1.中国铝业广西分公司及其实验室简介
中国铝业广西分公司，是集矿山开采和氧化铝、电解铝生产于一体的国有控股特大型铝冶炼联合企业。分公司一期工程于1991年5月开工建设，建设规模为年产氧化铝30万吨、电解铝10万吨，总投资44.38亿元，引进了法国、德国、美国、瑞典、丹麦、荷兰等工业发达国家的先进技术和设备(系统)，并集中国铝业工业科研成果之大成，整体工艺技术装备达到20世纪90年代先进水平。经过不断的技改和建设，截止至2012年底，公司主要产品有氧化铝、铝锭及铝合金产品、碳阳极，具备年产铝矿石500万吨、氧化铝250万吨、电解铝15万吨的规模。
实验室是分公司下属于二级单位，是该企业从事物品质量检测的专业部门，担负所有原辅料、中间控制、半成品及产品出厂的检验分析任务，日分析项目数据量超过3000个。化验中心下设原料分析站、产品分析站、研发监测站、设备维护站及环保分析站，员工158多人，各类仪器设备近60多台。
2.需求的提出
实施(实验室信息管理系统，Laboratory Information Management System ，LIMS)之前，实验室各分析仪器分析数据分别存在各自系统，分析仪器彼此之间没有连接，各业务分析数据的管理、应用没有统一完整的形式，大量的化验数据统计工作通过手工完成，不能保证数据的准确、及时;化验数据超标警示缺少有效的技术手段;工序能力定性分析数据收集困难，不足以支持工序能力分析成为长期制度化的考核手段。“信息孤岛”使各相关部门的使用极为不便，多系统的并存也加大了系统维护管理的成本及复杂度。随着企业规模的增长，检验项目及检验分析指标不断增加，对数据的准确性和报出时间的要求越来越严格，数据处理量急速增加，原来的管理模式在这种形式下已显得不太适应，需要采用一个信息技术手段，将实验室的仪器、数据处理系统、日常管理信息系统通过计算机网络集成，形成实验室综合的管理信息系统，实现从检验计划、样品分析、结果审核，到数据存储、处理、传送、归档、仪器、物样等的业务应用功能，最终形成从原料进厂到中间产品、成品出厂的全过程的质量跟踪和管理。
3.实验室信息管理方案
为适应生产业务的高速发展，提升实验室的综合能力，决定引入LIMS，将信息技术与实验室质量保证体系有机结合，将质量管理的诸多因素融入LIMS的流程中，集信息技术、仪器技术、分析测试技术与实验室质量管理体系相结合的新型管理模式，消除“信息孤岛”，优化业务流程，提高管理效率和工作效率，为自动化连续生产服务。
3.1.目标设计
(1)建立遵循ISO9000和ISO/IEC 17025要求的优良实验室自动化运行体系，以程序化的方式将影响质量的诸要素进行管理和控制，最大程度地减少人为因素的干扰，确保分析数据的真实可靠。
(2)通过对样品的管理，规范检验工作流，以监督实验室管理规章制度的具体实施,并保证检验过程的可追溯性。
(3)实现对大部分符合条件的仪器的数据自动采集、自动处理数据的保存，并提高工作效率，减少手工录入的错误。
(4)通过系统设定的质量控制信息及统计分析，迅速地对不良质量变化发出警告，防止异常情况的发生，防范不合格品的发生。
(5)通过对各种表单、报告、模板、工作流程、样品、资源、方法标准等的客户自定义，使用户方便的完成日常工作的变更。
(6)通过B/S三层结构模式，使各级管理者或相关单位能够通过Intranet迅速地访问和发布相关的数据和信息，取消人工开单和送单，提高质量数据的传输速度和传输过程的安全性，加快响应速度和决策速度，提高生产效率。
(7)通过对人员工作量、产值、出错率的统计和相关成本核算，优化实验室人力资源的分配。
(8)通过对标准物质、药品、试剂等的管理及相应的统计，和分析相关的成本核算，降低实验室的材料费用。
(9)通过打印、Excel或数据库等输出的形式，可以对系统内所有质量记录进行保存，满足规范实验室管理的要求。
3.2.功能设计
LIMS以理化实验室管理为中心，将人员、仪器、试剂、方法、环境、文件等影响分析数据的因素有机结合起来，采用先进的计算机网络、外设接口、数据库技术和标准化的实验室管理思想，组成一个开放体系，为实现分析任务网上分配、检测数据自动采集、快速发布、信息共享、分析报告自动生成、质量保证体系顺利实施、成本严格控制、人员量化考核、实验室管理水平整体提高等各方面提供技术性支持。根据实际情况，设计系统功能如下：
(1)检测及产品标准管理：包含检测标准、用作检测标准的标准物质以及用于检测和校准的测量及检测设备进行选择、使用、校准、检查、控制和维护的管理;各产品标准管理。
(2)样品管理：自动对样品进行编码，并提供条形码打印功能，帮助管理和跟踪样品的状态及位置;记录样品相关的时间和处理人信息，包括采样申请、采样、化验室收到样品、化验开始、化验完成、化验结果确认等。
(3)检测指示管理：根据生产组织计划自动生成质量检测取样和检测项目。
(4)试样委托管理：登记检测项目并收集相关的信息，为检测和报告的生成提供准备;在实验中指定样品所需分析方法。支持样本鉴别和跟踪。
(5)检验进程管理：提供试样全过程，包括取样、样品委托、加工、检验、化验、判定等的所处环节及相应结果、操作人员等信息。
(6)检验报告管理：委托检测任务完成后，自动生成报告并打印、传递、管理。包括商检报告的管理。
(7)检验台账管理：满足实验室认可及质量体系文件规定的所有记录、台账管理要求。
(8)数据处理管理：将数据直接从分析仪器传输到系统中，避免出现转录错误的可能性。系统支持从仪器的工作站中导入结果文件。对于不能自动采集的仪器，提供人工录入数据的合成功能。根据采集后的数据自动生成相应的质量记录及判定所需要的检测结果。
(9)检验设备管理：支持仪器维护和标定;维护标定计划，记录维护或标定信息，提供预警功能。
(10)检验任务管理：从生产管理信息接收委托信息，自动生成检验任务。
(11)数据采集传输管理：根据委托信息，按照检验任务自动采集化验室仪器的化验数据，并将所有仪器的信息进行合成传输。
(12)安全管理：提供多种不同级别的安全机制，包括用户验证、权限控制表、连接级加密，保障检化验数据的安全可靠。
3.3.系统总体设计方案
(1)系统示意图：
图1 LIMS系统示意图
(2)功能流程图
图2 化验管理功能架构
(3)网络结构图
图3 LIMS网络结构
4.项目实施关键问题的解决
霍尼韦尔公司实验室管理系统(LIMS)提供InstruMate接口，可将实验室仪器化验分析数据自动收集采集到LIMS系统平台：①通过串口或并行端口进行数据采集，或者存在工作站时，通过读取文件来进行数据采集;②数据处理，通过组态的方式将读取的数据转换成软件认可的数据格式。同时，Business Highway XML产品化接口可实现LIMS与SAP系统的整合。
4.1.仪器集成：
LIMS实施的仪器数据的自动采集，即仪器接口，是LIMS系统中十分重要的模块，也是衡量LIMS实施成功与否的一个重要指标。但是由于仪器种类众多，通讯协议纷繁复杂，仪器接口也成为LIMS实施的一个瓶颈，主要体现在以下几个方面：①仪器数量及种类多，集成联接较难。目前，采用RS232/RS485接口的仪器众多，而一台计算机通常只有一个S232/RS485接口，如果用一台计算机控制一台仪器，这样会导致仪器控制成本太高。②接口程序操作复杂。接口程序的操作比较复杂也是很多用户不愿意使用的原因之一。造成这方面的原因主要有两点：一是接口程序与LIMS系统之间没有无缝连接，造成了一些不必要的重复操作，如样品号的重复输入等;二是接口程序没有与实验室的实际工作流程相结合，人为增加了用户操作的复杂度。
集成联接需具备一定条件：①串口通讯，符合RS-232协议，如电子天平、光度分度计等 ②带工作站软件，并且可生成开放的数据格式。如岛津、PE等大部分仪器。在实施初始化阶段，着重对中心试验室目前所使用检测仪器进行接口调研，形成一份《监控系统需求分析说明书》。
图4 接口调研汇总表
4.2.解析整合
Honeywell的LIMS在仪器联结方面则只提供一个通过接口处理就完成常规设备数据采集与上传设置。在LIMS中，仪器联结被分为两个简单的部分。第一部分也称为解析(Parsing)部分，是让用户通过界面简单的设置，从仪器或第三方应用软件的输出文件中提取相关数据。第二部分也称为映射(Mapping)部分，是将前一步解析所得的数据映射上传到LIMS库中。这种仪器联结方式完全实现了自动数据采集并减少了手工抄录可能带来的错误。
图5 LIMS数据映射关系
图6 解析设置流程
5.效益分析
LIMS系统经过一段时间的运行考验，系统稳定可靠，数据处理快速，用户界面友好，操作简单方便，彻底改变了十多年的传统实验室管理模式，并在以下方面取得了显著成效。
(1)规范了检测工作流程
为了适应LIMS运行的需要，化验中心重新修订了管理制度和工作流程。LIMS系统为每个检验样品在实验室的流转建立了严格程序，流程式管理方法及工作痕迹记忆功能，使实验室管理人员对实验室的每个情况了如指掌。LIMS系统的实施使质量管理体制在生产-化验分析-质量管理-产品出厂各个环节更加紧密，带动了管理的全面提升。
(2)提高检验数据可靠性，实现了质量数据共享
LIMS系统记录了每个检验数据的原始信息，数据计算、处理全部实现自动化，减少了人为产生差错的现象，对数据产生的所有环节可进行溯源，确保了数据的可靠性，使实验室在客户心目中树立了良好信誉，增强了市场竞争能力。LIMS系统给各级人员创造一个功能强大、方便实用的质量信息平台，生产单位及管理部门可通过系统浏览到检验数据，质量管理部门可通过LIMS进行数据统计、质量判定、自动生成产品质量合格证等。数据传递快、信息流通广、很大程度上缩短了装备生产的调整时间，为领导决策提供科学依据，以便及时做出生产优化决策，减少不合格品的出现，生产高附加值的产品。
(3)实验室实现了规范化管理，为质量管理提供了支持
对实验室按照实验室管理体系标准进行管理，以程序化方式规范质量检验和质量管理工作流程，建立起快速高效的质量管理信息化平台，提高了实验室的管理水平。LIMS提供了强大的数据统计和查询功能，并且数据存储时间长，用户界面友好，查询操作简便，查询方式灵活。对采样点的数据可以自动生成选择时间内的控制图，重要采样点的数据可以灵活定制相关图、控制图和直方图，为生产过程的质量控制、质量分析提供了技术支持。
(4)提高检验数据采集自动化水平，提高实验室管理效率，降低实验室运行成本
LIMS系统将具有标准硬件和软件接口的检测仪器与LIMS 直接连起来，实现大批量分析数据的自动采集，缩短了检验数据的产生周期，提高了检验数据采集自动化水平。LIMS的实施，使质量信息传递更加方便快捷，提高了资源利用率，减少了人工作业的繁杂重复劳动。对实验室所有试剂、物品等材料的出入库进行严格管理，建立合理的库存量，加强成本考核，降低实验费用。LIMS自动生成各类报表，如分析报告单、原始记录单、质量日报等，并通过网络进行传送，避免打印和人工传递，实现了无纸化办公。
6.结论
实验室信息化建设是大势所趋，LIMS能显著提高实验室管理水平;LIMS是信息技术与先进管理理论融合的产物，因此LIMS的实施不但是系统的使用，而且是先进管理理论的实践。所以，只有配之以相应的管理制度建设，才能成功实施LIMS;
参考文献：
[1] 曾峥.电解铝企业信息管理系统的研究与开发[J]。有色金属信息2012，(增刊)：9-15.
[2 曾峥.铝工业企业理化试验信息系统的研究与实现[J]。2012，(增刊)：262-268.
声明：
“LIMS在中国铝业广西分公司的应用” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：北京安泰科信息开发有限公司
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2024年08月13日 ~ 15日 
