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实验室智能化没那么难（1）——详解实验室物资管理系统建设

更新时间：2022-05-13浏览：4494次

研究概述
本文以笔者亲身参与的实验室物资管理系统建设项目为研究对象，对总体技术路线进行探讨，从理念到技术再到功能设计全面分析，展现智能化实践的建设方法，为现阶段行业发展提供借鉴意义。主要的研究内容如下：
（1）将行业规范和先进的管理理念融入到智能化项目建设中，以先进理念为指导，细化建设目标，提供科学有效的解决方案；
（2）将RFID无线射频识别、物联网、数据分析等技术应用到智能化项目建设中，构建了软硬件一体的管理系统；
（3）搭建了物资管理系统，重点研究了标准品、试剂、耗材、危化品四类物资的管理流程和数据管理平台的设计；
（4）总结了实验室智能化的发展趋势。

正文字数4000字，预计阅读时间10分钟
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建设背景

当前，全球经济正向数字经济加速转型，新一代信息技术带动传统产业向专业化、绿色化、数字化升级。实验室作为检验检测工作的根基，是支持本单位乃至社会各项活动运行的基础设施，也是机构提质/降本/增效的重要战场，加强实验室成本、效益、安全管理，日益成为实验室工作的一项重点。

理念指导

02

精细化管理是将常规管理引向深入的基本思想和管理理念，是一种以最大限度地减少管理所占用的资源和降低管理成本为主要目标的管理方式，它以专业化为前提、系统化为保证、数据化为标准、信息化为手段，将管理的规范性与创新性最好地结合起来，以获得更高效率、更多效益和更强竞争力。

实验室业务/项目繁多、流程复杂、人工成本高，以试剂为代表的易耗物资是贯穿实验室业务的重要管理对象，落实精细化管理对于实验室整体效益有较大提升。目前，实验室物资管理普遍存在如下问题：

现状	精细化管理角度
业务持续拓宽，对应物资种类繁多，人工管理效率较低；	建立一套管理系统，将实验室普通试剂、危化品、耗材等多个管理对象数据进行整合，实现高效、科学的管理；
单价高、体积小、易丢失的标准品需要专门管理，避免浪费；
受监管的危险化学品需要严格监管，避免造成安全隐患；
各类物资手工登记易造成疏漏，流程麻烦；人工盘点工作量大；	采用自动识别、记录的技术手段替代人工处理，简化操作；
物资分布在不同的区域，信息整合易疏漏、工作量大，缺乏整体把握物资情况的手段；	在工作流、信息流、物流均实现数字化的基础上，通过组网实现数据互联互通，信息共享；

总体设计

03

根据精细化管理理念，实验室物资管理一项重要的建设目标体现在各业务物资需要统一平台管理上，一方面，各业务物资粗放管理造成较大的成本浪费；另一方面，标准品、危化品、试剂、耗材类有各自不同的存储和管理需求，解决散、乱、杂，进行精细管理可大大提升管理秩序，杜绝安全隐患。

在进行系统设计和实施的过程中，需要对系统的整体框架，软硬件的实现方式以及各模块功能的需求进行分析和系统的整理。 根据实验室的物资管理要求，将标准品管理模块、耗材管理模块、试剂（含危化品）管理模块三个部分集成到统一平台进行管理，其中标准品管理模块通过软硬件改造升级的试剂柜和专用系统管理，数据接入平台；耗材管理模块通过专用系统结合改造升级的钥匙柜管理，数据接入平台；试剂（含危化品）管理模块采用软硬件改造升级的试剂柜直接通过平台管理，对危化品特别设置独立库房和钥匙柜； 各模块运行数据经过平台分析处理，为用户输出成本、效益、安全三个维度的决策信息。

根据以上设计，本系统中主要涉及的硬件如下：

硬件	主要功能
RFID 标签	绑定物资信息，作为识别/定位中间体
改造钥匙柜	管理货柜/安全柜钥匙，满足“双人双锁"安全监管要求
改造试剂柜	实现识别/定位试剂（含危化品）信息，存放试剂，提供存放环境条件
门禁系统	库房出入安全认证
天平	称重
服务器	数据存储
平台终端	统一物资管理数据平台

本项目涉及硬件在市场上有较多不同路线的成熟商用产品，本文主要围绕系统设计与功能集成讨论，此处硬件选型略去不表。

本项目管理系统功能特点针对物资属性设计，对于能否达成预期降本增效成果，主要围绕技术实现和效率提升综合考量：

技术实现：由于系统针对不同的物资会有不同的功能设计，其产生的数据也会有一定的差异，为保证数据采集和数据上传可以实时、完整的进行，本系统使用Redis作为缓存数据库，支持高达10万次/秒的读写速度，并且Redis支持主从同步，数据可以从主服务器向任意数量的从服务器上同步；系统标准品、试剂、耗材数据库独立分开，数据信息只能在权限控制的情况下通过内网流动，保证数据安全；系统设计框架时提前考虑了主要模块信息纪录的完整性，可以满足，模块及流程的自定义，包括：字段自定义、字段间逻辑关系自定义、表单自定义、用户界面自定义、贯穿系统内的工作流审批自定义、警报自定义、报表自定义、打印格式自定义等必须功能。

效率提升：由于各模块需求的功能较为复杂，系统选用软硬件一体化的技术路线进行设计，软件与硬件实时进行数据交互，物资流转过程自动获取信息，人员仅需必要操作。标准品部分使用软硬件改造升级的试剂柜，集成专业的管理软件进行精准、严格管理，降低损耗丢失；耗材管理部分充分利用实验室原有货柜货架，侧重软件管理，简化流程；试剂（含危化品）管理使用库房式管理模式，一方面通过权限控制，无形中约束人员行为；另一方面通过软硬件改造升级的试剂柜对物资标签自动识别，定点定位提供人性化的操作指引，兼顾使用规范与效率。

管理模块

1.标准品管理模块

标准品是国家标准中用于鉴定、检查、含量测定的标准物质。实验室主要工作是以检验检测为主，检验检测结果准确性与标准品存储环境、中间流程息息相关，实验室质量控制也对标准品的信息溯源有所要求。本系统中标准品管理模块采用专用软件和软硬件改造升级的试剂柜进行管理，其功能设计如下：

1
流程更精细
管理标准品的专用软件功能覆盖标准品全生命周期，信息记录全程可追溯，数据在不同人员、设备之间传递，深入业务协作，让标准品管理不再成为业务短板。
2
操作更精细
标准品数量大、体积小、易丢失，管理标准品的专用软件基于软硬件改造升级的试剂柜进行标签识读和精准定位，在领用/归还操作环节提供人性化的试剂位置指引图形界面，将精准落实到底。

▲ 配图：通过软硬件配合，系统实现了对每一支标准品的精准定位管理、编号指引

2.耗材管理模块

实验室中耗材种类多，使用量大，取用频率*，管理流程简洁与否对于效率影响较大。本项目建设不改变用户利用货柜货架存储的习惯，通过在耗材库配置管理系统和升级改造的钥匙柜的形式进行管理，流程设计如下：

1
数据完整
耗材入库主要从采购源头进行数据的完整导入，单独编辑时根据历史录入的信息自动补完空缺字段，确保系统中耗材信息的完整，清晰。
2
流程简洁
通过采购单批量导入耗材数据后，用户可延续以前的使用习惯，直接将耗材放入对应的货架或货柜（钥匙柜根据导入货柜数据弹出对应钥匙）；使用操作时，用户可直接查询/筛选需要领用的耗材，之后延续使用习惯前往货架或货柜（钥匙柜根据领用数据弹出对应钥匙）取用；耗材无需归还，只需在办公电脑定期登记使用用途，超时未登记还将自动提醒，用户可轻松使用。

▲ 配图：通过硬件与管理终端间接管理用户货架/柜

3.试剂（含危化品）管理模块

本项目实验室中试剂数量较多，占用空间大，需存储在独立的试剂库房中，且其中包含大量的危险化学品，需在满足监管要求的基础上进行管理。本系统通过中控平台结合人脸识别门禁系统、改造试剂柜和改造危化品安全柜建立一套库房式的管理体系，功能模块设计如下：

1
满足危化品监管要求
危险化学品要求双人双锁、24h视频监控、全程流转记录，本项目为实验室设计了独立危化品库房进行管理，基于整合的MSDS危险化学品数据库，核查到入库、领用、归还的试剂是危化品时，将要求进行监督人人脸识别身份认证，保证现场为双人操作；危化品存放在独立的库房，危化品安全柜的钥匙通过改造钥匙柜进行管理，确保相关活动经系统在受控状态进行。
2
库房式管理
本系统对试剂（含危化品）进行库房式管理，进入库房、登录系统需进行身份验证，确保不会有无关人员操作；存放试剂和危化品的试剂柜均属专用改造产品，具备标签识读和精准定位能力，但不具备软件服务能力，各项操作均在同一平台进行，确保同一库房内令出一口，规则清晰。
3
数据完整
试剂入库主要从采购源头进行数据的完整导入，单独编辑时根据历史录入的信息自动补完空缺字段，确保系统中试剂信息的完整，清晰。

▲ 配图：通过软硬件配合，系统实现了试剂全生命周期管理

▲ 配图：通过软硬件配合，系统实现了危化品“双人双锁"安全监管、全程追溯

4.统一物资管理数据平台

在满足各项物资精细管理的基础上，需要将数据简洁、有效地整合在统一管理平台进行管理。根据对实验室物资数据的分析，主要规划以下类型报表：

通过以上各项报表，可快速了解库存、质保期、物资分布等情况，对采购周期、采购先后顺序、采购数量等做出准确的判断，实现全面的精细化。

本项目对接用户Lims系统并集成了试剂基础信息数据库、MSDS数据、温湿度数据、视频监控数据等数据，此处整合细节略去不表。

▲ 配图：系统各项数据在统一平台进行可视化呈现

管理模块小结
通过对不同物资的管理特性针对性设计管理模块，结合专用软件和定制硬件将精细化管理落到实处，并建立数据平台提供统一的数据治理服务，实现了物资管理的深度智能化。

总结

05

实验室物资管理智能化体现为，从计划到执行、再到打通物联网底层控制的全流程纵向集成；其效益源自业务流程高效畅通带来的低损耗、低人力、管理规范、高效执行力和整体数据感知能力，物资管理数据经过系统分析后，还可辅助管理者进行全盘计划的监控和调整。

基于本项目分析，总结实验室整体智能化建设趋于以下特征：

围绕智能化能力开展，单一项目建设目标是成型一套高效/简洁/全面的智慧能力。

突破传统，比传统的lims更加强调场景落地和与职能、操作流程的紧密联系，具备软硬件一体化、人机交互、数据互联互通等特征，赋予执行层与管理层所需要的可用工具。

强调行业细分，不仅与行业要求的变化息息相关，还与项目建设阶段、操作流程等有联系，解决方案需要立足行业一线需求，有助于解决实际工作中的痛点、难点、痒点。

效果看的见。整体解决方案可以将这个行业有价值的业务集成到一起，构建能够被客户认知的可视化价值链。

技术推动。 不少先进的管理理念问世多年，直到现在才开始在实验室落地开花，其中一个重要的原因便是技术的成熟应用，先进技术与落后技术在实验室智能化上的差距，不仅是量级的差距，更是代际的差距，不断迭代的先进技术才能真正推动智能化变革。

物资管理仅仅是实验室“人机料法环测"六项基础要素中其中一项，实验室智能化建设不仅需要对重要职能实现纵向集成，还要实现贯通多个基础要素之间横向价值链端到端的集成，下一期，我们将继续通过具体项目探讨如何建设多要素协同配合的智能化场景，敬请期待！

本系列下期预告

实验室智能化没那么难（2）
——详解实验室场景协同系统建设

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实验室智能化没那么难（1）——详解实验室物资管理系统建设

理念指导 02

总体设计03

1.标准品管理模块

▲ 配图：通过软硬件配合，系统实现了对每一支标准品的精准定位管理、编号指引2.耗材管理模块

▲ 配图：通过硬件与管理终端间接管理用户货架/柜3.试剂（含危化品）管理模块