1.中國鋁業廣西分公司及其實驗室簡介
中國鋁業廣西分公司，是集礦山開采和氧化鋁、電解鋁生產于一體的國有控股特大型鋁冶煉聯合企業。分公司一期工程于1991年5月開工建設，建設規模為年產氧化鋁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、荷蘭等工業發達國家的先進技術和設備(系統)，并集中國鋁業工業科研成果之大成，整體工藝技術裝備達到20世紀90年代先進水平。經過不斷的技改和建設，截止至2012年底，公司主要產品有氧化鋁、鋁錠及鋁合金產品、碳陽極，具備年產鋁礦石500萬噸、氧化鋁250萬噸、電解鋁15萬噸的規模。
實驗室是分公司下屬于二級單位，是該企業從事物品質量檢測的專業部門，擔負所有原輔料、中間控制、半成品及產品出廠的檢驗分析任務，日分析項目數據量超過3000個?；炛行南略O原料分析站、產品分析站、研發監測站、設備維護站及環保分析站，員工158多人，各類儀器設備近60多臺。
2.需求的提出
實施(實驗室信息管理系統，Laboratory Information Management System ，LIMS)之前，實驗室各分析儀器分析數據分別存在各自系統，分析儀器彼此之間沒有連接，各業務分析數據的管理、應用沒有統一完整的形式，大量的化驗數據統計工作通過手工完成，不能保證數據的準確、及時;化驗數據超標警示缺少有效的技術手段;工序能力定性分析數據收集困難，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”使各相關部門的使用極為不便，多系統的并存也加大了系統維護管理的成本及復雜度。隨著企業規模的增長，檢驗項目及檢驗分析指標不斷增加，對數據的準確性和報出時間的要求越來越嚴格，數據處理量急速增加，原來的管理模式在這種形式下已顯得不太適應，需要采用一個信息技術手段，將實驗室的儀器、數據處理系統、日常管理信息系統通過計算機網絡集成，形成實驗室綜合的管理信息系統，實現從檢驗計劃、樣品分析、結果審核，到數據存儲、處理、傳送、歸檔、儀器、物樣等的業務應用功能，最終形成從原料進廠到中間產品、成品出廠的全過程的質量跟蹤和管理。
3.實驗室信息管理方案
為適應生產業務的高速發展，提升實驗室的綜合能力，決定引入LIMS，將信息技術與實驗室質量保證體系有機結合，將質量管理的諸多因素融入LIMS的流程中，集信息技術、儀器技術、分析測試技術與實驗室質量管理體系相結合的新型管理模式，消除“信息孤島”，優化業務流程，提高管理效率和工作效率，為自動化連續生產服務。
3.1.目標設計
(1)建立遵循ISO9000和ISO/IEC 17025要求的優良實驗室自動化運行體系，以程序化的方式將影響質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，確保分析數據的真實可靠。
(2)通過對樣品的管理，規范檢驗工作流，以監督實驗室管理規章制度的具體實施,并保證檢驗過程的可追溯性。
(3)實現對大部分符合條件的儀器的數據自動采集、自動處理數據的保存，并提高工作效率，減少手工錄入的錯誤。
(4)通過系統設定的質量控制信息及統計分析，迅速地對不良質量變化發出警告，防止異常情況的發生，防范不合格品的發生。
(5)通過對各種表單、報告、模板、工作流程、樣品、資源、方法標準等的客戶自定義，使用戶方便的完成日常工作的變更。
(6)通過B/S三層結構模式，使各級管理者或相關單位能夠通過Intranet迅速地訪問和發布相關的數據和信息，取消人工開單和送單，提高質量數據的傳輸速度和傳輸過程的安全性，加快響應速度和決策速度，提高生產效率。
(7)通過對人員工作量、產值、出錯率的統計和相關成本核算，優化實驗室人力資源的分配。
(8)通過對標準物質、藥品、試劑等的管理及相應的統計，和分析相關的成本核算，降低實驗室的材料費用。
(9)通過打印、Excel或數據庫等輸出的形式，可以對系統內所有質量記錄進行保存，滿足規范實驗室管理的要求。
3.2.功能設計
LIMS以理化實驗室管理為中心，將人員、儀器、試劑、方法、環境、文件等影響分析數據的因素有機結合起來，采用先進的計算機網絡、外設接口、數據庫技術和標準化的實驗室管理思想，組成一個開放體系，為實現分析任務網上分配、檢測數據自動采集、快速發布、信息共享、分析報告自動生成、質量保證體系順利實施、成本嚴格控制、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性支持。根據實際情況，設計系統功能如下：
(1)檢測及產品標準管理：包含檢測標準、用作檢測標準的標準物質以及用于檢測和校準的測量及檢測設備進行選擇、使用、校準、檢查、控制和維護的管理;各產品標準管理。
(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及位置;記錄樣品相關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、化驗結果確認等。
(3)檢測指示管理：根據生產組織計劃自動生成質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的信息，為檢測和報告的生成提供準備;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、判定等的所處環節及相應結果、操作人員等信息。
(6)檢驗報告管理：委托檢測任務完成后，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：滿足實驗室認可及質量體系文件規定的所有記錄、臺賬管理要求。
(8)數據處理管理：將數據直接從分析儀器傳輸到系統中，避免出現轉錄錯誤的可能性。系統支持從儀器的工作站中導入結果文件。對于不能自動采集的儀器，提供人工錄入數據的合成功能。根據采集后的數據自動生成相應的質量記錄及判定所需要的檢測結果。
(9)檢驗設備管理：支持儀器維護和標定;維護標定計劃，記錄維護或標定信息，提供預警功能。
(10)檢驗任務管理：從生產管理信息接收委托信息，自動生成檢驗任務。
(11)數據采集傳輸管理：根據委托信息，按照檢驗任務自動采集化驗室儀器的化驗數據，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、權限控制表、連接級加密，保障檢化驗數據的安全可靠。
3.3.系統總體設計方案
(1)系統示意圖：
圖1 LIMS系統示意圖
(2)功能流程圖
圖2 化驗管理功能架構
(3)網絡結構圖
圖3 LIMS網絡結構
4.項目實施關鍵問題的解決
霍尼韋爾公司實驗室管理系統(LIMS)提供InstruMate接口，可將實驗室儀器化驗分析數據自動收集采集到LIMS系統平臺：①通過串口或并行端口進行數據采集，或者存在工作站時，通過讀取文件來進行數據采集;②數據處理，通過組態的方式將讀取的數據轉換成軟件認可的數據格式。同時，Business Highway XML產品化接口可實現LIMS與SAP系統的整合。
4.1.儀器集成：
LIMS實施的儀器數據的自動采集，即儀器接口，是LIMS系統中十分重要的模塊，也是衡量LIMS實施成功與否的一個重要指標。但是由于儀器種類眾多，通訊協議紛繁復雜，儀器接口也成為LIMS實施的一個瓶頸，主要體現在以下幾個方面：①儀器數量及種類多，集成聯接較難。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，這樣會導致儀器控制成本太高。②接口程序操作復雜。接口程序的操作比較復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系統之間沒有無縫連接，造成了一些不必要的重復操作，如樣品號的重復輸入等;二是接口程序沒有與實驗室的實際工作流程相結合，人為增加了用戶操作的復雜度。
集成聯接需具備一定條件：①串口通訊，符合RS-232協議，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據格式。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研，形成一份《監控系統需求分析說明書》。
圖4 接口調研匯總表
4.2.解析整合
Honeywell的LIMS在儀器聯結方面則只提供一個通過接口處理就完成常規設備數據采集與上傳設置。在LIMS中，儀器聯結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置，從儀器或第三方應用軟件的輸出文件中提取相關數據。第二部分也稱為映射(Mapping)部分，是將前一步解析所得的數據映射上傳到LIMS庫中。這種儀器聯結方式完全實現了自動數據采集并減少了手工抄錄可能帶來的錯誤。
圖5 LIMS數據映射關系
圖6 解析設置流程
5.效益分析
LIMS系統經過一段時間的運行考驗，系統穩定可靠，數據處理快速，用戶界面友好，操作簡單方便，徹底改變了十多年的傳統實驗室管理模式，并在以下方面取得了顯著成效。
(1)規范了檢測工作流程
為了適應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系統為每個檢驗樣品在實驗室的流轉建立了嚴格程序，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系統的實施使質量管理體制在生產-化驗分析-質量管理-產品出廠各個環節更加緊密，帶動了管理的全面提升。
(2)提高檢驗數據可靠性，實現了質量數據共享
LIMS系統記錄了每個檢驗數據的原始信息，數據計算、處理全部實現自動化，減少了人為產生差錯的現象，對數據產生的所有環節可進行溯源，確保了數據的可靠性，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系統給各級人員創造一個功能強大、方便實用的質量信息平臺，生產單位及管理部門可通過系統瀏覽到檢驗數據，質量管理部門可通過LIMS進行數據統計、質量判定、自動生成產品質量合格證等。數據傳遞快、信息流通廣、很大程度上縮短了裝備生產的調整時間，為領導決策提供科學依據，以便及時做出生產優化決策，減少不合格品的出現，生產高附加值的產品。
(3)實驗室實現了規范化管理，為質量管理提供了支持
對實驗室按照實驗室管理體系標準進行管理，以程序化方式規范質量檢驗和質量管理工作流程，建立起快速高效的質量管理信息化平臺，提高了實驗室的管理水平。LIMS提供了強大的數據統計和查詢功能，并且數據存儲時間長，用戶界面友好，查詢操作簡便，查詢方式靈活。對采樣點的數據可以自動生成選擇時間內的控制圖，重要采樣點的數據可以靈活定制相關圖、控制圖和直方圖，為生產過程的質量控制、質量分析提供了技術支持。
(4)提高檢驗數據采集自動化水平，提高實驗室管理效率，降低實驗室運行成本
LIMS系統將具有標準硬件和軟件接口的檢測儀器與LIMS 直接連起來，實現大批量分析數據的自動采集，縮短了檢驗數據的產生周期，提高了檢驗數據采集自動化水平。LIMS的實施，使質量信息傳遞更加方便快捷，提高了資源利用率，減少了人工作業的繁雜重復勞動。對實驗室所有試劑、物品等材料的出入庫進行嚴格管理，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、質量日報等，并通過網絡進行傳送，避免打印和人工傳遞，實現了無紙化辦公。
6.結論
實驗室信息化建設是大勢所趨，LIMS能顯著提高實驗室管理水平;LIMS是信息技術與先進管理理論融合的產物，因此LIMS的實施不但是系統的使用，而且是先進管理理論的實踐。所以，只有配之以相應的管理制度建設，才能成功實施LIMS;
參考文獻：
[1] 曾崢.電解鋁企業信息管理系統的研究與開發[J]。有色金屬信息2012，(增刊)：9-15.
[2 曾崢.鋁工業企業理化試驗信息系統的研究與實現[J]。2012，(增刊)：262-268.
聲明：
“LIMS在中國鋁業廣西分公司的應用” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色技術網
來源：北京安泰科信息開發有限公司
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