信息化背景下實驗室信息管理系統(tǒng)的探索與應(yīng)用

霍曉峰，張莉銘

（1 南京郵電大學(xué) 江蘇 南京 210000）

（2 南京藝術(shù)學(xué)院 江蘇 南京 210000）

0 引言

實驗室信息管理系統(tǒng)（ laboratory information management system， LIMS）是一種信息化的管理工具，將數(shù)據(jù)庫為中心的信息技術(shù)和實驗室管理要求有機地融合在一起。 實驗室信息管理系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，對實驗室的業(yè)務(wù)流程、所有資源、行政等進行科學(xué)的管理。 高校的實驗室信息管理系統(tǒng)依托于實驗室平臺，在客戶機／服務(wù)器平臺下，對學(xué)員考勤、學(xué)員實驗數(shù)據(jù)、實驗報表的撰寫、實驗室的開放和學(xué)員實驗的預(yù)約，以及對實驗儀器的管理工作等問題編寫的一個綜合應(yīng)用軟件系統(tǒng)［1－2］。 為了提升教學(xué)實踐水平、擴大實踐內(nèi)容、開放實驗室的功能等，必須配置一個系統(tǒng)進行相應(yīng)的管理工作。

近年來，高校實驗室通過持續(xù)不斷地建設(shè)與經(jīng)常性的評估活動，提高了管理水平，逐漸走上了規(guī)范化、制度化、科學(xué)化的管理軌道，但依然有部分高校繼續(xù)著低效率、不規(guī)范的管理狀況。 一些高校的教學(xué)實驗、員工考勤等管理情況，不能與實際情況一起體現(xiàn)；有些高校的實驗老師不重視實驗工作，耗費了實驗課的教學(xué)資源；有的實驗學(xué)員單純以完成任務(wù)為目的，做實驗報告不認真，導(dǎo)致資料、圖表等都出現(xiàn)差錯，使實驗報告失去了原有的意義；儀器管理一直也處在賬本和卡片的階段，大量的儀器設(shè)備投資不能取得相應(yīng)的經(jīng)濟效益。 開放實驗室及學(xué)生預(yù)約實驗的管理一直也是復(fù)雜的。 因此，實驗室信息管理系統(tǒng)就是用來解決以上問題的，以期使實驗室發(fā)揮應(yīng)有的作用。

1 LIMS 的主要功能及應(yīng)用

1.1 LIMS 的主要功能

該應(yīng)用程序應(yīng)完成工作的后臺結(jié)構(gòu)化查詢語言（structured query language， SQL）記錄列表，共計7 項：學(xué)生記錄表格、實驗記錄表格、學(xué)生實驗記錄表格、管理記錄表格、考勤記錄表格、預(yù)約記錄表格和設(shè)備管理表格，主要內(nèi)容如下：

（1）實驗信息管理功能。 該模塊主要是用來管理人員輸入的實驗相關(guān)信息，包括實驗項目名稱、研究目的、研究方法和研究內(nèi)容等。 也可以用導(dǎo)航欄來選取所要求選擇、更改和撤銷的實驗信息。

（2）學(xué)校查詢功能。 在此模塊中，可以對學(xué)生的個人基本情況進行查詢并輸出報告，同時可以進行添加、修改、刪除學(xué)生信息等操作。

（3）實驗數(shù)據(jù)管理功能。 該模塊主要是方便實驗管理人員掌握所有實驗的進行情況及結(jié)果，共有兩種功能：檢索和大數(shù)據(jù)分析。

（4）實驗中考勤信息管理功能。 此模塊能夠通過對學(xué)員的考勤狀況、儀器設(shè)備使用狀況等進行查詢、統(tǒng)計，并輸出報表。

（5）實驗預(yù)約記錄。 對預(yù)約實驗的時間進行登記，并錄入學(xué)員的姓名、所約定的實驗方式、實驗日期、所使用的實驗裝置等數(shù)據(jù)，并可產(chǎn)生預(yù)約結(jié)果報告。

1.2 LIMS 的分類管理與服務(wù)

首先，按照考勤的結(jié)果決定是否給予登錄系統(tǒng)；然后，通過用戶注冊后使用的賬號和口令進行對用戶的分類管理，例如不同對象可以進入不同的頁面，使用不同的服務(wù)。用戶需要填寫真實的口令方可登錄。 一旦注冊賬號在數(shù)據(jù)庫里不存在，系統(tǒng)就會提醒用戶是否重新進行注冊，如果用戶重新注冊則通過系統(tǒng)直接進入登錄頁面，系統(tǒng)會把學(xué)員的所有登錄資料都輸入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)中去。

使用實驗報告功能模塊時，系統(tǒng)會按照登錄的實際情況，在實驗報告中自動填寫包括學(xué)生的學(xué)號、名稱、年齡、學(xué)校等信息，同時填報實驗名稱、實驗?zāi)康?、研究項目和關(guān)于實驗的其他資料。 手工填報涉及實驗中的所有數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果，還有實驗曲線。 實驗曲線是在實驗時生成，并用文件格式存盤后貼進實驗報告中的。 實驗論文的結(jié)尾是撰寫每個學(xué)生的實驗心得。 不同類型的實驗會有截然不同的填寫內(nèi)容。 完成后，登錄者可以直接進行上傳或打印輸出。

在修正實驗報告功能模塊中，學(xué)生可以對已進行的實驗報告進行修正。 在該模塊中，可選的實驗結(jié)果是學(xué)生自己進行的。 如果選中實驗，原來的實驗報告結(jié)果都會呈現(xiàn)出來，以便編輯。

在補做實驗功能模塊中，只有在獲得老師的授權(quán)并進行考勤后，實驗功能才會生效。 根據(jù)某種原因?qū)λ┳龅膶嶒灱右匝a做。 在實驗報告上標明補做字樣，以區(qū)別正常實驗材料。

實驗成績檢索功能實現(xiàn)了對特定要求下學(xué)生實驗成績的檢索，能夠按照學(xué)號、實驗號和年齡三種要求進行檢索，可以顯示搜索結(jié)果，并能顯示相應(yīng)的一些實驗成果、實驗時間及成果、補做及實驗教材的完成情況等內(nèi)容。

考勤狀態(tài)查詢對已登錄學(xué)號的學(xué)生考勤狀態(tài)進行顯示，也可以查詢該班級的學(xué)生遲到情況并進行統(tǒng)計。

1.3 學(xué)校考勤刷卡設(shè)備

按照高校事先確定的當日所進行的實驗項目，在學(xué)?？记谒⒖撁嫦聦λ羞M入實驗室的學(xué)員實施考勤，當學(xué)員刷卡時，學(xué)校賬號、姓名、實驗編號、實驗項目名稱、實驗日期、刷卡日期等將存入學(xué)?？记谟涗洷碇校⑶以谒⒖撁嫔巷@示出來。 另外，為了更有效地進行系統(tǒng)的質(zhì)量控制，由高校指定一個設(shè)備編號給該學(xué)員，以確定能夠使用的儀器設(shè)備。

1.4 系統(tǒng)在線幫助文件

包括系統(tǒng)的應(yīng)用說明、實踐指導(dǎo)書等信息。

1.5 設(shè)備信息管理功能

對設(shè)備的產(chǎn)地和制造商、購買資金來源、購買時間、實際使用情況、當前所在位置、借用狀態(tài)、修理情況等信息進行全面的記載，并具備檢索、統(tǒng)計分析、研究報告等功能。

2 LIMS 的開發(fā)

整體的功能實現(xiàn)［3－6］如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

3 LIMS 的主要優(yōu)勢

通過兩年的運營與應(yīng)用，實驗室信息管理系統(tǒng)在功能和操作性等方面，比以往都有了較大改善。

3.1 利用互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)資源共享

目前，上海大部分院校采用的實驗室系統(tǒng)一般都是單機版的。 面對單機版的不足，實驗室首選網(wǎng)絡(luò)版的系統(tǒng)，主要基于以下兩個原因：首先，由于使用的平臺都是基于互聯(lián)網(wǎng)的，所以能用互聯(lián)網(wǎng)或裝有IE11 瀏覽器的計算機均可登錄該系統(tǒng)直接獲取信息而不受空間限制，從而充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢。 其次，突出了四級管理。

按照中國高校實驗室管理的特點，根據(jù)不同的管理層級將管理權(quán)限細分為四級。

（1）第一級別，系統(tǒng)管理員級的最高權(quán)限。 負責全年度實驗室管理工作，實驗室報告、系統(tǒng)通用信息、輔助數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)用戶信息管理中的所有信息錄入編輯與刪除的工作。 系統(tǒng)管理員的管理范圍包括了學(xué)校內(nèi)各實驗室，而另外三種管理權(quán)限，則是由管理者所賦予的。

（2）第二級別，院級，使用范圍為校內(nèi)所有的實驗室。僅擁有對本院實驗室的管理和通用查詢系統(tǒng)的操作權(quán)限，并且使用時間僅限定在本年度。

（3）第三級別，實驗室的管理人員可以錄入、更改或者撤銷該實驗室的信息。 只提供了在實驗室管理和通用查詢功能，并且使用時間不限制于當年度。

（4）第四級別，瀏覽查詢只能訪問系統(tǒng)的所有信息。本級權(quán)限雖然最大的目標也是全校實驗室，但只能實現(xiàn)一般的功能。 設(shè)立本級權(quán)限的用意是便于學(xué)院負責人以及學(xué)校其他職能部門收集所需信息。

四級共用一個數(shù)據(jù)庫，使各單位的聯(lián)系越來越強。 資源共享有助于提高工作效率和透明度。 不同身份的登錄界面不同，有強烈的針對性。 分級管理制度可保證數(shù)據(jù)的準確性與及時性。

3.2 通用查詢功能

實驗室信息管理系統(tǒng)的使用與否，很大程度上取決于用戶可否隨意“進出”。 在實踐工作中，往往要求對所有的信息進行綜合匯總、分類和計算，這就必須借助通用查詢系統(tǒng)。 為了使用簡便，將通用查詢系統(tǒng)內(nèi)嵌到實驗室信息系統(tǒng)中。

實驗室信息管理系統(tǒng)中有四個基礎(chǔ)庫，即研究人員基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、實驗室工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、實驗項目管理數(shù)據(jù)庫和實驗室績效管理系統(tǒng)庫。 此外還有二十多個輔助信息庫，主要包含了學(xué)科代號、文化程度代號等多個代碼表。只要是基礎(chǔ)庫中存在的主要信息項目，系統(tǒng)操作者都能夠按照自身的需求給出檢索條件。 此檢索統(tǒng)計功能使用非常靈活。 例如，可以檢索2023 年北京某高校材料科學(xué)與工程學(xué)院中30～40 歲左右的博士和副教授情況，主要信息項目為名稱、性別、年級、學(xué)術(shù)級別、文化程度、所屬學(xué)科和所在實驗室。 Excel 具有龐大而豐富的圖表和統(tǒng)計功能，是系統(tǒng)最主要的辦公軟件。 通用檢索系統(tǒng)和Excel 的結(jié)合，大大提高了辦公效率。 人們能夠利用Excel 對檢索得出的結(jié)果做出數(shù)據(jù)分析，進行表格處理等。 在過去看起來很復(fù)雜的工作現(xiàn)在變得簡單多了，同時準確率明顯提高了。

3.3 數(shù)據(jù)并存，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性

實驗室管理工作主要涉及實驗室人員、管理實驗項目以及實驗室本身的管理工作，這三項都有著一個共同的特征，即年度性。 工作人員數(shù)量與管理實驗項目每學(xué)年都在變動，近年來院系調(diào)動比較頻繁也導(dǎo)致了實驗室每年有很大的變動。 系統(tǒng)各個年份的信息之間的關(guān)系是相互并行的，在實際工作中需要隨時查閱各個年份的情況，以便于進行數(shù)據(jù)比較分析［7－9］。 由于以往的系統(tǒng)中只能有一個年份信息，如果要查看該年份的信息，只能重新裝入備份后的年份信息，并且沖掉一些原始數(shù)據(jù)，在實際操作中十分不方便，也不安全。 所以，在開發(fā)更新管理系統(tǒng)時，經(jīng)過反復(fù)討論和實踐，目前的技術(shù)可以較好地解決年度性的問題，各年度的數(shù)據(jù)同時存在，極大充實了數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。

4 LIMS 應(yīng)用的優(yōu)點

4.1 LIMS 有利于管理保存

LIMS 系統(tǒng)能對各種資料實行統(tǒng)計管理，資料的輸入、存儲、管理與分配完全在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中完成，防止了信息流失和使用過程的多次重復(fù)［10］。 信息集中也為快速檢索與生成報表提供了一種快捷簡便的方法，同時利用相應(yīng)的統(tǒng)計分析方法和趨勢圖來提高質(zhì)量控制，具有傳統(tǒng)紙張保存方法無可比擬的優(yōu)點。

4.2 LIMS 能有效提升傳輸速率

能夠接入數(shù)據(jù)分析儀表（如液相色譜儀、氣相色譜儀、天平等），進行解析統(tǒng)計信息的手動采集，降低手工記錄人的延誤，進而提升傳輸速率，同時節(jié)約了數(shù)據(jù)分析員的工作時間。 在收集解析統(tǒng)計信息時，LIMS 可以收集相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)信息，使得對統(tǒng)計信息的解析工作更為全面、可信。 統(tǒng)一消息服務(wù)（unified messaging service，UMS）能夠?qū)崿F(xiàn)儀器設(shè)備維護，為儀器設(shè)備建立定期的校準計劃表來追蹤、記錄校準狀況。 UMS 能夠計算儀器設(shè)備的使用量，保證最大限度地使用儀器設(shè)備。

4.3 LIMS 擁有超強的報表能力

報告的類型可能是常規(guī)的檢測報表、研究報告，也可能是質(zhì)量報表、管理報表等。 該報表不但可以簡單地反映出系統(tǒng)信息，還能對信息進行加工處理。 學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)（learning management system， LMS）可選擇該流程的一個組成部分自動打印報表或以郵件和互聯(lián)網(wǎng)方式發(fā)出報表，及時、精確地反饋服務(wù)狀況。

4.4 LIMS 能保證信息真實并完整存儲

LIMS 的安全控制包括管理和用戶控制。 通過向用戶授權(quán)，可以監(jiān)視并操縱某些特定信息。 在LIMS 中，任何一個使用都必須能設(shè)定使用授權(quán)，如不能給予使用者某些授權(quán)，相關(guān)的工作便不能進行。 檢測數(shù)據(jù)在傳輸時必須經(jīng)過主管機構(gòu)負責人才能審批，合理的審批制度也是一種先進LINS 技術(shù)所必須具備的［11－12］。

5 結(jié)語

綜上所述，計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，極大推進了人類社會的前進步伐，使得全球各個行業(yè)的發(fā)展都得到了進步。 本文提出了一種基于客戶機／服務(wù)器的測試信息管理系統(tǒng)，以期在功能上滿足現(xiàn)階段實驗室管理的需求，并在今后的使用過程中持續(xù)改進，從而更有效地投入到實驗運用過程中，產(chǎn)生實際的經(jīng)濟效益。