實驗室儀器設備信息化管理實踐探索

關鍵詞：儀器設備，信息化，管理

0 引言

儀器設備是實驗室生產經營活動中不可或缺的重要工具，儀器設備的管理水平直接影響著實驗室日常工作的效率和質量。隨著科學技術的迅猛發展，實驗室中儀器設備的種類繁雜、數量日益增多，設備功能更加高端化復雜化，對實驗室儀器設備的管理也變得越來越重要。傳統的實驗室儀器設備管理方式往往依賴于人工記錄、紙質檔案和簡單的電子表格，這種方式不僅效率低下，而且容易出錯，難以適應現代實驗室管理的需求。

隨著信息技術的快速發展，信息化智能化管理逐漸成為實驗室儀器設備管理的新趨勢。信息化智能化管理通過引入先進的信息技術手段，如物聯網（IoT）、無線射頻識別（RFID）、大數據等先進技術，實現對實驗室儀器設備的全面、高效、精準管理。本文旨在探討一種全面的信息化解決方案，以幫助實驗室管理人員更好地應對儀器設備管理中的挑戰，并利用技術創新推動實驗室管理向智能化、高效化方向發展。

1 實驗室儀器設備使用與管理背景

實驗室儀器設備不僅種類繁多，而且功能各異，對于實驗活動的順利開展和實驗結果的準確性起著關鍵作用。傳統的設備使用和管理方式往往依賴于人工記錄和操作，不僅效率低下，而且容易出現誤差。為了提高實驗室儀器設備的使用效率和管理水平，采用信息化管理手段成為了迫切的需求。

信息化技術的快速發展為實驗室儀器設備的使用和管理提供了有力支持。依靠先進技術可以實現對實驗室儀器設備的實時監控、智能調度和數據分析，從而提高設備的使用效率和管理水平；還可以幫助實驗室管理人員更好地了解設備狀態、使用情況和維護需求，為設備的維護和管理提供科學依據。

2 法律法規與相關標準對實驗室儀器設備管理的要求

為保證實驗室儀器設備管理活動的安全性、可靠性和科學性，國家出臺了包括《檢測和校準實驗室能力認可準則》（CNAS-CL01：2018）、《檢測和校準實驗室能力認可準則在校準領域的應用說明》（CNAS-CL01-A025：2022）、《測量設備期間核查的方法指南》（CNAS-GL042：2019）、《智能實驗室 信息管理系統 功能要求》（GB/T 40343-2021）、《檢測實驗室信息管理系統建設指南》（RB/T 029-2020）、《檢驗檢測機構資質認定評審準則》等多項標準和規范，對實驗室儀器設備管理活動提出了相應要求。

CNAS-CL01：2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》[1]對實驗室儀器設備的全生命周期活動提出了整體要求。

CNAS-CL01-A025：2022《檢測和校準實驗室能力認可準則在校準領域的應用說明》[2]對實驗室儀器設備的計量溯源性、檢測或校準物品的處置過程提出了要求。

CNAS-GL042：2019《測量設備期間核查的方法指南》[3]規定了實驗室不同類型儀器設備的期間核查方式。

GB/ T 40343-2021《智能實驗室 信息管理系統 功能要求》[4]規定了LIMS（Laboratory InformationManagement System，實驗室信息管理系統）應建立儀器設備管理數據庫和對儀器設備進行檢定/校準、期間核查的要求。

RB/T 029-2020《檢測實驗室信息管理系統建設指南》[5]對實驗室儀器設備管理內容給出了具體的指導建議。

《檢驗檢測機構資質認定評審準則》[6]規定了檢驗檢測機構應當對檢驗檢測數據、結果的準確性或者有效性有影響的設備（包括用于測量環境條件等輔助測量設備）實施檢定、校準或核查，保證數據、結果滿足計量溯源性要求。

3 實驗室儀器設備傳統手工管理方式

實驗室儀器設備的傳統手工管理主要指依賴人工記錄、人工調度和人工維護等方式來進行儀器設備的管理。這種方式在過去較長一段時間內，在實驗室管理中占據了主導地位，其具體表現形式如下：

（1）人工記錄：實驗室儀器設備的基本信息如儀器基本信息（如實驗室設備編號、設備名稱、生產廠家、生產日期、出廠編號、資產價值、固定資產編號、規格型號、外部形貌）、儀器技術參數（如工作原理、基本構造、分辨率、精度、環境要求、適用范圍、使用說明書）、檢定/校準（包含校準方案、檢定/校準計劃、證書及確認情況）、操作規程、期間核查和工作環境記錄、儀器使用記錄、維修和保養記錄、出入庫記錄（適用于在非固定場所檢測的儀器）、儀器配件的更替等[7]采用紙質臺賬或Excel表格形式記錄，更新和查詢需要手動操作，容易出現數據延遲或錯誤，而且存在字跡不清、記錄丟失或被篡改的問題。

（2）人工調度：實驗人員根據實驗需求，需要提前預約使用設備，通常通過公告欄、郵件或者口頭傳達等方式進行設備預約，接著依賴設備管理人員手動查找并調度設備，會出現設備空閑與過度擁擠并存的場景，存在設備調配不合理、使用沖突的問題。

（3）人工維護：設備的運行狀態、使用頻率、維修保養情況等均依靠人工觀察和記錄，缺乏有效的監控手段，設備的小故障可能被忽視，直到影響實驗結果時才被發現，設備異常時不能及時發現和處理，影響設備的正常運行和使用壽命；同時人工維護無法實現對定期維護和校準的自動化提醒，導致定期維護和校準也難以按計劃執行，影響實驗結果的準確性。

（4）決策分析：手工記錄的數據無法進行深入分析，實驗室管理人員只能基于經驗判斷和手工統計，難以從生產過程和歷史數據中提取如設備使用情況、設備故障率、設備壽命預測、資產折舊、成本效益分析等實驗室生產經營所需的關鍵數據。

盡管傳統的手工管理方式因其靈活性和簡便性，在許多小規模或資金有限的實驗室中依然廣泛使用，并能在一定程度上滿足這些實驗室的基本需求，但隨著實驗室規模的擴大和儀器設備數量的增加，手工管理的低效率和信息使用不便等缺陷開始顯現。這種管理方式難以滿足現代實驗室對于高效率、精確性和智能化的需求。

4 常見實驗室儀器設備信息化管理現狀

在當前科技迅猛發展的背景下，實驗室儀器設備信息化管理已經成為提升實驗室工作效率、優化資源配置、增強市場競爭力的重要手段。目前常見實驗室儀器設備信息化管理的情形如下：

（1）設備信息管理系統：不少實驗室已經采用了專門的儀器設備信息管理系統，實現了設備信息、使用情況、維護歷史等信息的電子化存儲與管理，可以便捷地錄入、更新和查詢設備的基本信息、技術參數、使用狀態、維修歷史等詳細數據，減少了數據丟失的風險，提高了儀器設備管理的準確性和實時性。

（2）設備預約排程：部分實驗室采用了智能化系統來管理設備的預約、調度和使用，實驗人員根據實驗需求通過管理系統在線預約儀器設備，系統通過分析實驗要求、儀器設備資質和狀態進行自動調度，避免儀器設備使用沖突，減少了人工干預帶來的不便和誤差，提高了儀器設備的使用率和工作效率。

（3）設備遠程監控：隨著物聯網技術的應用，實驗室管理人員可以遠程監控儀器設備的狀態，實時獲取儀器設備的運行數據，預警潛在故障風險，可實現儀器設備的預防性維護和按需保養，提高了儀器設備管理效率，確保了實驗結果的準確性。

（4）設備安全控制：部分實驗室開始實行智能化權限管理來實現如用戶認證、權限控制和數據加密等安全措施，通過系統確認用戶身份和操作權限，并結合線上培訓與考核機制，確保只有經過授權和培訓的人員才能使用特定設備，提升了實驗室安全性。

（5）設備數據分析：利用大數據分析和人工智能技術，對儀器設備的全生命周期管理中，采購、到貨、驗收、使用、維護、維修、報廢、調撥等每個環節產生動態數據和儀器設備出具的檢測數據、圖譜信息進行深入分析[8]，從而為設備的維護、升級和采購提供科學的決策支持。并且可以通過對接財務模塊，實現實驗室資產OHbx2SOVhlA4nZgFV9VlwiYDTl+5CU0GPyVabOzX/YM=盤點、折舊計算、效益評估等功能，為實驗室資源優化配置和成本控制提供了有力支持。

（6）設備協調共享：國家各級政府、國務院各部委、各直屬機構、各科研院所、檢測機構間跨學科、跨地域的設備共享平臺逐步興起，如科學技術部會同有關部門和地方組織建立的“重大科研基礎設施和大型科研儀器國家網絡管理平臺”[9]，使得實驗室間可通過信息化手段實現儀器設備的開放共享，促進了實驗室儀器設備資源的最大化利用和社會經濟效益的提升。

綜上所述，信息技術的應用為實驗室儀器設備管理提供了強大的技術支持，不僅提高了管理的效率和質量，還為實驗室工作帶來了全新的視角和可能性。隨著技術的不斷進步，未來的實驗室管理將更加規范化、智能化。

5 創新性實驗室儀器設備信息化智能化管理方案設計

在分析了傳統手工管理方式的局限性和當前實驗室儀器設備信息化管理現狀之后，本文提出了一種創新性的實驗室儀器設備信息化智能化管理方案，旨在通過深度融合信息技術與實驗室運營管理，實現儀器設備的全程、實時、高效的信息化智能化管理。

通過將實驗室儀器設備信息化系統與射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）和電子墨水屏技術相結合，實現實驗室設備的管理效率和監控能力的提升。

利用在實驗室儀器設備上部署具有RFID標簽的智能標簽，實現對設備的快速識別、定位和狀態跟蹤。RFID技術實現了管理人員在無需直接接觸或視線注視的情況下即可獲取設備信息，極大地簡化了資產追蹤和庫存管理流程。集成的電子墨水屏作為低功耗顯示界面，能夠持久地展示設備的必要信息，如設備狀態、使用指南和維護記錄等，以便用戶和管理者能夠迅速獲取關鍵數據。這種顯示屏不僅節省能源，而且即使在光線較強的環境下也清晰可見，有助于提升實驗室內部的信息可視化水平，通過無線網絡連接到實驗室儀器設備管理平臺，使得設備數據的收集、分析自動化，從而實現對實驗室設備全生命周期的智能管理。LIMS系統應用射頻識別（RFID）和電子墨水屏示意圖如圖1所示。

（1）射頻識別技術的應用：利用射頻識別（RFID）技術為實驗室儀器設備配備智能標簽，通過非接觸雙向數據通信來自動識別和追蹤貼有RFID智能標簽的設備，從而簡化設備登記、庫存盤點、出借和出歸還等管理流程[10]。應用主要包括以下幾個核心組成部分：

● RFID智能標簽：這些是附著在實驗室設備上的小型裝置，內含有一個芯片和天線，用于存儲設備的相關信息，如設備名稱、編號等，標簽可以編寫和修改信息。

● RFID讀寫器：讀寫器通過其射頻天線發出特定頻率的射頻信號，激活RFID智能標簽并與其進行通信。當RFID智能標簽進入讀寫器的射頻范圍時，會產生感應電流并激活，然后發送自身編碼的信息至讀寫器。

● RFID智能標簽管理系統：讀寫器接收到的標簽信息會傳輸給數據管理系統。系統負責對信息進行解碼、處理，并根據邏輯運算判斷標簽的合法性，并執行相應的數據處理和管理操作。

（2）系統通過上述RFID技術模塊的應用以實現下列場景功能：

● 設備登記：通過為設備貼上RFID智能標簽，將設備的名稱、類型、型號、生產日期、生產商、存放地點等信息錄入RFID智能標簽管理系統，實驗室管理人員可以使用讀寫器一次性掃描錄入這些信息，實現設備的快速、準確錄入，錄入后的數據會自動傳輸至數據庫管理系統，大大減輕管理人員的錄入工作量，并提高了數據的準確性和完整性。

● 庫存盤點：實現儀器設備的自動進出庫管理，通過RFID讀寫器，無需人工干預即可快速完成設備的入庫、出庫登記，大大提高了資產盤點效率和準確性。

● 設備借用與歸還：當實驗室人員借用設備時，通過掃描RFID標簽，系統自動記錄借用時間和借用者信息，歸還時同樣可迅速完成記錄更新，有效控制設備的流動情況。

● 實時位置定位：通過布置在實驗室內部的RFID閱讀器，可以實時追蹤設備的位置，便于了解設備是否在指定區域內，防止丟失或錯放。

● 設備維護與報廢：通過RFID智能標簽管理系統記錄設備的維護歷史、使用次數、使用時長等信息，有助于預判設備維護周期和報廢時間，及時安排維護保養或報廢處置。

● 設備權限控制：配合權限管理系統，只允許經過授權的人員通過RFID驗證后使用特定設備，增強了實驗室的安全性與設備使用的規范性。

（3）電子墨水屏的應用：也稱為E-Ink或電子紙，是一種模擬傳統印刷紙張的顯示技術。它利用微小的黑白色素粒子，通過電場的作用使其在屏幕上形成圖像，從而實現類似紙張的閱讀體驗。電子墨水屏技術具有高對比度、寬視角和抗眩光等特點，適應于各種光線環境，特別適合長時間靜態顯示信息；在實驗室儀器設備信息化管理方面具有顯著的優勢和應用潛力，其低功耗、高可讀性的特性使得電子墨水屏非常適合于實驗室環境下的設備信息展示和管理。同時電子墨水屏可以與RFID技術相結合，實現設備信息的動態更新。當RFID讀寫器掃描到設備RFID智能標簽時，電子墨水屏可以接收來自電子墨水屏控制系統的數據，并更新顯示設備的最新狀態或警告信息。這種集成使得設備信息的顯示不再是靜態的，而是可以根據實驗室管理需要實時變化，實驗室管理人員可以實時發布設備的維護信息、調度信息或安全警示，提高信息傳遞的效率和準確性，從而實現儀器設備管理中以下場景功能的應用。電子墨水屏標簽卡如圖2所示。

● 設備信息顯示：電子墨水屏能夠清晰、準確地顯示實驗室儀器設備的各種信息，包括設備名稱、型號、運行狀態、故障警告、維護提醒等。由于電子墨水屏具有類紙質的閱讀體驗和廣視角，使得實驗室人員在不同角度都能清晰讀取設備狀態，提高了信息的展示效果。同時通過觸摸屏實驗員可以輕松地對設備進行交互操作，如查詢設備信息、修改設備狀態等，提高了操作的便捷性。

● 實時動態更新：電子墨水屏支持實時動態更新功能，可以實時顯示實驗室儀器設備的最新狀態和數據，確保信息的實時性和準確性。如設備處于使用狀態時，電子墨水屏可以實時顯示使用時間、使用人員等信息；當設備需要維護時更新相關提示信息，確保管理人員能夠及時了解設備狀況并作出相應處理。

● 操作手冊顯示：電子墨水屏可以根據實驗需要顯示操作手冊、實驗流程、安全提示、校準信息等，減少紙質版說明書帶來的不便，幫助實驗人員減少操作錯誤；同時實驗結果也可以直接在屏幕上顯示，方便實驗人員把控實驗結果。

● 設備信息二維碼展示：電子墨水屏依據儀器設備編號動態展示設備信息二維碼，實驗人員只需利用手機或平板等移動設備掃描二維碼，就能獲取到更多最新、最準確的儀器設備信息，無需實驗人員手動輸入或查找，大大提高了工作效率。

通過這些創新方案的實施，預期能夠顯著提升實驗室儀器設備管理水平，為實驗人員提供更加便捷、安全和智能的工作環境，為高效率高質量出具檢驗檢測報告提供了更加堅實的保障。

6 結語

隨著科學技術以驚人的速度發展，信息化浪潮席卷各行各業，為社會進步注入了新的活力。實驗室儀器設備管理亦步入全新的發展階段，經歷著深刻的實驗室管理理念和方式變革。為適應信息化智能化時代的高標準與高要求，實驗室儀器設備管理必須積極擁抱互聯網、物聯網等先進技術，將信息化智能化手段融入日常管理，以實現設備資源的高效利用、精細管理與智能維護。