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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(tǒng)建設(shè)

更新時間:2022-05-13瀏覽:4385次

研究概述

本文以筆者親身參與的實驗室物資管理系統(tǒng)建設(shè)項目為研究對象,對總體技術(shù)路線進(jìn)行探討,從理念到技術(shù)再到功能設(shè)計全面分析,展現(xiàn)智能化實踐的建設(shè)方法,為現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展提供借鑒意義。 主要的研究內(nèi)容如下:

(1)將行業(yè)規(guī)范和先進(jìn)的管理理念融入到智能化項目建設(shè)中,以先進(jìn)理念為指導(dǎo),細(xì)化建設(shè)目標(biāo),提供科學(xué)有效的解決方案;
(2)將RFID無線射頻識別、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)應(yīng)用到智能化項目建設(shè)中,構(gòu)建了軟硬件一體的管理系統(tǒng);
(3)搭建了物資管理系統(tǒng),重點研究了標(biāo)準(zhǔn)品、試劑、耗材、危化品四類物資的管理流程和數(shù)據(jù)管理平臺的設(shè)計;
(4)總結(jié)了實驗室智能化的發(fā)展趨勢。

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 建設(shè)背景

01

 


當(dāng)前,全球經(jīng)濟正向數(shù)字經(jīng)濟加速轉(zhuǎn)型,新一代信息技術(shù)帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向?qū)I(yè)化、綠色化、數(shù)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(chǔ)設(shè)施,也是機構(gòu)提質(zhì)/降本/增效的重要戰(zhàn)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(dǎo) 

02

 

精細(xì)化管理是將常規(guī)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(biāo)的管理方式,它以專業(yè)化為前提、系統(tǒng)化為保證、數(shù)據(jù)化為標(biāo)準(zhǔn)、信息化為手段,將管理的規(guī)范性與創(chuàng)新性最好地結(jié)合起來,以獲得更高效率、更多效益和更強競爭力。

實驗室業(yè)務(wù)/項目繁多、流程復(fù)雜、人工成本高,以試劑為代表的易耗物資是貫穿實驗室業(yè)務(wù)的重要管理對象 ,落實精細(xì)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(xiàn)狀
精細(xì)化管理角度
業(yè)務(wù)持續(xù)拓寬,對應(yīng)物資種類繁多,人工管理效率較低;
建立一套管理系統(tǒng),將實驗室普通試劑、危化品、耗材等多個管理對象數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,實現(xiàn)高效、科學(xué)的管理;
單價高、體積小、易丟失的標(biāo)準(zhǔn)品需要專門管理,避免浪費;
受監(jiān)管的危險化學(xué)品需要嚴(yán)格監(jiān)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(shù)手段替代人工處理,簡化操作;
物資分布在不同的區(qū)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(xiàn)數(shù)字化的基礎(chǔ)上,通過組網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通,信息共享;




 

總體設(shè)計

03

 


根據(jù)精細(xì)化管理理念,實驗室物資管理一項重要的建設(shè)目標(biāo)體現(xiàn)在各業(yè)務(wù)物資需要統(tǒng)一平臺管理上,一方面,各業(yè)務(wù)物資粗放管理造成較大的成本浪費; 另一方面,標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行精細(xì)管理可大大提升管理秩序,杜絕安全隱患。 
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在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和實施的過程中,需要對系統(tǒng)的整體框架,軟硬件的實現(xiàn)方式以及各模塊功能的需求進(jìn)行分析和系統(tǒng)的整理。 根據(jù)實驗室的物資管理要求,將標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)一平臺進(jìn)行管理,其中標(biāo)準(zhǔn)品管理模塊通過軟硬件改造升級的試劑柜和專用系統(tǒng)管理,數(shù)據(jù)接入平臺; 耗材管理模塊通過專用系統(tǒng)結(jié)合改造升級的鑰匙柜管理,數(shù)據(jù)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(shè)置獨立庫房和鑰匙柜; 各模塊運行數(shù)據(jù)經(jīng)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(jù)以上設(shè)計,本系統(tǒng)中主要涉及的硬件如下:


硬件
主要功能
RFID
標(biāo)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(jiān)管要求
改造
試劑柜
實現(xiàn)識別/定位試劑(含危化品)信息,存放試劑,提供存放環(huán)境條件
門禁系統(tǒng)
庫房出入安全認(rèn)證
天平
稱重
服務(wù)器
數(shù)據(jù)存儲
平臺終端
統(tǒng)一物資管理數(shù)據(jù)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(chǎn)品,本文主要圍繞系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)功能特點針對物資屬性設(shè)計,對于能否達(dá)成預(yù)期降本增效成果,主要圍繞技術(shù)實現(xiàn)和效率提升綜合考量:
 技術(shù)實現(xiàn):由于系統(tǒng)針對不同的物資會有不同的功能設(shè)計,其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也會有一定的差異,為保證數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上傳可以實時、完整的進(jìn)行,本系統(tǒng)使用Redis作為緩存數(shù)據(jù)庫,支持高達(dá)10萬次/秒的讀寫速度,并且Redis支持主從同步,數(shù)據(jù)可以從主服務(wù)器向任意數(shù)量的從服務(wù)器上同步; 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)品、試劑、耗材數(shù)據(jù)庫獨立分開,數(shù)據(jù)信息只能在權(quán)限控制的情況下通過內(nèi)網(wǎng)流動,保證數(shù)據(jù)安全; 系統(tǒng)設(shè)計框架時提前考慮了主要模塊信息紀(jì)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(guān)系自定義、表單自定義、用戶界面自定義、貫穿系統(tǒng)內(nèi)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(fù)雜,系統(tǒng)選用軟硬件一體化的技術(shù)路線進(jìn)行設(shè)計,軟件與硬件實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,物資流轉(zhuǎn)過程自動獲取信息,人員僅需必要操作。標(biāo)準(zhǔn)品部分使用軟硬件改造升級的試劑柜,集成專業(yè)的管理軟件進(jìn)行精準(zhǔn)、嚴(yán)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(cè)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(quán)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(biāo)簽自動識別, 定點定位提供人性化的操作指引,兼顧使用規(guī)范與效率。


 

 管理模塊

04

 


1.標(biāo)準(zhǔn)品管理模塊

 


標(biāo)準(zhǔn)品是國家標(biāo)準(zhǔn)中用于鑒定、檢查、含量測定的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。 實驗室主要工作是以檢驗檢測為主,檢驗檢測結(jié)果準(zhǔn)確性與標(biāo)準(zhǔn)品存儲環(huán)境、中間流程息息相關(guān),實驗室質(zhì)量控制也對標(biāo)準(zhǔn)品的信息溯源有所要求。本系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)品管理模塊采用專用軟件和軟硬件改造升級的試劑柜進(jìn)行管理,其功能設(shè)計如下:



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1

流程更精細(xì)

管理標(biāo)準(zhǔn)品的專用軟件功能覆蓋標(biāo)準(zhǔn)品全生命周期,信息記錄全程可追溯,數(shù)據(jù)在不同人員、設(shè)備之間傳遞,深入業(yè)務(wù)協(xié)作,讓標(biāo)準(zhǔn)品管理不再成為業(yè)務(wù)短板。

2

操作更精細(xì)

標(biāo)準(zhǔn)品數(shù)量大、體積小、易丟失,管理標(biāo)準(zhǔn)品的專用軟件基于軟硬件改造升級的試劑柜進(jìn)行標(biāo)簽識讀和精準(zhǔn)定位,在領(lǐng)用/歸還操作環(huán)節(jié)提供人性化的試劑位置指引圖形界面,將精準(zhǔn)落實到底。


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▲ 配圖:通過軟硬件配合,系統(tǒng)實現(xiàn)了對每一支標(biāo)準(zhǔn)品的精準(zhǔn)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(shè)不改變用戶利用貨柜貨架存儲的習(xí)慣,通過在耗材庫配置管理系統(tǒng)和升級改造的鑰匙柜的形式進(jìn)行管理,流程設(shè)計如下:



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1

數(shù)據(jù)完整

耗材入庫主要從采購源頭進(jìn)行數(shù)據(jù)的完整導(dǎo)入,單獨編輯時根據(jù)歷史錄入的信息自動補完空缺字段,確保系統(tǒng)中耗材信息的完整,清晰。

2

流程簡潔

通過采購單批量導(dǎo)入耗材數(shù)據(jù)后,用戶可延續(xù)以前的使用習(xí)慣,直接將耗材放入對應(yīng)的貨架或貨柜(鑰匙柜根據(jù)導(dǎo)入貨柜數(shù)據(jù)彈出對應(yīng)鑰匙); 使用操作時,用戶可直接查詢/篩選需要領(lǐng)用的耗材,之后延續(xù)使用習(xí)慣前往貨架或貨柜(鑰匙柜根據(jù)領(lǐng)用數(shù)據(jù)彈出對應(yīng)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(shù)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(xué)品,需在滿足監(jiān)管要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行管理。 本系統(tǒng)通過中控平臺結(jié)合人臉識別門禁系統(tǒng)、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(shè)計如下:


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1

滿足危化品監(jiān)管要求

危險化學(xué)品要求雙人雙鎖、24h視頻監(jiān)控、全程流轉(zhuǎn)記錄,本項目為實驗室設(shè)計了獨立危化品庫房進(jìn)行管理,基于整合的MSDS危險化學(xué)品數(shù)據(jù)庫,核查到入庫、領(lǐng)用、歸還的試劑是危化品時,將要求進(jìn)行監(jiān)督人人臉識別身份認(rèn)證,保證現(xiàn)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(jìn)行管理,確保相關(guān)活動經(jīng)系統(tǒng)在受控狀態(tài)進(jìn)行。

2

庫房式管理

本系統(tǒng)對試劑(含危化品)進(jìn)行庫房式管理,進(jìn)入庫房、登錄系統(tǒng)需進(jìn)行身份驗證,確保不會有無關(guān)人員操作; 存放試劑和危化品的試劑柜均屬專用改造產(chǎn)品,具備標(biāo)簽識讀和精準(zhǔn)定位能力,但不具備軟件服務(wù)能力,各項操作均在同一平臺進(jìn)行,確保同一庫房內(nèi)令出一口,規(guī)則清晰。

3

數(shù)據(jù)完整

試劑入庫主要從采購源頭進(jìn)行數(shù)據(jù)的完整導(dǎo)入,單獨編輯時根據(jù)歷史錄入的信息自動補完空缺字段,確保系統(tǒng)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(tǒng)實現(xiàn)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(tǒng)實現(xiàn)了危化品“雙人雙鎖"安全監(jiān)管、全程追溯





4.統(tǒng)一物資管理數(shù)據(jù)平臺


 

在滿足各項物資精細(xì)管理的基礎(chǔ)上,需要將數(shù)據(jù)簡潔、有效地整合在統(tǒng)一管理平臺進(jìn)行管理。 根據(jù)對實驗室物資數(shù)據(jù)的分析,主要規(guī)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(zhì)保期、物資分布等情況,對采購周期、采購先后順序、采購數(shù)量等做出準(zhǔn)確的判斷,實現(xiàn)全面的精細(xì)化。

本項目對接用戶Lims系統(tǒng)并集成了試劑基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、MSDS數(shù)據(jù)、溫濕度數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù),此處整合細(xì)節(jié)略去不表。

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▲ 配圖:系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)在統(tǒng)一平臺進(jìn)行可視化呈現(xiàn)


管理模塊小結(jié)

通過對不同物資的管理特性針對性設(shè)計管理模塊,結(jié)合專用軟件和定制硬件將精細(xì)化管理落到實處,并建立數(shù)據(jù)平臺提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)治理服務(wù),實現(xiàn)了物資管理的深度智能化。

 

 

總結(jié)

05

 

實驗室物資管理智能化體現(xiàn)為,從計劃到執(zhí)行、再到打通物聯(lián)網(wǎng)底層控制的全流程縱向集成;其效益源自業(yè)務(wù)流程高效暢通帶來的低損耗、低人力、管理規(guī)范、高效執(zhí)行力和整體數(shù)據(jù)感知能力,物資管理數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)分析后,還可輔助管理者進(jìn)行全盤計劃的監(jiān)控和調(diào)整。

基于本項目分析,總結(jié)實驗室整體智能化建設(shè)趨于以下特征:



圍繞智能化能力開展,單一項目建設(shè)目標(biāo)是成型一套高效/簡潔/全面的智慧能力。


突破傳統(tǒng),比傳統(tǒng)的lims更加強調(diào)場景落地和與職能、操作流程的緊密聯(lián)系,具備軟硬件一體化、人機交互、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通等特征,賦予執(zhí)行層與管理層所需要的可用工具。


強調(diào)行業(yè)細(xì)分,不僅與行業(yè)要求的變化息息相關(guān),還與項目建設(shè)階段、操作流程等有聯(lián)系,解決方案需要立足行業(yè)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(yè)有價值的業(yè)務(wù)集成到一起,構(gòu)建能夠被客戶認(rèn)知的可視化價值鏈。


技術(shù)推動。 不少先進(jìn)的管理理念問世多年,直到現(xiàn)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(shù)的成熟應(yīng)用,先進(jìn)技術(shù)與落后技術(shù)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(jìn)技術(shù)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(huán)測"六項基礎(chǔ)要素中其中一項,實驗室智能化建設(shè)不僅需要對重要職能實現(xiàn)縱向集成,還要實現(xiàn)貫通多個基礎(chǔ)要素之間橫向價值鏈端到端的集成,下一期,我們將繼續(xù)通過具體項目探討如何建設(shè)多要素協(xié)同配合的智能化場景,敬請期待!


本系列下期預(yù)告
實驗室智能化沒那么難(2)
——詳解實驗室場景協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)