殷 杰

（中煤科工集团上海研究院有限公司，上海 204101）

检测实验室组织结构和岗位设置优化设计

殷 杰

（中煤科工集团上海研究院有限公司，上海 204101）

虽然目前对实验室信息管理系统（LIMS）研究较多，但是其目的主要是方便管理者了解检验的完成情况，涉及到实验室管理改善等具体变革改善的研究不够深入，对实验室的检验工作这一主要职能的促进作用比较有限。从检测实验室的组织结构有序度、岗位设置和检验调度问题两方面进行有针对性地分析，提出优化设计方案。方案的实施离不开LIMS系统的支持，也是LIMS实施过程中需要解决的体制和机制问题。

实验室信息管理系统；组织结构；检验调度；优化设计

1 引言

虽然目前对实验室信息管理系统（LIMS）研究较多，但是其目的主要是方便管理者了解检验的完成情况，停留在质量体系管理或数据/报告自动生成等软件方面，涉及到实验室管理改善等具体变革改善的研究不够深入，对实验室的检验工作这一主要职能的促进作用比较有限。检验管理才是实验室管理的根基，检验的安排和检验员的岗位管理至关重要。文中从检测实验室的组织结构有序度、岗位设置和检验调度问题两方面进行有针对性地分析，提出改善方案，与读者分享。

2 检测实验室组织结构有序度优化

2.1 组织结构有序度简介

通常组织结构有序度可以描述为[1］：

其中H表示结构熵，Hm为系统最大熵，R越大，组织结构有序度越高。

组织结构有序度通常由代表信息流通时效性方面的时效有序度和代表信息流通准确性方面的质量有序度组成，主要有以下几种表达方式：

权重系数α β， 一般取0.5。R1为时效,用来表示组织在信息流通时效性方面的时效有序度，R2为质量，表示组织在信息流通准确性方面的质量有序度组成。组织结构有序度越高,组织的效率就越高。

组织结构的时效可以表示为：

组织结构的质量可以表示为：

2.2 检测实验室组织结构有序度改善

通常检测实验室的组织结构可以归纳为金字塔型组织结构。图1是较为常见的检测实验室金字塔型组织结构，其拓扑图为图2。1代表中心领导层，2代表业务办公室，3代表技术管理部。456代表3个所及其办公室，7～13代表下属的7个检验室。省略了与检验业务无直接关系的综合办公室，资产财务部，检测技术研究所3个部门。图中共有13个元素，其中“①”表示系统的第1个元素，“——”表示元素与元素之间具有直接信息流，即联系。

图1 金字塔型组织结构图

图2 金字塔型组织结构拓扑图

笔者根据扁平化和矩阵式理论，简化了组织结构见图3，对应的业务关系见图4，对应的拓扑图见图5。

图3 矩阵式扁平化组织结构图

图4 业务关系图

图5 扁平化组织结构拓扑图

经过式（式1～6）的计算，比较金字塔型组织结构和矩阵式组织结构的有序度（见表1），后者都优于前者。

表1 组织结构有序度计算表

由此可见，由中心领导层直接领导3个检测检验所，业务办公室和技术管理部协同的矩阵式扁平化组织结构更加科学高效，具有明显优势，由此产生的管理负担可以通过LIMS系统等方式弥补。实现以上组织机构变革的同时，将综合办公室、业务办公室、技术管理部等职能部门的部分人员调整到检验室，补充基层检验人员数量，一举多得。

3 岗位设置和检验调度问题优化

3.1 问题归纳

检验实验室的工作内容不仅限于简单的数据测试和试验结果汇总等例行检验工作，往往还承担图纸和技术审查等型式检验工作。为了保证公正性通常要求实验过程要有两名检验员在场，通常实行以产品为对象的产品负责人制度（检验室的基层员工大都定岗为产品负责人），其工作职责如图6所示。产品的检验任务分配给一个产品负责人后，由其全权负责随后的检验事项，一方面要对该产品进行技术审查并参与检验，另一方面还要找其他同事监督试验过程（如图7所示）。为了完成检验任务1，产品负责人1可以在g-1个候选人中任意选择1个，即有g-1种选择。以此类推，当全部完成m项检验，产品负责人1在 g个候选人中进行了（g-1）m次选择，然而这种选择还可以是固定搭档的伪选择（图8）。这种要求产品负责人同时负责大量技术审查和检验任务，并且控制其流程的混连工作就是检验调度问题，当其超过一定规模是就会超出常人的统筹能力，太多的无序性汇聚最终会导致混乱。此外由于整个工作量和协调难度都很大，往往容易受到来自各方面的影响，仅依靠个人能力和自律性还远远不够，相应的监管制度也有待完善。笔者将单个检验项目与整体检验任务之间的相互关系归纳为图9。由此可见，检验调度问题涉及样品、试验台位、检验时间、检验人员四项资源的最优安排，而无特定的检验顺序约束，类似于开放式车间调度问题（Open Shop Scheduling Problem,OSSP）。

图6 产品负责人的职责

图7 产品负责人的工作

图8 检验工作的非正常组合

图9 单个检验项目模型

一般的多目标优化问题，可以大致归结为F个可能互相冲突的目标和G个可能相互制约的约束，因此这类问题的求解往往比较复杂，数学上一般的优化问题均可表示为[4］：

3.2 改善研究

3.2.1 利用视频监控

产品负责人制度中另一名检验员的选择使得该调度问题的求解范围和难度大大增加。目前视频监控技术已经非常成熟，利用视频录像可以监控实验的全过程，因此实验可以由一名检验员独立完成，省去了选择另一名检验员的步骤。因此笔者对原检验调度问题进行了简化，描述为：已知n个样品，g-1个检验员，每个检验样品要在m个试验台位上接受一个检验员之一的检验，检验顺序无要求。某一时刻某一样品最多只能在一个试验台位上接受一个检验员的检验，任意检验员和试验台位最多只能检验一个样品[5］。

对于简化后的检验调度问题描述，前人已经归纳提炼了经典的数学模型：

约束条件：（从略…）。

由于该问题已经被证明是NP-hard问题[6］，缺少行之有效的解决方法，在实际OSSP问题研究中常用的方法有精确算法，启发式算法，智能优化算法等等，此处不展开论述。

3.2.2 固定检验员岗位

张志英指出：由于空间调度问题的复杂性和NP-hard特性，对于大规模问题几乎不可能利用运筹学方法建立数学模型进行优化求解，目前只能从缩小问题规模和降低求解难度两个方面进行探索[7］。笔者研究和查阅了关于类似问题的多篇文献[8～11］，发现随着调度资源规模的增大，一方面检验员穿梭在赶往各个试验台位的路上，有一定的时间损耗。另一方面检验员在一个实验台位上的时间逐渐增加，即一段时间内只做一种实验。何克清等人提出了RGPS关联元模型理论[12］，受此启发，笔者想到将检验员的角色固定下来可以减少一个系统变量，该检验调度问题可以简化为试验台位与检验时间投影所构成的二维平面问题，求解难度随之降低。具体实施方案是将人员划分成纵向的技术审查员和横向的检验员两类，使前文模型中的试验台位与进行操作的检验员合并成一个角色，笔者称之为岗位负责人制度。岗位负责制度的角色关系见图10，岗位负责制度下的检验工作一般组合如图11所示。

图10 岗位负责人的角色关系

图11 检验工作的一般组合

3.2.3 流程优化

各个实验室主任收到委托检验任务后，先分配给技术审查员，待技术审查员参照标准审查完毕后，提交相关的检验预约申请，经实验室主任批准后，告知检验员按照批准的检验任务，在指定的时间地点领取样品进行相关检验，检验员负责各自的试验台位和检验项目具体操作，按照检验申请和标准，独立完成各自负责的检验项目及记录等后续工作。最后将数据和结果等提交给技术审查员。如果某一产品的检验流程需要经过m项检验，那么：为了完成检验任务1，产品负责人1只需要提交需要检验任务1的申请，相关的检验员原则上就已经确定了。这种检验员与相对固定的岗位负责人模式有利于降低由于操作人员变更带来的影响，减小不确定度，提高置信水平，保证检验的公正、公开、公平。当某检验员请假等特殊情况发生时，可以短暂等待或者安排经过专项培训的替补检验员进行检验，不至于拖延检验周期，该项改善的实可以通过LIMS系统等方法实施。据统计，改善后的平均检验周期比原平均检验周期有较为明显的缩短。

4 结语

文中运用基础IE的相关理论，设计了适合检测实验室的矩阵式扁平化组织结构，优化了人员结构，提高管理效率。分析了检验调度和岗位设置问题，明确了两者之间的辩证关系。总结简化了检验调度问题的数学模型，分析阐述了项目负责人制度的弊端，结合RGPS思想，设计出岗位负责人制度，缩短了检验周期。以上方案的顺利实施离不开LIMS系统的支持，也是LIMS系统实施过程中需要解决的体制和机制问题，两者相辅相成。

[1]张凯.扁平化管理在华北石化公司的应用研究；[硕士学位论文］.天津：天津大学,2005.

[2]洪巍.基于信息熵的大型工程项目管理组织结构选择模型[J］.系统科学学报,2012,（11）：42-45.

[3]朱荣华.基于熵模型对企业组织结构有序度分析[J］.现代管理科学学,2007,（3）：79-80.

[4]郭江，郑维智.遗传算法在PID控制系统中的应用[J］.新疆工学院学报,1999,（6）：111.

[5]王凌.车间调度及其遗传算法.北京：清华大学出版社,2003.

[6]T.Gonzalez and S.Sahni,Flowshopand jobshop schedules： eomplexity and approximation. Operations Research,1978,（26）： 36-52.

[7]张志英.空间调度问题的非线性规划分析求解方法[J］.计算机集成制造系统.2010,（6）：1277.

[8]王军强,银洲,崔福东等.最大化顾客满意度的婚纱摄影服务调度优化.第三十二届中国控制会议论文集（B卷）[C］.2013：2627-2632.

[9］谷峰.柔性作业车间调度中的优化算法研究.[博士学位论文］.合肥：中国科学技术大学,2006.

[10]张青.基于遗传算法的车间调度问题研究.[硕士学位论文］.长春：长春理工大学,2012.

[11]张晓龙.作业车间调度优化问题的遗传算法研究.[硕士学位论文］.呼和浩特：内蒙古工业大学,2005.

[12]He Keqing, Liang Peng,Li Bing,et al.Metamodeling of Requirement for Networked Software-An Open Hierarchical & Cooperative Unified Requirement Framework URF[J］. Dynamics of Contiunous,Discrete and Impulsive Systems （Series B：Applications and Algorithms）,2007,14（S6）：293-299.

Optimizing design of the organization structure and inspection schedule in testing laboratory

YIN Jie
(China Coal Technology & Engineering Group Shanghai Research Institute, Shanghai 201401,Shanghai, China)

There are lots of study on the laboratory information management system (LIMS), but they are aim to facilitate the leader management the test of lab, research about the improvement of laboratory management and reform is not deeply enough, and the benefi t for the test of laboratory is limited. Analyzing the organization structure, job position and inspection schedule problems,giving out the optimized design scheme. The implementation of the scheme above need the help of LIMS to carried on, and vice versa, LIMS need the reform to mange all of the business.

Laboratory information management system; Organization structure; Inspection schedule; Optimizing design

2015-12-30

殷 杰，男，中煤科工集团上海研究院有限公司，工程师