炼化行业LIMS系统的应用与研究
□ 中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院  陈超  李超 辛虹 李耀  魏静    
　　LIMS（Laboratory Information Management System）即实验室信息管理系统，主要是以分析测试工作为核心，以样品分析为主线，将实验室审批流程、人员、标物标液、化学试剂、仪器设备、环境、标准方法、文件记录、科研管理等因素有效结合为一体，通过先进的计算机网络技术、数据存储技术、快速数据处理技术实现实验室分析业务的全流程信息化管理。
　　LIMS主要服务于包括研发、过程分析、质量监控和委托实验等分析检测实验室，它将实验室的各类分析仪器通过各类接口与计算机和计算机网络连为一体，分析仪器产生的原始数据通过接口进入计算机系统，然后以合理的方式加工储存，并以合适的方式传递给分析数据的使用者。从上世纪70年代基于存储和报表功能的LIMS系统开始出现,到90年代Internet和Web技术开始在LIMS系统中得到应用，通用的LIMS系统开始占据市场的主导地位。随着网络技术、数据库技术发展和实验室规模不断扩大，如今的LIMS早已不再局限于传统意义上的简单功能，而是更加强调对实验室综合规范化管理。
　　一、国内LIMS技术尚在起步阶段
　　　　在发达国家，LIMS技术在上世纪90年代就已经普及，发达国家实验室的LIMS应用率已达80％以上，炼油化工行业应用则更为普遍。巴斯夫、BP、陶氏化学、埃克森美孚、壳牌等跨国石油公司均已采用统一采购商品化的LIMS产品对实验室进行全过程管理。壳牌更是利用LIMS产品开发出一套集成化实验室信息管理系统，使其全球各地的研发部门的分析检测业务直接统一到同一虚拟平台进行管理，完全实现了业务流程的标准化和实验室的桌面数字化统一管理，实现了不同区域、不同部门的分析数据实时共享、监控。目前，在发达国家，有数百家专业化的公司提供LIMS技术咨询服务和成熟的商品化产品。其中Lebware、赛默飞世尔科技及StarLims等公司的LIMS产品占有全球应用的绝大多数份额。
　　　　在国内，LIMS在上世纪90年代才开始为人们所知道。国内炼化行业石油化工科学研究院最早于2000年前开始使用LIMS系统进行实验室管理。抚顺石油化工科学研究、上海石油化工研究院、青岛安全工程研究院、中国石化勘探开发研究院等也紧随其后，相继开发并投用了自己的LIMS系统。中国石油于2005年开始在所属炼化公司建设LIMS系统，部分石化公司已实现了LIMS与MES的系统集成应用，2010年中国石油化工研究院开始进行LIMS系统建设，并于2013年开始使用LIMS进行实验室综合管理，整体运行效果显著，为生产管理与产品质量控制提供了强有力的数据支持。
　　　　国内率先推出商品化LIMS产品的是北京泰立化公司，已成功安装在石化和制药等行业，在生产过程的质量监控中发挥了重要作用。汇博精瑞公司LabBuilder LIMS产品于1999年推向市场，并已经安装在国内多个行业的实验室中。总的来说，国内炼化行业科研院所应用LIMS进行实验室综合管理虽有一些成功经验，但尚处在起步时期，特别是在业务流程建模方面有着较大的差距。
　　二、适用于炼化领域实验室LIMS系统设计
　　　　近年来随着炼化行业对科研创新和科研效率的日益重视，科研院所仪器、设备、装置的数量和装备水平得到明显提高，承担的科研任务也越来越繁重，经过多年的发展，其运行和管理过程中的许多不足之处也逐渐凸显出来，一定程度上制约着科研质量及科研过程管理水平的提升。主要表现在以下几个方面：
　　　　一是管理模式陈旧。仪器设备处于台帐式管理模式，部分科研院所总院、分院分布不同省区，区域资源分散管理，各级管理人员、科研人员对仪器设备的数量、名称、每台仪器的配置、功能、配备的分析方法、运行等不能及时、全面地了解情况，仪器设备的使用和配备方面缺乏统一调配与管理，直接影响设备资源的共享和利用率提高。
　　　　二是工作效率低，仪器分析数据的统计、上报、传递等仍然靠手工操作完成，任务流程长，工作量大，效率低下。
　　　　三是原始数据的准确性、真实性和安全性无法保证，数据查询、访问、传输、存储、调用、回溯等局限性大。
　　　　LIMS系统凭借其在实验室综合管理方面的巨大优势与经验，可切实解决炼化行业实验室仪器设备分散、利用率低、无法有效监控等上述实际问题，将分析检测业务同一到虚拟平台进行管理，实现了业务流程的标准化和实验室的桌面数字化统一管理。
　　　　围绕这些关键问题，从分析科研现状及业务需求入手，炼化行业科研院所LIMS系统需要实现的基本功能如图1所示：
　　三、LIMS系统建设需要注意的关键问题
　　　　LIMS系统建设涉及到实验室工作方式和管理方式转变，在建设过程中需要关注一系列技术和管理上的问题：
　　　　仪器连接  LIMS系统的大部分数据来源于分析仪器，因此实现分析仪器与LIMS的连接和实现数据自动传输，可以减少手工输入数据带来的差错几率，提高分析业务工作的效率，降低劳动强度。因此系统建设其中的一个关键技术问题是将有连接价值、需要连接且具备连接条件的仪器全部连接到LIMS系统。仪器连接的总原则是将对用户具有计算机工作站或计算机连接接口的仪器实现自动数据采集，对没有计算机连接接口的仪器分析数据、手动分析数据通过手工输入到LIMS系统。
　　　　目前成熟的LIMS系统都具有专门的仪器连接模块，用以支持多种标准数据接口的仪器连接，包括PC工作站、CDS系统、RS232和打印机接口。并通过该模块自动将指定目录下的结果文件进行解析，传输到LIMS系统中。对具有RS232和打印机接口的仪器，仪器连接模块通过进行参数设置，可将仪器数据自动采集并传入LIMS系统中。对于一些无法连接到系统的仪器(仪器本身不提供连接接口)，仍可以采用手工录入的方式记录数据。
　　　　领导层充分重视  LIMS系统建设与实施涉及实验室人员、管理流程、仪器连接等方方面面工作，因此领导层充分重视和关键问题果断决策将很大程度上决定LIMS建设的进度和实施效果。
　　　　业务流程简化与可操作  科研院所不同实验室往往有不同的管理流程与思路，在建设LIMS过程中应该在满足研究室需求的基础上，本着简单实用、可操作性强的原则，尽量将不同实验室管理流程进行统一，不要将简单问题复杂化。
　　　　注重培训  应通过培训使操作者充分了解、掌握LIMS的每一个环节，为LIMS顺利实施、推进提供保障。
　　四、LIMS系统的应用前景
　　　　先进的LIMS系统的应用，将会给炼化行业科研院所的科研管理工作带来极大的改变，促使管理工作跃上一个新的台阶。应用LIMS系统后，将实现样品分析业务的流程化、自动化、网络化管理，便于管理者掌握分析的实际过程，对数据的修改进行监督。实验室实现样品留样管理、材料试剂管理、计量器具管理、仪器设备管理、人员管理等与分析数据质量密切相关的实验室辅助管理功能，从各个方面保证分析数据的溯源性和准确性。同时，大量高尖端分析仪器的分析数据实现自动传输，尤其是物理吸附仪、气相色谱仪器、质谱仪器、红外光谱仪仪器等，大大地减少分析人员的工作量，减少手工输入错误的发生，从而将提高实验室的自动化水平。以“数据传输”方式保存在系统中的大量分析数据，便于科研人员日后对数据的再利用。
　　　　总之，LIMS系统的应用可对影响实验室质量的诸要素（仪器、样品、方法、环境、人员等）进行全面管理和控制，有效的规范和监控实验室的工作流程。LIMS的应用将有效地改善实验室的管理状态，提高工作效率，为实验室工作的规范化、标准化和量化管理提供良好的平台。