水务行业实验室信息管理系统(LIMS)的构建与实现

【摘 要】本文简述了LIMS系统的概念、发展历史以及特性和功能,并通过介绍该公司自行开发的水质管理分析系统的功能和特点,阐述LIMS系统如何在水务行业构建与实现.

【关 键 词 】LIMS 水质分析管理 仪器集成 SCADA 实验室认证规范

随着现代科学技术的发展,人民生活水平的逐步提高,人们对饮用水水质提出了更高的要求,新的饮用水标准的出台后,所需的检验项目大量地增加,与此同时,人们对分析测试的要求无论在样品数量、分析周期、分析项目和数据准确性等方面都提出了更高的标准,而原来的人工管理模式在这种形式下已显得不太适应,在此背景下,集现代信息技术、现代分析技术和管理科学为一身的实验室信息管理系统便应运而生.本文便是从水务公司水质检测站现有的水质管理分析系统入手,浅析其实验室信息管理系统构建与实现.

一、实验室信息管理系统（LIMS）的概念及特性

(一)LIMS的概念

是指将实验室的分析仪器通过计算机网络连接起来,集样品管理、资源管理、事务管理、网络管理、数据管理、报表管理等诸多模块为一体,组成一套完整的实验室综合管理和产品质量监控体系,既能满足外部的日常管理要求,又保证实验室分析数据的严格管理和控制.

(二)LIMS的特性和功能

1.与分析仪器集成,分析数据处理规范便捷

可与实验室的分析仪器直接相连,通过专业化的软硬件接口技术,将分析仪器中的结果自动传送到LIMS中,或者通过网络与仪器的PC工作站连接,采用开放式的数据接口技术与 LIMS进行数据通信,以消除繁重的手工录入和避免相应的抄录错误,并通过定义好的计算公式,实现结果的自动计算,从而准确、便捷地获得样品的分析数据.

2.实验室管理规范化,保证质量监控体系

按照通行的实验室QA/QC标准要求,建立样品管理、资源（材料、仪器设备、备品备件、固定资产管理等）管理、事务（人员培训、文件资料和档案管理）管理、数据及报表管理等模块,组成一套完整的实验室综合管理体系和质量保证体系,并通过流程控制、权限控制、生成质量控制图进行分析等手段,来实现对实验室分析质量的严格控制.

3.与生产过程质量监控一体化

通过与生产控制管理系统之间的无缝联接,使控制生产过程的系统和管理人员可以直接获得经过验证的分析信息,从而改善控制过程,提高生产效率,确保产品质量.

4.方便的软件集成特性

可以很容易地与主流的ERP软件、统计软件、办公软件、在线控制系统软件等实现无缝连接,从而使得用户能够在一个安全友好的交互环境中更有效地利用好实验室的数据.

5.适宜的网络功能

应用Inter/Intra和Web技术,采用统一的浏览器界面和以Web怎么写作器为中心的分布式管理体系,用户可以在网内的任何一台PC机问系统,使数据的共享和发布更为简单方便.

二、我公司现有水质管理分析系统的功能及状况

(一)开发历程

2000年起,我公司开发了现有的水质管理分析系统,该系统可运行于流行的中文WINDOWS操作系统下,采用了C/S结构,数据由专用的怎么写作器存放,在检测站的办公PC机上安装水质管理系统软件,模块及功能按照当时的质量管理体系设置,缺点是网络功能较弱.

(二)主要功能模块

1.分析数据的管理

主要包括数据录入编辑、数据浏览、查询、统计分析图绘制、水质预测和水质数据的汇总等.可以将水样、净水剂的分析结果通过数据录入编辑界面手工录入到数据库中,在录入过程中,系统可通过判断阻止不规范数据的录入以及超标值报警,使用查询功能可以得出各水样在任意时间、区间内的平均值、最大值、最小值和超标值等,同时也可以生成相应的统计分析图,并可通过对一定量的水质数据进行一元或多元回归,预测未来的数值以及水质的变化趋势.录入到数据库中的水质数据可以通过浏览功能进行逐项查看,并可以进行出厂水、管网水以及水质综合合格率的汇总计算并生成相应的报表.

2.各类报表输出

可按照预定的格式生成并打印任何时间的水样及净水剂的检验报告、水质全分析综合报表和出厂水、管网水水质抽查报表等各类报表.

3.实验室质量控制

可对质控样品在短期内进行一定量的平行试验,绘制质量控制图,引入质量控制中的数理统计方法,确定上、下控制限及警告限,并可通过使用加标样品计算回收率,绘制回收率控制图.

三、未来LIMS的构建

为了能将现有的水质管理分析系统升级改造成为功能完善的、更加符合水务行业特色的实验室信息管理系统,我们准备对原系统进行功能拓展,与以往相比新系统的技术性、规范性和安全性都将会有极大的提高：

(一)利用已建成的实验室内部局域网实现与分析仪器的连接

1.通过专用接口与仪器直接连接

对部分国产仪器（如原子荧光光度计、测油仪等）及一些小型仪器（如PH计、天平、浊度仪等）可通过其专用的RS232接口与PC工作站相连再串入局域网中,类似的还有使用IEEE-488（GPIB）接口的大型检测设备（如PerkinElmer公司的AAS等）也是使用其专用的PC工作站通过局域网与LIMS相连,而对于装有TCP/IP网络协议的检测仪器（如AGILENT的GC、HPLC等）则可以直接与LIMS相连接.

2.仪器分析数据导入及数据处理

分析数据的导入可通过LIMS对数据文件的读取来实现,数据文件通常存放在LIMS所跟踪扫描的某个目录,它是以特定的格式来组织和传输的,以确保数据能够准确无误地转移到LIMS系统合适的数据表中；对无法直接与LIMS集成的分析仪器,可将其生成的数据文件通过一定的格式转换变成LIMS可以识别的格式；对于未能连网的仪器,则可将数据文件拷贝后转移到LIMS中. （二）与SCADA系统的连接

使用ODBC接口与公司SCADA 系统连接,实时获取在线仪表检测的浊度、余氯和PH等数据,还可将历史检测数据导入LIMS中,以实现对水质的统计、分析和评价；与此同时也可以将LIMS中的实验室检测数据提供给生产管理系统,以指导生产.

(三)与厂化验室的连接

各水厂化验室可根据所分配的用户名和通过inter登录LIMS系统,手工录入每日的检测数据,或安装LIMS单机版本,将录入的数据拷贝后再转移到LIMS的数据库中.

(四)更加强大的统计分析功能

在引入SCADA系统数据的基础上,丰富原有的极值、平均值和超标值统计,并可根据标准限值,统计各个项目、各类水样和各水厂的检测次数、合格次数、合格率以及同比升降率等,可选择散点图、柱形图或饼状图等进行水质合格率的分析,上述各项目和水样的组合、时间段及标准限值都可由用户灵活地自定义,同时也可以各类报表形式打印输出.

(五)更完善的实验室管理与质量控制功能

LIMS系统的流程和相应的功能模块及要求均按照国际通行的实验室认证/认可的评审查准则ISO/IEC17025-1999《检测和校准实验室能力的通用要求》来规划设计,从样品的管理开始,包括检验分析、数据审核直到结果输出,整个流程置于严格的控制之下,与此同时进一步丰富仪器管理、人员管理、方法管理以及QA/QC管理的内容,确保分析数据的准确性和可追溯性.

(六)对管网建模中水力计算的水质数据进行校核和水质预警技术的应用

与管网模型软件结合,提供水质数据支持,通过对管网建模中水力计算的水质数据进行校核,使之在最大程度上真实地模拟管网的水质状态,准确地掌握管网水质的变化趋势,避免可能发生的水质事故.

(七)更强大的网络功能

1.采用Client/Server加Browse/Server架构

为了最大强度地保证数据的安全性和完整性,提高系统的处理能力,我们在水质检测站设立单独的子系统,系统采用C/S架构,通过使用专用的怎么写作器并在各工作站上安装客户端软件来实现,而在与各水厂化验室的连接上系统采用B/S架构,即各水厂化验室使用分配好的用户名和通过web页面登录LIMS系统.

2.与企业管理软件的链接

LIMS系统可通过公司内部局域网与公司的办公系统连接,实现检测数据的共享,为公司领导及时了解水质状况,做好决策提供第一手的资料.

四、小结

通过我公司近几年来对LIMS系统的开发和使用,我们充分认识到：

(一)领导重视,做好各方面的协调工作

我公司LIMS系统的运行主体是水质检测站,开发和维护的工作则主要由信息中心来承担,在开发和使用的过程中还要涉及到生产的各个部门,因此必须有公司领导的重视,做好各方面的协调工作,并对水质检测和水质管理的业务流程进行必要的改造,以适应LIMS的要求.

(二)LIMS系统必须严格按照通行的实验室规范来开发

按照国际通行的实验室认证规范来设计LIMS系统的模块和功能,既可以规范实验室的工作流程,便于实验室的管理,确保检测数据的准确性,又可以为将来实现国家实验室认可奠定良好的基础.

(三)LIMS系统必须易于升级和扩展

随着水质检测技术的发展和水质标准的提高,LIMS系统也必须能进行扩展以适应这些变化,因此在LIMS的设计中必须保证系统的开放性,使之便于修改以适应新的要求.