眭瑞燕，郑文君，高洁，白玉成

(1.中国石油润滑油公司，北京 100028；2.中国石油成都润滑油分公司，四川 成都 610083；3.中国石油大连润滑油研发中心，辽宁 大连 116031)

1 信息化、智能化分析实验室的建设背景

1.1 时代背景

当前中国是全球第二大石油消费国家和全球制造业基地，也是最大的润滑油消费国[1]。对于润滑油生产和使用过程中的检测分析需求量也日趋增加，润滑油分析实验室一般可分为理化实验室、磨损实验室、污染度实验室、天平室、烘干室、明火作业室、台架实验室、洗瓶室、危化品储存室、资材储存室、样品储存室、样品准备室、废弃物临时储存室、气体储存室、电源控制室和检测人员办公室等区域[2]。

随着科学技术的发展，实验室规模的扩大，每日都会产生大量的数据，而传统方式用手工纸质记录的方式效率低下，信息交流不畅，资源配置不合理已经严重阻碍了实验室的发展。以计算机和信息技术为核心，利用数据处理技术、海量数据存储技术、宽带传输网络技术、自动化仪器分析技术，并结合现代管理思想的实验室信息管理系统(Laboratory Information Management System ，LIMS)应运而生。实验室信息管理系统以样品接收、样品测试、数据采集与录入、过程记录复核、最终结果审核、报告签发等业务流程管理为核心并建立完善的质量保证体系，将实验室的样品、人员、仪器、试剂耗材、标准方法和环境等资源要素进行科学的信息化管理，为实验室管理水平的整体提高和实验室的全面协调提供先进的技术支持[3-4]。

习近平总书记在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中强调“我们在推进产业转型升级当中，有一个很重要的项目就是机器人，机器人就是现代信息技术和制造融合的体现，将来会深刻地影响世界产业的格局。中国今后的发展必须要顺应这个大势，在国际竞争当中要力争上游。”实现产品的自动化检测是检测分析机构发展的方向[5]。

1.2 发展阶段

实验室信息管理系统(下文简称LIMS)发展至今大体可分为以下几个阶段。

雏形期，60年代末期至70年代初期为雏形期，是LIMS设计思想的产生时期，实验室的数据管理仍然停留在手工记录阶段。

商品化时期，这个时代的计算机语言和网络技术还不够发达，计算机的价格比较昂贵，需要专业的技术人员编写与维护程序。

功能完善时期，随着近年网络化产品的兴起，云计算、物联网和大数据的应用，可实现检测设备自动连接，云端数据实时共享，并提供大数据模型分析。

1.3 行业背景

LIMS在国内外石油化工行业得到普遍应用，受到石油企业的重视，要利用先进的信息化技术来开展管理工作，从而使管理的效率以及有效资源的利用率大大提升[6]。国内外各大石油公司，如BASF、BP-Amoco、Dow Chemical、Shell、DuPont、Celanese、Akumal、Exxon-Mobile、中国石化、中国海油等都建立了LIMS系统。

2 信息化、智能化分析实验室建设的必要性

(1)实施 LIMS 系统能实现实验室全面自动化，大量的检测样品、分析仪器实现数据自动采集，提高工作效率，降低人为出错率，保证实验数据的完整性和真实性，解放人力资源，投入到更多科研和生产工作中。

(2)实施LIMS系统是实现标准化实验室质量保证的重要技术支撑。LIMS 系统将人员、仪器、试剂、方法、环境、文件等质量要素有机结合起来，既能满足实验室管理需求，又能促进质控体系的有效运转。

(3)实施 LIMS 系统是保障企业质量管理体系的重要基础。建设 LIMS 系统，不仅实现了 LIMS 系统产生的质量数据的实时共享，还可以为企业的质量控制和生产优化提供及时可靠的支持。

(4)通过LIMS系统建设，能够提高检验分析自动化水平及工作效率，规范管理，建立高效、统一的运行模式，实现工作效率、设备效率和人员效率的最大化，并且对所有实验室实行有效的管理，从而实现实验室的有效运行和客户服务。

(5)实施 LIMS 系统有利于实验室资源的统筹规划，可以有效降低设备的重复购买投入，有效促进实验室间的信息交流和资源共享。特别是对于全国多点分布的实验室，每个实验室都会根据本身的需要去单独购买实验设备，出现重复购置设备的情况[7]。

3 信息化、智能化分析实验室的建设目标

通过建立LIMS 系统，打破专业界线，消除“信息孤岛”、构建信息管理实践大平台[8]。管理平台遵从 ISO/IEC 17025的标准，逐步实现实验室检验业务流程化、数据电子网络化、管理流程规范化、分析业务过程自动化、质量信息及时化。以最经济的方式优化质量管理与控制，实现从原料进厂、中间控制样品、产品出厂检验等常规检测任务管理，推动企业降低成本、增强效益、不断提升润滑产品质量管理水平，从而全面提高润滑油行业实验室的现代化管理水平。

4 建设规划与技术架构

4.1 功能架构

LIMS系统功能可分为基础功能和延伸功能两大部分。基础功能用以保证实验室日常业务运转和管理；延伸功能主要作用是为设备自动连接、数据自动传输、移动应用等提升效率。实现基础功能的前提是，实验室首先建立完备的工作规范和制度，使实验人员职责分明、仪器设备状态良好、实验室运行平稳、安全防护及危险品管理规范[9]。

4.1.1 基础功能模块

(1)标准库管理：相关标准的录入、更新、修改和审核等功能。一套完整的标准库是使整个业务能够流畅运转的根本保障，标准库的内容应该包括标准代码、标准名称、标准类别、项目代码、项目名称、项目标准值、项目标准单位、检验方法、检验科室等必要字段。

(2)样品管理：样品管理是实验室日常运行最为频繁的模块，是实验室检测任务的前提和根本，贯穿于整个检测过程[10]。它为样品分析评价提供了支持，包括样品分析、样品登录、样品管理、样品测试、系统审核、结果输出、QA/QC等方面。

(3)争议处理：当用户对分析结果产生质疑时，可以通过争议模块处理争端。LIMS系统应完整记录样品分析相关信息并具备可追踪性。

(4)实验室事务：主要从事日常事物处理工作，汇总实验室人员、设备、项目以及实验数据，完成各种日常报表编制和实现网上信息采集、整理、检索和数据统计工作。

(5)报告管理：包括检验报告、分析报告，质量报告、管理报告等。这些报告不仅能简单地反映出系统内部数据，而且还能通过对数据进行加工处理，反映出质量趋势、质量波动等。

(6)检测收费：样品受理完成后形成缴费单据，财务人员根据样品受理时产生的唯一编号进行收费操作。

(7)客户关系管理：主要包括管理客户信息、客户联系人、客户联系拜访、客户跟进、客户事务登记、满意度调查以及销售人员、团队及归属客户管理等功能。

(8)资源管理：包括人力资源、物力资源、标准物质管理、其他物资管理以及无形资产如知识产权等的管理模块。可以通过各种监控手段，对样品、设备和物料的使用进行实时管理，形成全过程、全链条的自动化管理[11]。

4.1.2 延伸功能模块

(1)仪器数据采集：LIMS系统通过对仪器(如液相色谱仪、气相色谱仪、天平等)分析数据的自动采集，减少手工录入错误，加快数据传送速度，从而节约了分析员的大量时间。LIMS系统为仪器创建定期的校正计划表，跟踪、记录校正情况。网络的发展使LIMS系统远程控制分析仪器成为可能，使实验室人员可以最大范围地使用自动化仪器，随时对样品分析全过程进行动态跟踪监控。

(2)数据接口：LIMS系统与企业系统整合，如ERP、MES、APS、生产经营系统、科研管理系统等系统提供友好的灵活接口，便于组织内统一质量信息的分发，提高运作效益。加快实验室和生产环节之间的数据流动，优化数据处理，将数据收集和报告集成一体。

(3)设备接口管理：LIMS系统能兼容支持多种不同接口类型检验设备接入，对设备接口数据进行底层解析并兼容统一,实现通用性接口转换，提供良好的硬件平台支持。

(4)移动应用：LIMS系统实现在移动端APP(Android、IOS)、 PC端等不同平台提供服务，方便不同用户群的灵活定制需求。

4.2 技术架构

4.2.1 总体架构

系统架构设计要求稳定、可靠、安全，以B/S架构为基础，可配合必要C/S架构为补充，支持主流操作系统及浏览器，可升级性好。

4.2.2 系统集成

LIMS系统平台应留供外部调用的标准接口，可根据需求提供给其他系统调用数据，便于与其他系统集成，提供多种形式的接口，如WebService、ODBC/JDBC、OPC等，为后续的系统开发和集成提供良好的支持；平台支持常用通讯协议，包括SOAP、HTTP、TCP/IP等。

4.2.3 仪器连接

LIMS与检测仪器接口的实现是各大实验室的LIMS开发需求的关键所在，通过与自动化分析仪器的连接，自动获取化验分析数据，完成仪器集成。

(1)与自带附属工作站的仪器的接口对接

对于自带附属工作站软件的检测仪器，仪器的工作站软件可以将结果文件输出为ASC Ⅱ文本格式，通过LIMS 系统内预先定制的DCU，可以自动将检测仪器结果数据采集到LIMS的数据库检测结果字段。

(2)与通过RS232串口输出的检测仪器接口对接

安装LIMS的PC机直接通过RS232 串口连接检测仪器，只要仪器具有RS232的输出信号，就可以读取到PC机的相应端口。或者通过第三方软件采集串口数据并保存为文本文件，LIMS读取原理与有工作站仪器相同。

4.2.4 硬件和网络部署

可采用本地部署机房方式，包括实验室局域网布线工程，交换机、路由器、服务器及备份机选型以及机房相关配套建设，例如配电、接地、UPS 电源、防尘、防静电、空调等。如果连接外网还需要考虑防火墙等安全设施及策略[12]。由于机房配套设施建设相对复杂且后期需要运营维护，因此可以考虑采用互联网云网络架构。由云服务供应商提供存储、计算、安全和维护服务。

5 分析与创新

5.1 经济效益分析

发挥LIMS系统和分析检测仪器的自动化连接功能，减少了人工录入分析结果的工作时间、节约大量人力成本；取消纸质报告单，实现电子化，节约大量耗材成本；减少不同实验室之间设备的重复投入。

5.2 管理提升分析

(1)LIMS系统应用后，分析模型在系统中自动计算，质量日报、质量月报、合格率等统计功能的应用实现分析模型自动计算、自动修约、自动进行平行测试，全面提升判断准确率。

当检测分析指标完成后，即进行趋势分析。分析模型应考虑以下几方面内容：(1)将在用油性能值与极限值进行比较；(2)相邻几次测试结果之间变化率的大小；(3)分析变化较大的指标之间的相互依赖的程度；(4)通过聚类分析和多元统计等数学方法，对所测项目做出综合性评判[13]。

(2)当有严重质量缺陷的产品出现时，LIMS系统能够及时反馈给质量管理部门，为其提供及时准确的预警服务[14]。人、机、料、法、环实验要素的有机结合，使得分析过程和质量管控形成闭环管理，提高了质量保障能力。

(3)LIMS系统的应用，实现了企业生产、销售、科研、技术服务等部门的任务下达与接收、样品登录、数据输入、审核、数据发布等功能要求，实现了“产、销、研、服”各类业务分析过程的全覆盖，提升了企业整体管理水平。

LIMS系统的应用，为更优质的技术服务提供支撑，从核心价值到经营各环节，皆以顾客需求为中心，提升客户服务质量，提高响应速度，使得企业对内外客户的满意度大幅提升[15]。

5.3 企业经营模式创新

通过LIMS系统建立信息化智能化分析实验室，经过深化应用和数据积累后，利用云计算技术，对大规模数据集合智能处理，进而在大规模的数据中获取有用的信息，挖掘和整理建立数据分析模型，建立产品的大数据库为企业提供规范的质量数据分析，帮助企业决策者实现数据驱动的科学决策，实现产品与质量大数据战略的落地实施，帮助企业实现经营模式创新和转型。