1.中國鋁業(yè)廣西分公司及其實驗室簡介
中國鋁業(yè)廣西分公司，是集礦山開采和氧化鋁、電解鋁生產(chǎn)于一體的國有控股特大型鋁冶煉聯(lián)合企業(yè)。分公司一期工程于1991年5月開工建設(shè)，建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)氧化鋁30萬噸、電解鋁10萬噸，總投資44.38億元，引進了法國、德國、美國、瑞典、丹麥、荷蘭等工業(yè)發(fā)達國家的先進技術(shù)和設(shè)備(系統(tǒng))，并集中國鋁業(yè)工業(yè)科研成果之大成，整體工藝技術(shù)裝備達到20世紀(jì)90年代先進水平。經(jīng)過不斷的技改和建設(shè)，截止至2012年底，公司主要產(chǎn)品有氧化鋁、鋁錠及鋁合金產(chǎn)品、碳陽極，具備年產(chǎn)鋁礦石500萬噸、氧化鋁250萬噸、電解鋁15萬噸的規(guī)模。
實驗室是分公司下屬于二級單位，是該企業(yè)從事物品質(zhì)量檢測的專業(yè)部門，擔(dān)負(fù)所有原輔料、中間控制、半成品及產(chǎn)品出廠的檢驗分析任務(wù)，日分析項目數(shù)據(jù)量超過3000個。化驗中心下設(shè)原料分析站、產(chǎn)品分析站、研發(fā)監(jiān)測站、設(shè)備維護站及環(huán)保分析站，員工158多人，各類儀器設(shè)備近60多臺。
2.需求的提出
實施(實驗室信息管理系統(tǒng)，Laboratory Information Management System ，LIMS)之前，實驗室各分析儀器分析數(shù)據(jù)分別存在各自系統(tǒng)，分析儀器彼此之間沒有連接，各業(yè)務(wù)分析數(shù)據(jù)的管理、應(yīng)用沒有統(tǒng)一完整的形式，大量的化驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作通過手工完成，不能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時;化驗數(shù)據(jù)超標(biāo)警示缺少有效的技術(shù)手段;工序能力定性分析數(shù)據(jù)收集困難，不足以支持工序能力分析成為長期制度化的考核手段?！靶畔⒐聧u”使各相關(guān)部門的使用極為不便，多系統(tǒng)的并存也加大了系統(tǒng)維護管理的成本及復(fù)雜度。隨著企業(yè)規(guī)模的增長，檢驗項目及檢驗分析指標(biāo)不斷增加，對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和報出時間的要求越來越嚴(yán)格，數(shù)據(jù)處理量急速增加，原來的管理模式在這種形式下已顯得不太適應(yīng)，需要采用一個信息技術(shù)手段，將實驗室的儀器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、日常管理信息系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)集成，形成實驗室綜合的管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)從檢驗計劃、樣品分析、結(jié)果審核，到數(shù)據(jù)存儲、處理、傳送、歸檔、儀器、物樣等的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能，最終形成從原料進廠到中間產(chǎn)品、成品出廠的全過程的質(zhì)量跟蹤和管理。
3.實驗室信息管理方案
為適應(yīng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，提升實驗室的綜合能力，決定引入LIMS，將信息技術(shù)與實驗室質(zhì)量保證體系有機結(jié)合，將質(zhì)量管理的諸多因素融入LIMS的流程中，集信息技術(shù)、儀器技術(shù)、分析測試技術(shù)與實驗室質(zhì)量管理體系相結(jié)合的新型管理模式，消除“信息孤島”，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，提高管理效率和工作效率，為自動化連續(xù)生產(chǎn)服務(wù)。
3.1.目標(biāo)設(shè)計
(1)建立遵循ISO9000和ISO/IEC 17025要求的優(yōu)良實驗室自動化運行體系，以程序化的方式將影響質(zhì)量的諸要素進行管理和控制，最大程度地減少人為因素的干擾，確保分析數(shù)據(jù)的真實可靠。
(2)通過對樣品的管理，規(guī)范檢驗工作流，以監(jiān)督實驗室管理規(guī)章制度的具體實施,并保證檢驗過程的可追溯性。
(3)實現(xiàn)對大部分符合條件的儀器的數(shù)據(jù)自動采集、自動處理數(shù)據(jù)的保存，并提高工作效率，減少手工錄入的錯誤。
(4)通過系統(tǒng)設(shè)定的質(zhì)量控制信息及統(tǒng)計分析，迅速地對不良質(zhì)量變化發(fā)出警告，防止異常情況的發(fā)生，防范不合格品的發(fā)生。
(5)通過對各種表單、報告、模板、工作流程、樣品、資源、方法標(biāo)準(zhǔn)等的客戶自定義，使用戶方便的完成日常工作的變更。
(6)通過B/S三層結(jié)構(gòu)模式，使各級管理者或相關(guān)單位能夠通過Intranet迅速地訪問和發(fā)布相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，取消人工開單和送單，提高質(zhì)量數(shù)據(jù)的傳輸速度和傳輸過程的安全性，加快響應(yīng)速度和決策速度，提高生產(chǎn)效率。
(7)通過對人員工作量、產(chǎn)值、出錯率的統(tǒng)計和相關(guān)成本核算，優(yōu)化實驗室人力資源的分配。
(8)通過對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、藥品、試劑等的管理及相應(yīng)的統(tǒng)計，和分析相關(guān)的成本核算，降低實驗室的材料費用。
(9)通過打印、Excel或數(shù)據(jù)庫等輸出的形式，可以對系統(tǒng)內(nèi)所有質(zhì)量記錄進行保存，滿足規(guī)范實驗室管理的要求。
3.2.功能設(shè)計
LIMS以理化實驗室管理為中心，將人員、儀器、試劑、方法、環(huán)境、文件等影響分析數(shù)據(jù)的因素有機結(jié)合起來，采用先進的計算機網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)接口、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的實驗室管理思想，組成一個開放體系，為實現(xiàn)分析任務(wù)網(wǎng)上分配、檢測數(shù)據(jù)自動采集、快速發(fā)布、信息共享、分析報告自動生成、質(zhì)量保證體系順利實施、成本嚴(yán)格控制、人員量化考核、實驗室管理水平整體提高等各方面提供技術(shù)性支持。根據(jù)實際情況，設(shè)計系統(tǒng)功能如下：
(1)檢測及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)管理：包含檢測標(biāo)準(zhǔn)、用作檢測標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及用于檢測和校準(zhǔn)的測量及檢測設(shè)備進行選擇、使用、校準(zhǔn)、檢查、控制和維護的管理;各產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)管理。
(2)樣品管理：自動對樣品進行編碼，并提供條形碼打印功能，幫助管理和跟蹤樣品的狀態(tài)及位置;記錄樣品相關(guān)的時間和處理人信息，包括采樣申請、采樣、化驗室收到樣品、化驗開始、化驗完成、化驗結(jié)果確認(rèn)等。
(3)檢測指示管理：根據(jù)生產(chǎn)組織計劃自動生成質(zhì)量檢測取樣和檢測項目。
(4)試樣委托管理：登記檢測項目并收集相關(guān)的信息，為檢測和報告的生成提供準(zhǔn)備;在實驗中指定樣品所需分析方法。支持樣本鑒別和跟蹤。
(5)檢驗進程管理：提供試樣全過程，包括取樣、樣品委托、加工、檢驗、化驗、判定等的所處環(huán)節(jié)及相應(yīng)結(jié)果、操作人員等信息。
(6)檢驗報告管理：委托檢測任務(wù)完成后，自動生成報告并打印、傳遞、管理。包括商檢報告的管理。
(7)檢驗臺賬管理：滿足實驗室認(rèn)可及質(zhì)量體系文件規(guī)定的所有記錄、臺賬管理要求。
(8)數(shù)據(jù)處理管理：將數(shù)據(jù)直接從分析儀器傳輸?shù)较到y(tǒng)中，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄錯誤的可能性。系統(tǒng)支持從儀器的工作站中導(dǎo)入結(jié)果文件。對于不能自動采集的儀器，提供人工錄入數(shù)據(jù)的合成功能。根據(jù)采集后的數(shù)據(jù)自動生成相應(yīng)的質(zhì)量記錄及判定所需要的檢測結(jié)果。
(9)檢驗設(shè)備管理：支持儀器維護和標(biāo)定;維護標(biāo)定計劃，記錄維護或標(biāo)定信息，提供預(yù)警功能。
(10)檢驗任務(wù)管理：從生產(chǎn)管理信息接收委托信息，自動生成檢驗任務(wù)。
(11)數(shù)據(jù)采集傳輸管理：根據(jù)委托信息，按照檢驗任務(wù)自動采集化驗室儀器的化驗數(shù)據(jù)，并將所有儀器的信息進行合成傳輸。
(12)安全管理：提供多種不同級別的安全機制，包括用戶驗證、權(quán)限控制表、連接級加密，保障檢化驗數(shù)據(jù)的安全可靠。
3.3.系統(tǒng)總體設(shè)計方案
(1)系統(tǒng)示意圖：
圖1 LIMS系統(tǒng)示意圖
(2)功能流程圖
圖2 化驗管理功能架構(gòu)
(3)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
圖3 LIMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
4.項目實施關(guān)鍵問題的解決
霍尼韋爾公司實驗室管理系統(tǒng)(LIMS)提供InstruMate接口，可將實驗室儀器化驗分析數(shù)據(jù)自動收集采集到LIMS系統(tǒng)平臺：①通過串口或并行端口進行數(shù)據(jù)采集，或者存在工作站時，通過讀取文件來進行數(shù)據(jù)采集;②數(shù)據(jù)處理，通過組態(tài)的方式將讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成軟件認(rèn)可的數(shù)據(jù)格式。同時，Business Highway XML產(chǎn)品化接口可實現(xiàn)LIMS與SAP系統(tǒng)的整合。
4.1.儀器集成：
LIMS實施的儀器數(shù)據(jù)的自動采集，即儀器接口，是LIMS系統(tǒng)中十分重要的模塊，也是衡量LIMS實施成功與否的一個重要指標(biāo)。但是由于儀器種類眾多，通訊協(xié)議紛繁復(fù)雜，儀器接口也成為LIMS實施的一個瓶頸，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①儀器數(shù)量及種類多，集成聯(lián)接較難。目前，采用RS232/RS485接口的儀器眾多，而一臺計算機通常只有一個S232/RS485接口，如果用一臺計算機控制一臺儀器，這樣會導(dǎo)致儀器控制成本太高。②接口程序操作復(fù)雜。接口程序的操作比較復(fù)雜也是很多用戶不愿意使用的原因之一。造成這方面的原因主要有兩點：一是接口程序與LIMS系統(tǒng)之間沒有無縫連接，造成了一些不必要的重復(fù)操作，如樣品號的重復(fù)輸入等;二是接口程序沒有與實驗室的實際工作流程相結(jié)合，人為增加了用戶操作的復(fù)雜度。
集成聯(lián)接需具備一定條件：①串口通訊，符合RS-232協(xié)議，如電子天平、光度分度計等 ②帶工作站軟件，并且可生成開放的數(shù)據(jù)格式。如島津、PE等大部分儀器。在實施初始化階段，著重對中心試驗室目前所使用檢測儀器進行接口調(diào)研，形成一份《監(jiān)控系統(tǒng)需求分析說明書》。
圖4 接口調(diào)研匯總表
4.2.解析整合
Honeywell的LIMS在儀器聯(lián)結(jié)方面則只提供一個通過接口處理就完成常規(guī)設(shè)備數(shù)據(jù)采集與上傳設(shè)置。在LIMS中，儀器聯(lián)結(jié)被分為兩個簡單的部分。第一部分也稱為解析(Parsing)部分，是讓用戶通過界面簡單的設(shè)置，從儀器或第三方應(yīng)用軟件的輸出文件中提取相關(guān)數(shù)據(jù)。第二部分也稱為映射(Mapping)部分，是將前一步解析所得的數(shù)據(jù)映射上傳到LIMS庫中。這種儀器聯(lián)結(jié)方式完全實現(xiàn)了自動數(shù)據(jù)采集并減少了手工抄錄可能帶來的錯誤。
圖5 LIMS數(shù)據(jù)映射關(guān)系
圖6 解析設(shè)置流程
5.效益分析
LIMS系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運行考驗，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)處理快速，用戶界面友好，操作簡單方便，徹底改變了十多年的傳統(tǒng)實驗室管理模式，并在以下方面取得了顯著成效。
(1)規(guī)范了檢測工作流程
為了適應(yīng)LIMS運行的需要，化驗中心重新修訂了管理制度和工作流程。LIMS系統(tǒng)為每個檢驗樣品在實驗室的流轉(zhuǎn)建立了嚴(yán)格程序，流程式管理方法及工作痕跡記憶功能，使實驗室管理人員對實驗室的每個情況了如指掌。LIMS系統(tǒng)的實施使質(zhì)量管理體制在生產(chǎn)-化驗分析-質(zhì)量管理-產(chǎn)品出廠各個環(huán)節(jié)更加緊密，帶動了管理的全面提升。
(2)提高檢驗數(shù)據(jù)可靠性，實現(xiàn)了質(zhì)量數(shù)據(jù)共享
LIMS系統(tǒng)記錄了每個檢驗數(shù)據(jù)的原始信息，數(shù)據(jù)計算、處理全部實現(xiàn)自動化，減少了人為產(chǎn)生差錯的現(xiàn)象，對數(shù)據(jù)產(chǎn)生的所有環(huán)節(jié)可進行溯源，確保了數(shù)據(jù)的可靠性，使實驗室在客戶心目中樹立了良好信譽，增強了市場競爭能力。LIMS系統(tǒng)給各級人員創(chuàng)造一個功能強大、方便實用的質(zhì)量信息平臺，生產(chǎn)單位及管理部門可通過系統(tǒng)瀏覽到檢驗數(shù)據(jù)，質(zhì)量管理部門可通過LIMS進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、質(zhì)量判定、自動生成產(chǎn)品質(zhì)量合格證等。數(shù)據(jù)傳遞快、信息流通廣、很大程度上縮短了裝備生產(chǎn)的調(diào)整時間，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)依據(jù)，以便及時做出生產(chǎn)優(yōu)化決策，減少不合格品的出現(xiàn)，生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。
(3)實驗室實現(xiàn)了規(guī)范化管理，為質(zhì)量管理提供了支持
對實驗室按照實驗室管理體系標(biāo)準(zhǔn)進行管理，以程序化方式規(guī)范質(zhì)量檢驗和質(zhì)量管理工作流程，建立起快速高效的質(zhì)量管理信息化平臺，提高了實驗室的管理水平。LIMS提供了強大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和查詢功能，并且數(shù)據(jù)存儲時間長，用戶界面友好，查詢操作簡便，查詢方式靈活。對采樣點的數(shù)據(jù)可以自動生成選擇時間內(nèi)的控制圖，重要采樣點的數(shù)據(jù)可以靈活定制相關(guān)圖、控制圖和直方圖，為生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制、質(zhì)量分析提供了技術(shù)支持。
(4)提高檢驗數(shù)據(jù)采集自動化水平，提高實驗室管理效率，降低實驗室運行成本
LIMS系統(tǒng)將具有標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件接口的檢測儀器與LIMS 直接連起來，實現(xiàn)大批量分析數(shù)據(jù)的自動采集，縮短了檢驗數(shù)據(jù)的產(chǎn)生周期，提高了檢驗數(shù)據(jù)采集自動化水平。LIMS的實施，使質(zhì)量信息傳遞更加方便快捷，提高了資源利用率，減少了人工作業(yè)的繁雜重復(fù)勞動。對實驗室所有試劑、物品等材料的出入庫進行嚴(yán)格管理，建立合理的庫存量，加強成本考核，降低實驗費用。LIMS自動生成各類報表，如分析報告單、原始記錄單、質(zhì)量日報等，并通過網(wǎng)絡(luò)進行傳送，避免打印和人工傳遞，實現(xiàn)了無紙化辦公。
6.結(jié)論
實驗室信息化建設(shè)是大勢所趨，LIMS能顯著提高實驗室管理水平;LIMS是信息技術(shù)與先進管理理論融合的產(chǎn)物，因此LIMS的實施不但是系統(tǒng)的使用，而且是先進管理理論的實踐。所以，只有配之以相應(yīng)的管理制度建設(shè)，才能成功實施LIMS;
參考文獻：
[1] 曾崢.電解鋁企業(yè)信息管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J]。有色金屬信息2012，(增刊)：9-15.
[2 曾崢.鋁工業(yè)企業(yè)理化試驗信息系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J]。2012，(增刊)：262-268.
聲明：
“LIMS在中國鋁業(yè)廣西分公司的應(yīng)用” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：北京安泰科信息開發(fā)有限公司
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2025年03月25日 ~ 27日 
