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實驗室智能化沒那么難(1)——詳解實驗室物資管理系統建設

更新時間:2022-05-13瀏覽:4504次

研究概述

本文以筆者親身參與的實驗室物資管理系統建設項目為研究對象,對總體技術路線進行探討,從理念到技術再到功能設計全面分析,展現智能化實踐的建設方法,為現階段行業發展提供借鑒意義。 主要的研究內容如下:

(1)將行業規范和先進的管理理念融入到智能化項目建設中,以先進理念為指導,細化建設目標,提供科學有效的解決方案;
(2)將RFID無線射頻識別、物聯網、數據分析等技術應用到智能化項目建設中,構建了軟硬件一體的管理系統;
(3)搭建了物資管理系統,重點研究了標準品、試劑、耗材、危化品四類物資的管理流程和數據管理平臺的設計;
(4)總結了實驗室智能化的發展趨勢。

 正文字數4000字,預計閱讀時間10分鐘

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 建設背景

01

 


當前,全球經濟正向數字經濟加速轉型,新一代信息技術帶動傳統產業向專業化、綠色化、數字化升級。實驗室作為檢驗檢測工作的根基,是支持本單位乃至社會各項活動運行的基礎設施,也是機構提質/降本/增效的重要戰場,加強實驗室成本、效益、安全管理,日益成為實驗室工作的一項重點。


理念指導 

02

 

精細化管理是將常規管理引向深入的基本思想和管理理念,是一種以最大限度地減少管理所占用的資源和降低管理成本為主要目標的管理方式,它以專業化為前提、系統化為保證、數據化為標準、信息化為手段,將管理的規范性與創新性最好地結合起來,以獲得更高效率、更多效益和更強競爭力。

實驗室業務/項目繁多、流程復雜、人工成本高,以試劑為代表的易耗物資是貫穿實驗室業務的重要管理對象 ,落實精細化管理對于實驗室整體效益有較大提升。目前,實驗室物資管理普遍存在如下問題:

現狀
精細化管理角度
業務持續拓寬,對應物資種類繁多,人工管理效率較低;
建立一套管理系統,將實驗室普通試劑、危化品、耗材等多個管理對象數據進行整合,實現高效、科學的管理;
單價高、體積小、易丟失的標準品需要專門管理,避免浪費;
受監管的危險化學品需要嚴格監管,避免造成安全隱患;
各類物資手工登記易造成疏漏,流程麻煩;人工盤點工作量大;
采用自動識別、記錄的技術手段替代人工處理,簡化操作;
物資分布在不同的區域,信息整合易疏漏、工作量大,缺乏整體把握物資情況的手段;
在工作流、信息流、物流均實現數字化的基礎上,通過組網實現數據互聯互通,信息共享;




 

總體設計

03

 


根據精細化管理理念,實驗室物資管理一項重要的建設目標體現在各業務物資需要統一平臺管理上,一方面,各業務物資粗放管理造成較大的成本浪費; 另一方面,標準品、危化品、試劑、耗材類有各自不同的存儲和管理需求,解決散、亂、雜,進行精細管理可大大提升管理秩序,杜絕安全隱患。 
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在進行系統設計和實施的過程中,需要對系統的整體框架,軟硬件的實現方式以及各模塊功能的需求進行分析和系統的整理。 根據實驗室的物資管理要求,將標準品管理模塊、耗材管理模塊、試劑(含危化品)管理模塊三個部分集成到統一平臺進行管理,其中標準品管理模塊通過軟硬件改造升級的試劑柜和專用系統管理,數據接入平臺; 耗材管理模塊通過專用系統結合改造升級的鑰匙柜管理,數據接入平臺; 試劑(含危化品)管理模塊采用軟硬件改造升級的試劑柜直接通過平臺管理,對危化品特別設置獨立庫房和鑰匙柜; 各模塊運行數據經過平臺分析處理,為用戶輸出成本、效益、安全三個維度的決策信息。



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根據以上設計,本系統中主要涉及的硬件如下:


硬件
主要功能
RFID
標簽
綁定物資信息,作為識別/定位中間體
改造
鑰匙柜
管理貨柜/安全柜鑰匙,滿足“雙人雙鎖"安全監管要求
改造
試劑柜
實現識別/定位試劑(含危化品)信息,存放試劑,提供存放環境條件
門禁系統
庫房出入安全認證
天平
稱重
服務器
數據存儲
平臺終端
統一物資管理數據平臺


本項目涉及硬件在市場上有較多不同路線的成熟商用產品,本文主要圍繞系統設計與功能集成討論,此處硬件選型略去不表。
本項目管理系統功能特點針對物資屬性設計,對于能否達成預期降本增效成果,主要圍繞技術實現和效率提升綜合考量:
 技術實現:由于系統針對不同的物資會有不同的功能設計,其產生的數據也會有一定的差異,為保證數據采集和數據上傳可以實時、完整的進行,本系統使用Redis作為緩存數據庫,支持高達10萬次/秒的讀寫速度,并且Redis支持主從同步,數據可以從主服務器向任意數量的從服務器上同步; 系統標準品、試劑、耗材數據庫獨立分開,數據信息只能在權限控制的情況下通過內網流動,保證數據安全; 系統設計框架時提前考慮了主要模塊信息紀錄的完整性,可以滿足,模塊及流程的自定義,包括: 字段自定義、字段間邏輯關系自定義、表單自定義、用戶界面自定義、貫穿系統內的工作流審批自定義、警報自定義、報表自定義、打印格式自定義等必須功能。

 

效率提升:由于各模塊需求的功能較為復雜,系統選用軟硬件一體化的技術路線進行設計,軟件與硬件實時進行數據交互,物資流轉過程自動獲取信息,人員僅需必要操作。標準品部分使用軟硬件改造升級的試劑柜,集成專業的管理軟件進行精準、嚴格管理,降低損耗丟失;耗材管理部分充分利用實驗室原有貨柜貨架,側重軟件管理,簡化流程; 試劑(含危化品)管理使用庫房式管理模式,一方面通過權限控制,無形中約束人員行為; 另一方面通過軟硬件改造升級的試劑柜對物資標簽自動識別, 定點定位提供人性化的操作指引,兼顧使用規范與效率。


 

 管理模塊

04

 


1.標準品管理模塊

 


標準品是國家標準中用于鑒定、檢查、含量測定的標準物質。 實驗室主要工作是以檢驗檢測為主,檢驗檢測結果準確性與標準品存儲環境、中間流程息息相關,實驗室質量控制也對標準品的信息溯源有所要求。本系統中標準品管理模塊采用專用軟件和軟硬件改造升級的試劑柜進行管理,其功能設計如下:



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1

流程更精細

管理標準品的專用軟件功能覆蓋標準品全生命周期,信息記錄全程可追溯,數據在不同人員、設備之間傳遞,深入業務協作,讓標準品管理不再成為業務短板。

2

操作更精細

標準品數量大、體積小、易丟失,管理標準品的專用軟件基于軟硬件改造升級的試劑柜進行標簽識讀和精準定位,在領用/歸還操作環節提供人性化的試劑位置指引圖形界面,將精準落實到底。


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▲ 配圖:通過軟硬件配合,系統實現了對每一支標準品的精準定位管理、編號指引



2.耗材管理模塊

 


實驗室中耗材種類多,使用量大,取用頻率*,管理流程簡潔與否對于效率影響較大。 本項目建設不改變用戶利用貨柜貨架存儲的習慣,通過在耗材庫配置管理系統和升級改造的鑰匙柜的形式進行管理,流程設計如下:



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1

數據完整

耗材入庫主要從采購源頭進行數據的完整導入,單獨編輯時根據歷史錄入的信息自動補完空缺字段,確保系統中耗材信息的完整,清晰。

2

流程簡潔

通過采購單批量導入耗材數據后,用戶可延續以前的使用習慣,直接將耗材放入對應的貨架或貨柜(鑰匙柜根據導入貨柜數據彈出對應鑰匙); 使用操作時,用戶可直接查詢/篩選需要領用的耗材,之后延續使用習慣前往貨架或貨柜(鑰匙柜根據領用數據彈出對應鑰匙)取用; 耗材無需歸還,只需在辦公電腦定期登記使用用途,超時未登記還將自動提醒,用戶可輕松使用。





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▲ 配圖:通過硬件與管理終端間接管理用戶貨架/柜




3.試劑(含危化品)管理模塊

 


本項目實驗室中試劑數量較多,占用空間大,需存儲在獨立的試劑庫房中,且其中包含大量的危險化學品,需在滿足監管要求的基礎上進行管理。 本系統通過中控平臺結合人臉識別門禁系統、改造試劑柜和改造危化品安全柜建立一套庫房式的管理體系,功能模塊設計如下:


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1

滿足危化品監管要求

危險化學品要求雙人雙鎖、24h視頻監控、全程流轉記錄,本項目為實驗室設計了獨立危化品庫房進行管理,基于整合的MSDS危險化學品數據庫,核查到入庫、領用、歸還的試劑是危化品時,將要求進行監督人人臉識別身份認證,保證現場為雙人操作; 危化品存放在獨立的庫房,危化品安全柜的鑰匙通過改造鑰匙柜進行管理,確保相關活動經系統在受控狀態進行。

2

庫房式管理

本系統對試劑(含危化品)進行庫房式管理,進入庫房、登錄系統需進行身份驗證,確保不會有無關人員操作; 存放試劑和危化品的試劑柜均屬專用改造產品,具備標簽識讀和精準定位能力,但不具備軟件服務能力,各項操作均在同一平臺進行,確保同一庫房內令出一口,規則清晰。

3

數據完整

試劑入庫主要從采購源頭進行數據的完整導入,單獨編輯時根據歷史錄入的信息自動補完空缺字段,確保系統中試劑信息的完整,清晰。


 


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▲ 配圖:通過軟硬件配合,系統實現了試劑全生命周期管理



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▲ 配圖:通過軟硬件配合,系統實現了危化品“雙人雙鎖"安全監管、全程追溯





4.統一物資管理數據平臺


 

在滿足各項物資精細管理的基礎上,需要將數據簡潔、有效地整合在統一管理平臺進行管理。 根據對實驗室物資數據的分析,主要規劃以下類型報表:


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通過以上各項報表,可快速了解庫存、質保期、物資分布等情況,對采購周期、采購先后順序、采購數量等做出準確的判斷,實現全面的精細化。

本項目對接用戶Lims系統并集成了試劑基礎信息數據庫、MSDS數據、溫濕度數據、視頻監控數據等數據,此處整合細節略去不表。

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▲ 配圖:系統各項數據在統一平臺進行可視化呈現


管理模塊小結

通過對不同物資的管理特性針對性設計管理模塊,結合專用軟件和定制硬件將精細化管理落到實處,并建立數據平臺提供統一的數據治理服務,實現了物資管理的深度智能化。

 

 

總結

05

 

實驗室物資管理智能化體現為,從計劃到執行、再到打通物聯網底層控制的全流程縱向集成;其效益源自業務流程高效暢通帶來的低損耗、低人力、管理規范、高效執行力和整體數據感知能力,物資管理數據經過系統分析后,還可輔助管理者進行全盤計劃的監控和調整。

基于本項目分析,總結實驗室整體智能化建設趨于以下特征:



圍繞智能化能力開展,單一項目建設目標是成型一套高效/簡潔/全面的智慧能力。


突破傳統,比傳統的lims更加強調場景落地和與職能、操作流程的緊密聯系,具備軟硬件一體化、人機交互、數據互聯互通等特征,賦予執行層與管理層所需要的可用工具。


強調行業細分,不僅與行業要求的變化息息相關,還與項目建設階段、操作流程等有聯系,解決方案需要立足行業一線需求,有助于解決實際工作中的痛點、難點、癢點。


效果看的見。整體解決方案可以將這個行業有價值的業務集成到一起,構建能夠被客戶認知的可視化價值鏈。


技術推動。 不少先進的管理理念問世多年,直到現在才開始在實驗室落地開花,其中一個重要的原因便是技術的成熟應用,先進技術與落后技術在實驗室智能化上的差距,不僅是量級的差距,更是代際的差距,不斷迭代的先進技術才能真正推動智能化變革。


物資管理僅僅是實驗室“人機料法環測"六項基礎要素中其中一項,實驗室智能化建設不僅需要對重要職能實現縱向集成,還要實現貫通多個基礎要素之間橫向價值鏈端到端的集成,下一期,我們將繼續通過具體項目探討如何建設多要素協同配合的智能化場景,敬請期待!


本系列下期預告
實驗室智能化沒那么難(2)
——詳解實驗室場景協同系統建設