实验室信息管理系统整合的设计开发与应用

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[摘 要] 采用STARLIMS10.3版本软件，数据库采用Oracle RAC双机热备，对燕化公司原来分散建设的6套LIMS系统进行整合。对基础静态数据进行了标准化处理，开发了质量数据实时报警和确认功能，设计了满足不同管理需求的统计查询功能，为重组后的质检中心提供了统一的实验室信息管理平台，为提高燕化公司的质量管理工作水平提供了数据支撑。

[关键词] LIMS； 系统； 整合； 设计； 应用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 02. 065

[中图分类号] TP392 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）02- 0127- 04

0 引 言

石油化工行业的检验分析部门负责对原辅材料进行检验，对中间生产过程指标进行监测，以及产品出厂前的检验，是石化企业实行质量控制和管理的重要部门。实验室信息管理系统（Laboratory Information Management System，简称LIMS）是对实验室的人（人员）、机（仪器）、料（样品、材料）、法（方法、质量）、环（环境、通讯）进行全方位管理的信息系统，经过近20年的开发和应用，已成为支撑实验室正常运转、建立质量检验监督体系不可或缺的信息管理平台。

2011年，燕山石化公司采用STARLIMS软件，对专业化重组后的质检中心原来分散的6套LIMS系统进行整合升级，后台数据库软件采用统一版本的Oracle RAC[1]，前端采用STARLIMS V10.3，搭建了燕山石化公司统一的实验室信息管理系统。

1 业务现状分析

早在2003年，燕山石化公司先后在炼油厂、化工一厂、化工二厂、化工三厂、橡胶厂和聚酯厂，采用STARLIMS软件建立了6套实验室信息管理系统。随着燕山石化公司专业化重组的不断深入，原来分散建设使用的LIMS系统暴露出以下问题：

（1） 新成立的质检中心对原来各厂分析站的工作范围和职能进行了调整，比如，将原先分散在5个厂级质检站的水质分析业务，集中划归到新成立的第五质检站，实现了水分析业务的专业化管理，这样，第五分析站的分析数据要分别录入到以前两套LIMS系统中，形成了新的信息孤岛。

（2） 原来各套LIMS系统的查询权限与专业化重组后的单位不一致，造成生产厂查询的质量数据不全，或者需要登录两套系统查询相关数据，影响了质量数据的使用，降低了质量控制能力。

（3） 早期的LIMS系统有的是C/S架构，客户端维护工作量大，有的系统硬件老化，故障频发，影响了实验室工作的正常开展。

新成立的质检中心急需一套统一的信息管理平台，以辅助新单位开展相关工作。经过分析对比，决定采用STARLIMS V10.3，对原先6套LIMS系统进行整合升级，满足业务需要。

2 系统设计与开发要点

针对燕山石化公司检验分析业务，以及燕山石化质量管理的具体要求，在进行LIMS系统功能设计时，从静态数据标准化、检验分析流程规范化[2]、数据统计与查询可视化、实时质量数据报警等8个方面考虑，其中，在质量数据实时报警的设计和应用方面具有明显的燕化特色。在系统架构上也采用Oracle RAC双机热备等先进技术。下面将具体分析介绍。

2.1 静态数据的标准化

静态数据是指不随时间或其他数据变化而变化的数据，包括结构参数和功能参数。LIMS中的静态数据主要包括实验室样品、人员、组织等。结合燕山石化公司质检中心专业化重组后的变动情况，在LIMS系统整合设计中，我们对组织机构、系统用户、仪器设备、采样点等8个方面的基础静态数据进行了标准化。

（1） 组织机构。根据重组后的质检中心组织架构和职能分工，细化了班组和岗位，制定了统一的班组命名规则，在系统中配置了5个分站、30个班组的详细信息。

（2） 系统用户名。以前分散建设的各套LIMS系统，用户名的命名规则不统一。系统整合时，针对质检中心内部用户、查询用户以及其他用户，按照统一的名规则，分门别类建立了1 000多各类用户。

（3） 仪器设备。这部分是工作的难点，各站的仪器随着分站职能的调整发生了变化，需要把现在的存放位置和所属部门等信息录入到系统，同时，还需要对仪器进行编号，我们制定了统一的命名规则，对1 000多台仪器进行重新登记，建立了仪器设备的基础数据台账。

（4） 分析方法与标准。原来各个系统中的方法版本控制方法不同，这次系统整合时进行了统一，按照统一模式建立整理了1 000多个方法。

（5） 采样点和样品名称。对燕化公司范围内采样点进行了逐一确认，然后按照统一的命名规则在系统中建立了3 600多个采样点；并按照检测分析计划，梳理了3 800个检验计划；同时，为简化一线分析员下达任务，创建了1 000个自动登录模板。

（6） 原始记录。项目组按照国家实验室认可的标准要求，开发了自动生成原始记录的功能模块，增加了记录编号和温度计编号以及自动计算等功能，最大化地减少手工录入，并保证数据的可追溯性，在系统中建立了1 200个方法的原始记录模板。

（7） 合格证的内容和格式。按照实验室认可的要求，结合燕山石化的质量管理以及产品类别特点，在原来合格证的基础上增加了质量等级和分析方法等数据，开发出10个产品合格证模板和2个分析报告单模板，并可直接生成PDF格式，供销售部门打印作为发货依据。

（8） 仪器自动采集功能。把仪器采集的数据格式从原来的文本格式统一升级为PDF格式，使之包含方法信息、仪器参数、样品谱图和检测结果等信息，并存储在指定的文档服务器上，实现了统一管理。

2.2 检验分析流程的规范化

针对中间控制和半成品质量要求，设计并固化了检验分析审核流程。见图1所示中控和半成品检验分析流程设计图。

针对产品和原料质量要求，设计并固化了四级检验分析流程。见图2所示原料和产品检验分析流程设计图。

同时，在样品自动登录时，采用自动接收方式，在相应的岗位下创建分析任务。针对成品，对于成品样品，在三级审核通过后，系统可进行自动判定产品等级。对于需要手工判等的样品，系统提供了手工判等功能；对于同一个样品可生成多个等级的情况，系统可生成不同规格、不同等级的产品检验合格证。

2.3 质量数据实时报警功能

质量实时报警功能，是这次系统整合的设计重点和应用亮点，也是在系统投用后，使用最频繁、关注度最高的功能模块。根据燕化公司的质量管理要求，把分析数据分为炼油质量数据、化工质量数据、水质分析数据、动力分析数据、气体质量分析数据、原料质量数据、防腐检测数据和环保检测数据等8大类。检验分析数据经过审核后，如果超标，报警数据自动进入相关类别进行显示，同时在屏幕下方出现一条详细信息，点击即可查看具体信息；同时也可以点击相应的报警数据分类模块，查看细目。对于历史报警信息的历史值，可以查询过去2小时、4小时、6小时和8小时的历史记录，同时，对于每一条报警，都记录其区域、厂区、装置、采样点、采样时间、分析项目、分析结果等信息，点击这条记录，进入报警确认页面，输入检查人、密码和备注等信息后提交，该条报警将停止闪烁。如图3所示。

2.4 数据查询和统计的多样化

整合后的LIMS系统设计开发了数据查询模块，包括样品状态查询、样品台账、装置日报、查看合格证、产品合格率统计、装置合格率统计、质量统计以及生成质量控制图、相关性分析、质量实时报警等查询统计功能。

样品状态查询功能，为用户提供查看单个（多个）样品的功能，按照燕山石化质检中心组织机构的树形结构，用户可以查看样品的状态和个数，了解样品类型、采样日期、分析人员、审核人员以及原始记录的情况，主要方便质检中心内部查询使用[3]。

样品台账查询功能，主要查询用户为各个生产厂。按照属地原则，将每个生产厂管辖内的检验分析情况，按照原材料、中间控制和产品等分类组织起来，方便生产厂查询。生产厂用户还可以选取一段时间内的历史分析数据，利用系统的控制图功能，生成质量控制图，用以查看分析指标的波动情况。

装置日报查询模块，主要针对生产装置用户，并利用质检中心整合优势，把某个装置相关的原料、中间控制和产品数据，在一个界面上统一展示，同时根据石油化工生成流程，把上下游关联的分析数据，分别在上游产品和下游原料处同时显示，方便厂际间的质量控制。

查看合格证功能，根据燕山石化产品的种类，系统共涉及了13个产品合格证模板，统一了格式，规范了分析项目，

为了满足质量管理的要求，LIMS系统涉及开发了多种统计查询模块，以满足质量管理的多方面需求。

产品合格率统计模块，可以统计一段时间内，油品按照产品名称，化工产品按照牌号，可以统计出样品数量、合格数量和合格率[4]。装置合格率统计功能，可以按照产品名称和牌号，统计出一段时间内，分析频次和合格率。质量统计功能，主要针对产品和装置主要馏出口，可以统计出一段时间内，分析项目的最大值、最小值、平均值和标准方差等。相关性分析功能，支持不同采样点相同分析项目的相关性分析，生成相关分析图，横坐标是时间，纵坐标按需缩放。

2.5 报表开发注重实用性

新成立的质检中心要掌握整个燕化公司的质量监督情况，为此，项目组在LIMS系统中开发了燕山石化质检监督日报和周报，系统默认将前一天、前一周的产品检验分析情况汇总形成报表。

结合质检中心内部管理需求，系统还可以对各个分站的工作量、人员基本信息、仪器设备信息等进行查询统计，为开展有关管理工作提供支撑。

2.6 投诉功能

重组后的质检中心承担了一部分客户投诉的管理工作，为满足开展投诉管理的需要，LIMS系统中开发了投诉管理模块，实现客户投诉的建立、内部处理、处理结果审批等流程的网上运行，对产品和客户投诉工作的基础数据进行了电子化。

2.7 数据接口

针对仪器类别，系统定制开发了色谱分析仪等60多台仪器的数据自动采集接口，提高了仪器的利用效率，降低了手工录入造成的差错率。同时开发了与公司环保信息管理系统的数据接口，定期传送关于水质、VOC、VOD等环保分析数据，支撑环保信息管理系统生成环保日报，提高了数据共享水平。LIMS还开发了与生产执行系统（MES）的数据接口，把油品等物料的密度分析数据传送给MES，为MES计算罐量、进行物料移动计算提供了数据支撑。

2.8 系统可靠性

新整合的LIMS系统数据库采用Oracle的实时应用集群（Real-timeApplicationCluster，简称RAC）组成双机热备，RAC 负载均衡按照节点负载（逻辑读取）进行自动平衡，由于每个用户对数据库的请求造成的负载不同，所以监控到的数据库响应连接数会有漂移现象。应用服务器负载均衡是通过连接数进行平衡的，在客户端向虚拟IP发出连接请求时，NLB（网络负载均衡）会根据预设的策略将该请求转发至连接数最低的节点，并在连接会话存在期间一直指向这个节点。在客户端关闭连接会话时，当前节点将释放资源。

3 系统应用效果

（1） 燕山石化LIMS系统整合后，最具亮点的应用就是质量数据的实时报警功能。通过后台权限分配，质量报警信息将被分配到相关的生产厂和责任部门，并提供报警确认功能，督促生产单位及时关注质量数据，后来又开发了报警确认及时率考核模块，可以按照单位、定期对各单位报警确认情况进行考核，大大提高了干部职工的质量意识，改变了以前分析数据没人关注，质量问题采取事后补救的局面，质量问题大大减少，产品质量越来越平稳。

（2） 整合后的LIMS系统支撑了质检中心的业务调整。重组后水质分析集中到第五分站，如果没有统一的LIMS平台，该站的分析数据要分别进入原来的两个系统，但两个系统没有互联互通，信息孤岛影响了工作质量和工作效率。以前各个分析站只负责辖区内的检验分析，人为地把石油化工连续生产过程分为若干个阶段，LIMS系统整合后，统一的信息平台为连接各个断裂的流程共提供了手段，LIMS整合后，上游的成品分析数据直接发送到下游的原料分析数据查询模块，既减少了重复分析，也减少了数据纠纷[5]。

（3） 第三个应用亮点是实现了系统运行监控。整合后的LIMS系统后台数据库采用两台小型机IBMP550，数据库软件采用OracleRAC实现双机热备，前台应用采用4台HP服务器实现用户访问的负载均衡。为实时监控系统运行状态，开发了可视化的系统运行监控画面，为系统运维提供了监控工具，如图4所示。

4 结 语

燕化公司采用统一版本的B/S架构STARLIMS软件，后台数据库采用Oracle RAC 双机热备方式，对不同版本、不同架构的厂级LIMS系统进行整合，搭建了公司统一的实验室信息管理平台。设计开发的公司层面的质量数据报警和确认功能，提高了全公司的质量管理意识，促进了质量控制从以前的事后补救向事中监管转变，为提高公司的质量管理工作水平提供了有力的数据支撑。

主要参考文献

[1] 文平. Oracle大型数据库系统在AIX/UNIX上的实战详解[M]. 北京：电子工业出版社，2009.

[2] 张杰，包丹凤，梁金明. 实验室信息管理系统（LIMS）的二次开发与应用[J]. 广东化工，2011，38（11）：100-101.

[3] 顾琴，谢初南. LIMS在企业信息管理方面的应用研究[J]. 现代科学仪器，2012.

[4] 钱爱萍. LIMS系统的应用分析与展望[J]. 软件导刊，2009，78（12）：3-6.

[5] 樊庆远. 炼化企业实验室信息管理系统实施方法研究与实现[J]. 炼油与化工，2008，56（10）：44-47.