、液相色譜儀 等），按儀器功能細分，將同一類儀器部署于同一檢 驗室或相鄰檢驗室，對于獨享儀器，原則上按功能 大類與共享儀器統一部署，除非檢驗所提出單獨部 署的需求。

設備布局的總體思想是“物以類聚”[1]，然后再 二次分配給各個檢驗所，通過監控以及標簽等方式 劃分權責。這種布局方式以儀器的統一管理為出發 點，可以給后期的使用與維護帶來很大的便利。

2 軟硬件部署

2.1 網絡規劃

核心機房部署有LIMS服務器和數據采集服務 器，為保證每個終端都可以與之聯通，每個檢驗室 都會配備2至4個網口，如果網口不夠用，可以添加小 型交換機以拓展接入設備，網絡的具體預設布局策 略如下：

（1）對于物理連線方式，每一層樓的所有終端 電腦連接到樓層交換機，每一棟樓的各層交換機匯 總到樓棟交換機，各個樓棟的交換機再匯總到中心 機房的核心交換機；

（2）網段采用C類局域網段，網關按不同樓號 與樓層配置，例如A棟3層設為192.168.13.1，B棟4層 則設為192.168.24.1，倒數第二個字段的第一個數字 表示樓號，第二個數字表示樓層；

（3）子網掩碼統一設置為255.255.255.0，即采 用24位的IP，不同樓號不同樓層的終端IP只有最后 一個字段可以變動，范圍為2至254；

（4）IP地址按辦公類、儀器設備類劃分，辦公 類終端數量較多，段域劃為101至254，儀器設備類 的段域劃為2至99，并將每個終端分配到的IP與房 間號做好關聯與記錄；

（5）當儀器與配套電腦采用專用數據線相連 時，通過電腦網口與數據采集服務器相連，當儀器 與配套電腦通過網口相連時，需對電腦加裝PCIE網 卡，配置好儀器IP與本機IP后再與數據采集服務器 相連。

上述方案有以下幾個優點：一是網絡布局清晰 明朗，即使未來引入三級網絡等級保護，也不需要 大的改動；二是拓展性較強，終端數量超標后，更 改IP配置相對便捷，能實現快速實施與部署；三是 權責明確，便于溯源管理。

2.2 服務器架設

目前云南省質檢院為LIMS搭建了一臺內網業務 服務器，同時搭建了運行于公網環境的報告在線查 詢服務器和在線下單服務器，搬遷至新基地后，為 滿足儀器數字化升級的需求，還需搭建數據采集服 務器[2]，服務器的具體預設部署策略如下：

（1）運行于內網環境，通過核心交換機連接各類儀器與LIMS服務器；

（2）通過物理網閘卡與公網隔離，與公網沒有 任何數據交互；

（3）設立備份服務器，一旦主服務器宕機，備 份服務器立即接管。

除上述規劃外，中心機房按照網絡安全等級保 護2.0的要求進行建設，從硬件層面對儀器設備的 數字化升級提供支持保障。

2.3 LIMS功能建設

以上兩小節主要討論了硬件基礎規劃與建設的 策略，但此次數字化升級的重點依然在軟件端，下 面分別論述數據采集服務和儀器動態分配的軟件 功能建設。

2.3.1 數據采集服務

數采設備的采集端口通常都是以太網口，分配 好IP地址后通過網線可以聯接到數據采集服務器， 服務器內有專業的系統化采集軟件，它們可以實時 監控儀器的狀態并讀取儀器的檢驗數據。一般采集 端口有通用的行業標準，采集軟件也有成熟的市場 應用，所以數據采集服務器端軟件無需自主開發。 而LIMS屬于各個檢驗單位的定制化產品，并且負 責與用戶端的交互，因此，數采功能的實現需要在 LIMS端做二次開發[3]，主要開發項如下：

（1）模板制作

目前LIMS的檢項數據都是通過檢驗員手動錄 入的方式完成，未來將通過數據采集服務器拉取 數據，所以需要制作檢項數據模板。由于一份報告 可能由不同檢驗所的不同科室共同完成，而各個檢 驗所或科室有自己的排版標準，所以模板的建立以 檢項為最小編輯單元，以科室劃分歸類，數據格式 盡可能統一，例如字符類數據統一使用EXCLE處 理，圖表類數據使用JPEG標準并指定其大小。

（2）數據讀取

數據采集服務器采集到檢驗完成的實驗數據 后，將數據存儲在數據庫內，LIMS需要按照數據采 集服務器設定的接口讀取數據，考慮到數據讀取操 作可能是高并發的，為提高讀取效率，規定最小讀 取單元為一個完整的檢驗項目數據表。

（3）字段匹配

LIMS需要將從數據采集服務器讀取到的數據 表做二次解析，首先將檢驗科室制作的EXCEL模 板表格標簽化（選定特定單元格并注入標簽），然 后依次讀取數據表，同時檢索EXCEL內的標簽，匹 配成功則自動填充數值；對于圖像數據，則將表格 化后的WORD模板也標簽化，標簽內容為圖像索引 號，按匹配次序依次填充圖像。

（4）生成日志

日志可以記錄一次檢項數據生成的輔助信息， 例如儀器信息、拉取時間、檢驗員信息等，若某次 數據拉取失敗，需要調閱儀器記錄并手動填寫檢項 數據時，檢驗員需發起申請，待批準后方能錄入數 據，同時日志會記錄錄入人、錄入時間等關鍵信息， 作為溯源追責的重要依據。

（5）耗材統計

除檢項數據外，某些儀器還支持耗材數據匯總 功能，LIMS可在儀器設備管理模塊里加入耗材統 計功能，通過讀取儀器的耗材使用情況，不僅能提 醒檢驗員及時添加輔料，而且方便后期的物料管理 及其成本核算。

（6）消息通知

數據采集服務器接收到儀器的檢驗完成信號 后，會調用數據讀取接口讀取實驗數據并將其存儲 于數據庫，同時會向LIMS推送檢項已完成的消息， 當檢驗員登錄LIMS時，可以查看到檢項的具體狀 態，若狀態為已完成，則表示可以拉取檢項的明細 數據。

2.3.2 儀器動態分配

各個檢驗科室對同一類儀器的使用時間不同， 可能造成設備的緊俏或空閑，從而造成設備資源的 浪費，儀器設備的按類布局和數據采集服務器讀取 的設備狀態信息，是LIMS實現儀器動態分配的基 礎。有了儀器的動態分配功能，各個檢驗所、檢驗科室間可以以共享的方式使用儀器，將其使用率最大 化。為實現此功能，LIMS端需要二次開發儀器動態 分配模塊，以支持檢驗員操作與調度儀器的使用[4]。

開發的主要內容如下：

（1）狀態監控

LIMS可以向數據采集服務器發送查詢指令，指 令分為范圍查詢和單例查詢，使用范圍查詢時，數 據采集服務器可以返回查詢范圍內儀器的基本狀 態，即空閑或忙碌，對于某個具體的儀器，可以使用 單例查詢，此時數據采集服務器返回指定型號儀器 目前的詳細狀態，例如使用狀態、剩余時間、材料 消耗等。

（2）任務預約

目前各類儀器都是檢驗員以先來后到的方式 直接使用，雖然操作便利，但是制度管理上很不規 范。未來引入儀器動態分配功能后，檢驗員在LIMS 上查看到分派的檢項后，若要使用連接了數據采集 服務器的儀器，應收到提示，要求檢驗員先預約再 使用，即使此時儀器的狀態為空閑，也需要預約。如 果要使用狀態為忙碌的儀器，系統則會登記預約， 并且估算出大致剩余時間，方便檢驗員靈活安排任 務的檢驗時間。

（3）任務復用

LIMS對儀器預約進行匯總后，可以通過算法發 現：對于同一類儀器，不同科室不同樣品可能要檢 驗的項目是相同的，而且前后預約時間相差不大。 此時LIMS應向檢驗員發送建議，一是建議在有余 樣或備樣的前提下可以盡可能的使用某一臺儀器 做檢測，二是建議前后時差小的檢測歸并到新的時 間點一起做檢測。假如某次檢測的結果不合格，則 使用余樣或備樣再分不同的儀器獨立檢測，如此雖 然消耗了雙倍的時間與耗材，但不合格畢竟是小概 率事件，總體上復用能夠提高儀器的使用效率。

（4）任務調度

云南省質檢院有時會接收到政府或市場監督 管理局下發的突擊抽檢任務，而且要求以最快的速 度出具檢驗報告，此時則需要調度使用儀器。首先 需要檢驗員通過LIMS查詢各個儀器的剩余估算時 間，接著確定某儀器對應的樣品是否留有備樣或余 樣，然后確定該儀器對應檢項任務的緊急度，最后 選定出可終斷的儀器。檢驗員向LIMS發送該儀器終 斷檢測任務的指令并填寫好備注，批準后LIMS將 會向數據采集服務器發送終斷指令，此時，LIMS會 重置檢項任務且數據采集服務器也將重置儀器使 用狀態，檢驗員可以清理儀器并將其用于緊急任務 的檢驗。

3 制度建設

儀器設備的數字化升級，不僅需要基礎的軟 硬件支持，還需要完善的制度保障，有了健全的管 理制度，數字化升級才能有章可循，在軟硬件設計 時，不論整體邏輯框架還是各個流轉細節才能有明 確的實施方案。以下從管理主權、責任歸屬和數據 安全三個方面分別討論。

3.1 管理主權

對于檢驗檢測的各類儀器設備，云南省質檢院 當前的制度規定：所有權歸單位，分派給某個檢驗 所后，該檢驗所享有使用權并負責其保養與維護， 其他檢驗所無權使用。未來搬遷至新基地后，由于 大部分采儀器都是共享使用方式，所以共享儀器應 統一歸并設備部管理；對于獨享儀器和沒有接入數 據采集系統的儀器，依然歸各個檢驗所單獨管理， 同時禁止隨意串用。

3.2 責任歸屬

對于非共享儀器，依然采用誰使用誰負責的 管理辦法，儀器的日常維護與保養由檢驗所自行承 擔，若出現人為惡意損壞，則由檢驗所內部追責后 上報單位。對于共享儀器，維護與保養由設備部承 擔，若存在儀器的惡意使用或故意破壞，則可調取 數據采集服務器或LIMS的日志查看最后使用人，同 時結合監控設備快速定位到責任人。

3.3 數據安全

引入數據采集服務后，原則上檢驗員將不能手 動修改從服務器拉取的任何檢驗數據[5]，某些特殊 情況下確有修改需求，也要通過提交申請的方式。 此外，嚴禁賬號混用（檢驗員甲登錄檢驗員乙的賬 號進行操作），一旦發現，賬號對應者將為第一責任 人，賬號登陸者將作為第二責任人，上報質管部嚴 肅處理。

4 結 語

目前大部分檢驗檢測機構的LIMS都缺乏數據 采集服務和儀器動態分配功能，云南省質檢院也不 例外，本文從基礎設施、軟硬件以及制度建設三個 方面詳細論述了儀器設備數字化升級的各項策略， 可以作為云南省質檢院搬遷新基地后高效使用儀器 設備的遠景規劃。

參考文獻

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吳湘寧，彭建怡，羅勛鶴，等.高校大數據實驗室及實驗體 系的規劃與建設[J].計算機系統應用，2020，29（11）：47-56.

作者簡介

符浩，本科，助理工程師，主要研究方向為實驗室信息系統 及其質量管理。

任藝，碩士，高級工程師，主要研究方向為實驗室信息系統 及其質量管理。

張浩，本科，工程師，主要研究方向為實驗室信息系統及其 質量管理。

（責任編輯：張瑞洋）