摘要：结合煤化工企业生产实际情况，针对化验室管理要素及需求，研究开发了化验室信息管理系统（LIMS）。该系统不仅符合国际化验室工作流程及其标准，而且实现了分析流程和应用实践的完美融合。LIMS上线后，工作效率、报出数据准确率、资源利用率均大大提高。以程序化的方式对影响检测质量的诸多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，从而为客户提供客观、及时、准确的检测服务。
关键词：LIMS;实验室;煤化工;开发;应用
引言
对一个实验室来说，无论规模的大小，每时每刻都会产生大量的信息，这些信息主要是一些测量、分析的数据，还有许多维持实验室运行的管理型数据。这些海量、复杂的数据使得每一个实验室为维护这些数据而浪费了大量的人力和物力，结果效率还十分的低下，经常出错，更谈不上数据的快速科学分析。依照ISO/IEC17025—2005《检测和校准实验室能力的通用要求》与现行法律法规和中心质量管理体系，基于实验室从事的检验活动和参比实验室活动，充分利用现代信息技术，需要建立实验室LIMS[1]，实现从样品采集、样品受理、检验、结果评价、出具报告全过程及相关的活动的计算机网络化办公功能，实现精细化管理，达到“无”纸化办公目的[2]，提高质量和安全事件追溯能力，及时采取纠正、预防、改进措施，推进业务流程的标准化和自动化，实现LIMS数据共享和有效利用。神华新疆化工有限公司以褐煤为生产原料主要生产聚乙烯、聚丙烯等产品。该公司化验室主要承担公司的原料分析、过程控制分析、成品分析及水质环保分析，以及装置临时加样分析。该公司2016年装置开工，化验室每月都有2000万～3000万个数据需要手动录入，分析数据只能电话报给生产装置，等到下班后再进行本班分析数据的共享存储。这种运行方式严重影响化验室的工作效率和服务质量，数据录入错误也时有发生，装置想得到及时快捷的数据报送更难以实现，因此设计开发符合国际标准实验室的质量体系要求的实验室信息管理系统以解决上述问题变得迫在眉睫。2017年初该公司就开始着手LIMS的开发，经过调研考察及论证，最终确定了该公司LIMS的开发设计方案。
1工艺流程及LIMS业务需求
1.1工艺流程
神华新疆化工有限公司以煤为原料，先通过气化装置、净化装置、甲醇合成装置生产出183万t/a的甲醇，再通过SHMTO技术生产中间产品丙烯、乙烯，再通过LyondelBasell公司的高压管式法（LupotechT）工艺和INEOS公司的Innovene聚合工艺技术分别生产LDPE和PP。
1.2LIMS业务需求
通过对其他同类企业的LIMS开发情况进行对比分析，结合化验室日常管理和质量控制需要，确定了该公司LIMS业务需求。
2化验室信息管理系统结构设计
神华新疆化工LIMS，采用的是B/S架构的软件产品，该软件是典型的多层架构，客户端机器无需安装CRM系统的任何模块，系统的升级仅需要通过对系统的WEB服务器和应用服务器进行在线升级即可完成，大大降低了系统维护的工作量，系统的更新和升级不影响历史数据的查询和应用。
3化验室信息管理系统功能设计与实现
LIMS功能主要包括实验室的业务流程管理、质量管理、仪器采集、系统集成等部分，实现神华新疆化工生产中各种类型的检验样品全部纳入系统进行管理。化验室信息管理系统功能设计如下：国际标准的化验作业流程、分析数据的自动采集功能、化验结果质量控制与管理、数据可追溯功能、报表自动生成功能、仪器设备管理功能；等等；具备二次开发功能。
3.1业务流程管理
该系统按照ISO/IEC17025规范中的样品管理要求来设计工作流，围绕神华新疆化工生产流程和检验计划开展样品化验任务，实现从检验任务生成、样品登录、样品采样、样品接收、任务分配、检测、结果输入、结果审核（多级审核）、数据输出、生成检验报告等，各个环节的化验任务通过LIMS网上调度，将化验室业务工作和LIMS工作流程进行融合。
3.2分析数据的自动采集
LIMS系统在样品检验前提供设备排程功能，设备排程包括自动排程与手动排程。对于单台设备检测的检测项目，LIMS系统在任务生成时自动根据采样时间完成自动排程，后续样品检测完成后，分析员将样品的检测结果文件保存或上传至对应的设备采集文件夹中，即可完成设备分析结果的自动数据采集，以及分析谱图上传。对于多台设备都可以检测的检测项目，由分析员在样品分析前手动在LIMS系统中进行设备样品检测排程，后续样品检测过程中，分析员按照设备排程的样品进行检测，检测完成后将检测结果文件保存或上传至对应的设备采集文件夹中，即可完成设备分析结果的自动数据采集，以及分析谱图上传。对于有工作站的仪器，系统会自动采集工作站的输出文件，LIMS系统可采集PDF、excel、word、txt等各种格式的文件。对于有RS232接口的仪器，如果配置了电脑，也可实现数据的采集，对于没有输出的仪器，系统有多种方式可快速录入数据，例如excel导入、批录入、默认结果、快速录入等方式，使分析员可以根据样品的原始记录信息多少选择不同的录入方式，大大提高数据录入速度。分析数据的自动采集，减少了人工干预，确保数据的原始性、真实性和准确性。自动采集大批量分析数据极大地缩短了分析数据的产生周期，同时节约了人力成本。自动采集的数据，能在审核时原始数据的同时审核分析谱图，以确保每个分析数据的准确性。有效防止在传统管理模式下，分析数据的采集停留在人工记录和传递阶段，自动化水平不高，不能严格确保分析数据的准确性，无法彻底避免人为修改数据带来的风险。
3.3化验结果质量控制与管理
3.3.1质量控制
LIMS通过质量指标设置进行分析数据进行质量管理。通过将标准中分析项目的重复性及精密度要求导入数据判定项中，当录入数据超出方法中规度的要求，数据会被判定为不通过，为分析数据把好第一道关。其次通过在数据录入、复核及审核界面增加了历史数据查询比对功能，便于分析比较当前分析数据与历史的差异，为数据分析者和审核者对数据是否异常作出快速的判断，为数据是否需要复查提供依据。通过在样品分析项目指标集中设置质量指标对样品质量进行控制，系统会根据设定指标对报出数据进行样品质量进行合格和不合格判定，并用不同颜色标识，绿色表示合格，红色表示不合格。
3.3.2质量统计
LIMS质量统计模块能够对选定一段时间内的分析数据进行统计分析和对比。不仅能实现选定时间段内的样品分析数据情况统计，如平均值、标准差、最大值、最小值、分析次数、合格率等，还能实现对选定时间段内的样品分析数据与往年同期数据的比较。
3.3.3质量控制图
LIMS系统具有均值极差控制图，可以对一段时间内的样品的质量变化趋势通过质控图来查看，便于分析质量变化趋势，质控图表能更直观、快速发现异常，以便及时采取质量控制措施措施。
3.3.4数据相关性分析
LIMS的相关性分析功能实现实验室数据相关性分析，不仅能实现一段时间内同一样品的不同分析项目间的相关性分析以及一段时间内同一样品同一个分析项目溜出口数据与成品分析的比对，还可以实现不同样品相同项目的相关性对比，并可形成相关性分析的趋势图。这个功能可以用来检查工艺流程中一个产品加工工程中质量指标的变化，例如半成品某个检验项目是150mg/L，随着加工过程推进，到成品某项指标应小于150mg/L，如果大于或等于基本是错误的数据，并且可以多个点位同时显示，可快速查询出问题的样品，快速定位有问题的分析项目。
3.4数据可追溯功能
LIMS记录了每一个样品分析数据的原始信息，包括任务下达、数据录入、复核、审核等每一步过程以及装置人员传递的样品信息，比如取样通知单、临时加样单等等。LIMS的“样品状态”模块可以实时追踪样品测试任务的进展情况，涵盖从样品的采集开始至样品存档的整个生命周期；它可以使实验室管理人员在一个操作界面全面动态的了解工作的完成情况、完成人、完成结果。当数据被修改时，系统自动记录修改人，修改时间，修改原因，修改前的结果和修改后的结果，便于对原始记录的追溯。在对数据产生疑问时，随时可调出该数据对应的原始记录，追溯查询通过样品编号信息进行样品状态查询，就可以知道样品数据何时做过修改、谁做过修改，该数据是经过哪些人员审核等一系列详细信息。当需要对数据分析及时性进行检查时，可以追溯查询样品流程的每一个时间点，查找是哪一个环节影响了数据分析的及时性，并进行检查考核，以便提高分析数据服务的及时性。数据可追溯性确保了数据的可靠性，杜绝了人为捏造及修改数据的行为，使化验室树立良好信誉，增强企业市场竞争力。
3.5报表自动生成功能
该系统还具有自动生成各类报表的功能，如分析报告单（合格证）、原始记录、样品台账等。LIMS通过水晶报表对各种台账进行设计，设计完成后导入LIMS系统，数据分析完成后，系统自动生成各种报表。产品合格证签发过程签发人员进行签发时自动带入签发人员的手写电子签名及质量专用电子印章。LIMS产生的报表可以直接打印，也可导出为常见格式的文件(如HTML、PDF、TXT)或者以电子邮件方式进行发送。避免打印和人工传递，提高无纸化管理水平。
3.6仪器设备管理功能
LIMS系统的仪器设备管理功能可将实验室的仪器设备和计量器具按不同的实验室、岗位、类型进行分类管理。建立分析仪器和计量器具台帐，包括每台设备和计量器具的企业编号，名称，型号，出厂编号，进厂日期，设备的状态（正常，故障，停用，封存），价格（原值），制造商，商，检定日期，下次检定日期，存放地点，保养人，说明书编号，固定资产编号等基本信息。实现维修管理，可以通过手工方式生成维修申请。维修的具体内容包括：故障内容，要求开始日期，要求完成日期，提出人等。维修记录内容包括:日期，内容，单位，维修人，验收记录，验收人等。一旦仪器维修申请被审批，仪器的状态将由“正常”自动变为“故障”或“暂停”，这样分析人员在选择测试仪器时，该仪器将不出现在仪器列表中。建立校准记录和校准曲线，可列出某一时间段内校准到期的设备清单等，可对已超期校准的设备进行报警及故障通知的功能。系统可对实验室的各种计量器具进行管理，建立计量器具台账，实现对计量器具的检定校准、校正值、计量器具领用归还、计量器具报废等的管理，系统可根据计量器具的检定校准周期提前提醒相关人员，以安排计量器具的检定校准。
3.7留样管理功能
对化验室标准要求留样、以及涉及贸易的样品进行梳理，识别出原料煤、化工三剂、固体催化剂、外卖固体产品等样品需要进行留样，首先对留样柜进了编号和定位，然后将样品位置录入LIMS，留样时先在LIMS中操作留样并打印样品标签，然后将样品放入标签上标识的留样柜的位置，样品留样周期到达前，系统自动向留样责任人提醒，责任人及时对留样进行处置。整个留样过程都可以在LIMS中实现，留样结束后系统会自动形成留样记。实现了留样和处置样品过程智能化，实现了原始记录电子化，提高了工作效率。
3.8工作量统计功能
LIMS的工作量功能实现按检测任务分类、样品类别、检测项目、检测部门、检测人员等条件统计一段时间内的工作量，对人员工作量统计可以按照部门、班组、个人进行统计，实现检测室任务明确化及考核量化。避免了人工统计工作量，减少了人工统计工作量造成的数据不准确或数据不一致，大大提高了工作效率。
3.9其他功能开发
LIMS与其他系统(ERP、MES、PCS)的集成实现LIMS分析数据的最大化利用，为其他应用模块提供基础的化验数据。通过信息的及时传递和共享，为企业的质量控制和生产优化提供了及时可靠的支持。实验室信息管理系统(LIMS)使实验室工作的重点从样品分析过程向信息管理过程进一步延伸、扩展、转移和提升，也使工作方式发生了根本性转变，它是实验室管理科学化、规范化、流程化、网络化、实时化的重要手段。
4结论
1）使用LIMS后,实现了从原辅料进厂检验、生产过程样品、以及产品在系统中流转，并做到了各种样品的检测数据可以进行实时查看与追踪，加快了数据传递的速度，也做到了信息共享，同时能够更好的为生产决策提供支撑。2）在资源管理方面，完成了人员管理、仪器管理、材料管理、方法管理，并将这些基础信息应用于整个样品检验流程当中，做到全程受控。3）化验室信息管理系统可使管理人员摆脱繁杂而简单的手工数据处理及数据统计，减少计算及统计失误，提高工作效率，工作人员有更多的精力去研究分析方法或为装置的稳定运行进行攻关，进一步深化管理，不断提高化验室业务管理水平。4）使用LIMS后，不但提高了实验室的工作效率，而且在提高经济效益、降低运行成本等方面都有很大的作用。实验室传统的数据记录模式导致每年都必须印刷大量的原始记录和台帐，消耗大量的印刷费用，而无纸化办公轻松解决了这一问题[6]。
作者：贺小强 单位：神华新疆化工有限公司
