实验室检测仪器设备智能化管理探索与实践

谭光裕，柯 虎，刘 成，李 琳，陈 玲

（湖北省医疗器械质量监督检验研究院，湖北武汉 430075）

0 引言

随着互联网及信息技术的飞速发展，互联网及物联网对社会政治、经济、文化、工作、生活等各方面的影响日益凸显。大数据、云计算、互联网及物联网、AI 等信息技术的逐渐成熟，方便了工作、生活、信息查询，提高了工作效率，简化了工作流程。

充分利用好互联网、物联网这个时代的结晶，将互联网、物联网技术与实验室设备管理相融合，充分利用互联网、物联网的开放、易交互、实时、融合、准确、科学等特性，为实验室仪器设备的科学化管理找到创新之路，开拓之举。深化互联网、物联网、信息化技术的应用来推动管理能力的提升，对于实验室提高工作效率、控制管理风险、降低管理成本、提供决策分析参考、数据盘点、推动智能化管理有着十分重要的意义。

1 实验室检测仪器设备智能化管理建设的必要性

实验室检测仪器设备是实验室开展试验、科研、学术交流等工作的硬件基础，仪器设备是实验室的重要组成部分，如何抓好实验室检测仪器设备管理工作，是实验室检测工作能否正常运行的有力保障，是实验室检测数据准确的重要保证。

实验室检测仪器设备管理工作，就是利用有效的管理措施，科学的管理方法，灵活的方法手段，充分发挥其仪器设备效能，促进检测工作的顺利开展，确保检测数据“科学、准确、公正、高效”，为国把关，为民尽职，对保障人民大众安全有着至关重要的意义。

随着经济社会的不断发展，国家越来越重视实验室的建设，各实验室的硬软件设施投入加快，设施设备逐年递增，仪器设备更加精密、仪器设备价值更加昂贵、型号种类更加复杂，管理难度越来越大，要求越来越高，管理数据越来越精准，管理方法越来越严格。这对管理工作提出更高更新要求。为此，实验室检测仪器设备日常管理中的矛盾日渐突出，仪器设备管理工作在试验、科研、学术交流中发挥着越来越重要的作用，传统、陈旧、老套的管理模式已不能发挥出对试验、科研、学术交流等工作的积极支撑作用，管控机制越来越不适应，在实际管理工作中已暴露出制约仪器设备管理水平提高的瓶颈问题。

因此，在互联网、物联网新时代，需要不断改进和创新管理方式方法，使工作方式方法逐步迈向系统化、科学化、规范化、信息化、智能化，跟上时代步伐，开创工作新局面。

1.1 现状分析

目前实验室检测仪器设备管理存在以下6 个问题。

（1）在仪器设备日渐增多的情况下，现有系统使用的便捷、适用性、科学性等矛盾越来越凸现，出现漏检、漏查、出错、数据统计困难等问题。现阶段管理过程对人工的依赖度仍然较高，在设备种类、型号、数量较大时，管理效率低下，且容易出错。

（2）因仪器设备的使用信息以及检定等信息需要严格受控，对于此类信息的记录和归档要求高，现有系统不能很好的满足快速进行操作处理，增大工作投入。

（3）对仪器设备有效的安全防护和权限管理，存在一定的不足及隐患。部分仪器设备在共享使用的周转过程中出现无法寻找等情况，甚至导致资产流失的风险，无形增加设备的管理成本。

（4）仪器设备盘点困难，目前仪器设备的种类、型号、数量较大，通过人工方式盘点需要耗费大量的人力物力，整个周期较长，盘点过程会影响部分检验业务的正常开展，且准确性得不到保证。

（5）现有系统智能化功能不高，对仪器设备的生命周期管理支撑力度不够，缺少相应的智能化规则引擎，导致预警以及提醒缺失或较弱。

（6）缺少移动端功能及入口，造成整体系统的便捷性较弱。特别是对仪器设备信息进行更新或者维护时，不能及时进行录入或者修改，导致可能出现管理漏洞。

因为目前管理工具有一定的局限性，在仪器设备管理方面存在诸多不足的地方，导致仪器设备管理过程存在的成本高、效率低、不透明等现象，因此引入物联网、互联网、大数据等技术，建立一个基于计算机、通信、网络、信息处理等领域的具有先进性的实验室设备管理平台很有必要。

1.2 提升工作效率

通过扩展现有仪器设备管理软件，方便不同角色操作以及管理人员进行仪器设备的建账登记、借用登记、设备检定、扫码盘点、设备查找、报表制作及导出等，优化并强化现有系统的功能。通过增加系统的移动端功能，提高系统操作便捷性，提高实验室仪器设备的工作效率，降低人工操作时出差错的概率。

1.3 增强安全管理

结合RFID 标签、二维码、室内定位等技术，对实验室/房间的设备进行定位，结合可视化图形标注设备位置，进行设备位置信息的直观展示。对仪器设备进出房间/实验室等行为采用权限控制方式，结合人脸识别技术、视频监控技术，差错警告提示等手段，保证仪器设备的流动过程实现可追溯、有痕迹、有轨迹、可监管，整个流程形成闭环，降低一定的管理风险。

1.4 降低管理成本

利用互联网和物联网融合技术增强和优化实验室仪器设备管理智能化需求，通过引入新技术优化仪器设备管理方法和模式，弥补现有的仪器设备信息记录不全、不及时、不方便盘点、借用、归还、检定、维修维护、数据核对不便等情况。

通过物联网以及移动互联网技术，降低人工干预的情况，最大化利用智能化消息提示、预警等方式串联仪器设备的使用以及流转等信息，通过小程序/企业微信等移动办公应用，提高业务审批和流转效率。明确设备管理活动的过程、步骤、内容和所有环节，使各项工作都有章可循。

1.5 提供决策分析参考

增强仪器设备管理系统实时查看仪器设备统计分析功能，增加仪器设备检定统计、维修统计、借用统计、使用统计、年度用量统计，仪器设备不同类型不同时间段的用量统计，并支持报表导出功能。通过定制报表可帮助了解设备的余量，决策需要采购的设备、需要增加或减少采购设备的数量等。

1.6 推动智能化管理

通过优化和增强实验室检测仪器设备管理工具，导入智能化技术以及软硬件建设内容，提高实验室检测仪器设备管理的智能化水平，探索先进的仪器设备管理模式，通过其示范性作用，共同促进其他支撑环节的管理信息化、智能化建设能力提升。

2 实验室检测仪器设备智能化管理建设的可行性

2.1 技术可行性

基于物联网技术进行仪器设备管理的系统方案技术成熟，案例众多，不存在技术及设备投入风险。针对现有仪器设备管理系统进行扩展和功能升级，并分段逐步开展，不影响当前实验室的检测业务的正常展开。系统建设将利用原有的网络基础设施进行设计和实施，既节省部分基础设施投资，也降低硬件设备部署和功能实现的难度。

2.2 管理及效益可行性

仪器设备管理平台的建设对于促进仪器设备管理的科学化、信息化、智能化管理，推动实验室仪器设备资源信息共享，通过先进的技术进行各类仪器设备的生命周期管理，提高资产的利用效率，高效的配置仪器和设备资源，能更好的保障实验室的基础支撑、环境稳定运行，是促进实验室服务保障能力的有效途径。从经济效益和附加社会效益角度分析，都具有可行性。

3 实验室检测仪器设备智能化管理建设的实施方案

3.1 方案概述

基于互联网、物联网融合技术的实验室检测仪器设备智能化管理建设，旨在通过软硬件集成建设对实验室检测仪器设备关键核心业务进行管理，提升整体仪器设备管理水平，解决目前仪器设备管理中的问题。

重点建设系统的移动端功能，以及配套的物联网支撑环境及管理程序，通过移动互联网技术进行连接，增强现有仪器设备管理系统的易用性以及智能化环节。

系统统一对实验室、实验室的房间、隔断、通道、主要位置等位置数据进行图形化配置，通过图形化呈现仪器设备的位置信息，便于更好的对实验室仪器设备进行查看以及相应的管理操作。

仪器设备管理系统重点管控仪器设备建账、日常使用管理、盘点3 个核心业务流程。

系统通过标签（支持二维码、条形码、RFID 标签）统一打印和制作，以仪器设备的唯一标签为管理介质进行仪器设备的全生命周期管理。

系统通过自建仪器设备基础信息，仪器设备进行统一编码（结合仪器设备性质或用途进行条形码、二维码、RFID 标签选择），实现仪器设备的初始化及建账入库。主要操作基于标签打印机以及手持PDA 进行建账操作处理；对仪器设备的使用活动管理（如：借用、检定、维修、数据统计、盘点等）统一通过仪器设备电子标签进行流程管理，通过发起流程申请，来推动各项活动的开展。

此类管理通过移动端进行支持，便于及时通过移动端进行审批操作，保证响应和处理流程的及时性。如：借用设备的申请批准后，系统自动对借用人员进行授权，基于借用仪器设备的位置信息，提示借用人该仪器设备的位置，便于快速查找和定位设备。

另外实验室或房间内的智能门禁及视频捕捉仪器设备自动对借用人进行身份识别和验证，判定身份的合法性，并作为审计信息进行保存。借用人员出门时RFID 门禁对借用仪器设备的电子标签核验，信息无误时进行放行，否则进行告警提醒，并同步推送信息到手机端以及管理大屏。基于此类场景合理利用物联网、室内定位、计算机视觉等技术进行仪器设备安全环节的保障。

提供仪器设备快速查找功能，采用二维码进行仪器设备的分段标识，通过仪器设备的二维码信息，能查询到仪器设备的具体信息。通过移动端应用（小程序、PDA 程序）方便随时查找仪器设备，通过图形化方式展示仪器设备位置信息。

仪器设备盘点功能基于RFID、二维码标签进行识别，支持周期性盘点、仪器设备数量变化后盘点、盲盘等方式。

支持仪器设备实时管理活动数据的采集和汇总，可基于大屏进行实时以及联动展示，通过动态图表方式，对当天关键仪器设备数据进行合理有效的推送。

通过对仪器设备使用情况动态分析，提供仪器设备过保预警、送检预警、报废预警、归还预警等实用性功能。

智能管理系统涵盖统一的软硬件支撑环境，保证管理系统能够顺畅运行，系统确保实时传输各业务操作数据，均为在线操作模式，便于对仪器设备进行动态管理。

根据以上项目的需求，系统业务功能以现有“仪器设备管理系统”的主要业务功能为基础，结合人脸识别门禁，RFID 识别、条形码、二维码、PDA、扫码设备、RFID 门控报警设备、标签打印机、摄像头、大屏等仪器设备完成系统的智能化、移动化、便捷化功能。

3.2 关键技术说明

3.2.1 RFID 技术

RFID（Radio Frequency Identification，无线射频识别）是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

RFID 日益广泛的应用于多个行业，包括零售、制造业和医疗保健行业。

基于无线射频技术实现对实验室设备进行唯一性标识，便于对仪器设备实现智能化信息管理，方便进行日常管理工作开展。

本方案将采取RFID 标签与二维码标签二合一方式进行使用，提高管理的灵活性。

（1）RFID 标签。RFID 标签分为有源和无源、半有源等类型，具体使用基于仪器设备的实际特性进行选择（图1）。

（2）标签打印机。支持RFID、二维码、条形码标签的打印和制作（图2）。

（3）RFID 手持式读写设备/手持PDA。进行RFID 设备的读取，也支持标签信息写入。内置android 系统，此仪器设备与手机配合起来进行使用，灵活互补（图3）。

图1 RFID 标签

图2 标签打印机

图3 RFID 手持式读写设备/手持PDA

3.2.2 智能门禁技术

通过系统对实验室/房间门禁实现分级授权，保证仪器设备借用以及流转环节安全可控。结合视频行为识别技术，对仪器设备流转行为进行合理管控。

3.2.3 UWB 高精度室内定位

对重点、高值仪器设备管理、精密仪器设备进行位置管理，即时获取位置信息，配合定制的实验室内部布局图形，实现仪器设备位置信息可视化。后续可以扩展出查找设备导航功能，进一步方便查找仪器设备操作。设备位置可视化示意如图4 所示。

3.2.4 多端联动

PC 端、移动端（含PDA 端、手机端）、大屏等终端实现信息互通和联动，提高仪器设备管理信息的透明化、即时性、操作便捷性等体验。

4 实验室检测仪器设备智能化管理的系统设计思路

4.1 设计理念

仪器设备管理平台的设计理念将仪器设备管理保障体系作为系统设计依据，以仪器设备的生命周期作为管理主线，以仪器设备的实物属性、价值属性为管理核心，来对其使用全程进行科学合理的管控，以提高仪器设备的流转安全和使用效率，支撑实验室检测业务的有序运转。仪器设备管理平台结构如图5 所示。

系统关注的核心价值点主要体现在以下5 点。

（1）完善现有系统，逐步建立仪器设备全生命周期管理平台。

（2）建立仪器设备信息共享服务平台。

（3）合理掌握仪器设备配置状态，优化采购预算和采购计划。

（4）实现对仪器设备价值的执行情况掌控，进行实时动态跟踪和分析。

图4 设备位置可视化示意图

图5 仪器设备管理平台结构

（5）推进仪器设备管理标准化，工作流程化。

4.2 平台架构说明（图6）

系统应用架构采用SOA 服务化理念进行设计，与现有仪器设备管理系统进行集成，再依据应用分类抽象全局功能，以满足开发需求。

系统基于统一的开发平台构建，以仪器设备管理为核心业务平台，通过统一的数据融合技术，进行物联网数据、业务数据、管理数据的整合，便于后续基于数据扩展相应的上层仪器设备管理应用或服务。

平台上层统一构建仪器设备管理各项业务功能的移动端部分，扩展不完善的PC 端功能，整个系统通过微服务架构进行设计，后续可以根据需要整合关联服务及业务，来不断满足实际业务的需要，整合或扩展新应用。

移动端功能基于微信端实现，通过微信服务号消息机制，实现基于消息的仪器设备管理协同工作。通过微信小程序实现业务操作和管理相关应用，实时掌握仪器设备的数据及动态，可以基于灵活的角色权限配置，满足不同角色用户的使用。

通过交互展现层的多端融合，能够方便管理及操作人员现场/非现场业务场景下进行日常设备管理工作，可以满足进行仪器设备主体流程的操作以及管控工作需要。

5 实验室检测仪器设备智能化管理的影响分析

5.1 对实验室管理的影响

仪器设备管理平台通过构建和串联仪器设备综合管理各项业务功能，来推动仪器设备信息的全过程管控，通过对系统的有序建设，来提升整体管理水平。在导入新技术手段带来的便捷性同时，将对现有传统方式的管理带来正向积极的影响。

（1）仪器设备管理将逐步朝精细化管理转变，对原有管理过程中的一些人为干预环节，系统将进行有效的管控和约束，以降低仪器设备的管理风险，确保整个管理环节规范、可控、透明化。

（2）强化了仪器设备管理专职岗位的管控能力，按照“分级分类审核、集中管理”的要求，进行设备流转过程中的审核工作，平台可以针对任一过程中的信息进行审计，保证仪器设备的资产安全。

（3）平台运营过程中，结合实际管理需求的变化，实验室领导有数据支撑，可以对仪器设备的使用规划进行合理布局，有节奏的调整管理策略，以达到更好的管理效果。

（4）通过平台的运行，积累在智能化管理方面的实践经验，形成好的示范效应，来促进实验室整体信息化朝智能化方向发展，推动实验室的整体管理能力的提升。

综上所述，仪器设备管理平台建设，将对实验室仪器设备管理产生积极有利的影响。

5.2 对其他系统的影响

现阶段仪器设备管理平台系统暂时与其他系统之间不进行交互对接，对系统之间因为数据流通问题带来的影响较小。

6 实验室检测仪器设备智能化管理的总结与建议

6.1 总结

随着物联网、互联网、大数据等结合行业特色的技术应用逐步深入，越来越多类似实验室、单位、机构、企业的仪器、设备等管理基于新兴技术来提高整体管理水平，特别是在电商、医疗、物流等领域取得了令人瞩目的成果。目前的实验室，从信息、技术、系统、人员等方面都具有厚实的基础和储备，结合现有仪器设备管理的精细化和智能化诉求，推动仪器设备管理平台建设是恰逢其时的选择。

6.2 建设建议

尽管当前实验室检测仪器设备管理工作有一定的管理框架和管理手段，管理的基础较好，在思想上有所创新，但现实很可能比预想的还要复杂。因此有必要在5 个方面继续深入开展工作。

图6 设备数据统一平台

（1）加强组织间的协调。仪器设备管理平台的建设关系到仪器设备的管理方式的转变，项目成功的关键在于各实验室的使用人员以及仪器设备管理人员的大力支持和良好的组织协调，而且平台建设的长期性，需要加强这方面工作，以形成长期化、制度化的良性机制。

（2）增强深化智能化信息建设意识。仪器设备管理平台通过引入智能化技术手段来提高仪器设备管理能力作为首要目标，就是要提高参与的管理人员对仪器设备科学化管理的重要性提升认识，这是提高仪器设备管理与利用水平的基础。

（3）充分借鉴同行业系统的建设经验。结合同业实验室、单位、机构的类似系统在建设及运行过程中，遇到诸多难以预料的困难，以及使用的经验，所以充分借鉴类似经验来进行参考。另外结合实验室现有信息系统的建设经验，来保证平台建设的质量、加速建设进度、避免不必要的探索和失误。

（4）合理设定项目阶段性目标。平台建设涉及了不同用户角色、软硬件仪器设备及系统的整合应用，总体覆盖面广，这些决定了平台建设不能一蹴而就，而需要一个循序渐进的过程。必须全面规划，合理的设定各个阶段的目标，尽可能做到建设有序、有限、有效。阶段目标设置是否合理，也将影响到平台建设的效果和质量。

（5）制定配套的政策规范和实施细则。为了确保平台成功建设和运行，必须先行优化和制定信息资源共享的法规性管理制度和技术性的实施细则，用以明确相关各方的权利与责任，提出切实可行的组织和技术实施方案。

7 结束语

当今社会科学技术发展日新月异，社会已经进入信息化时代，各行各业正得益于信息化技术的发展。随着信息化技术的深入发展，实验室设备管理信息化水平在不断提高。为实验室、单位、企业的设备管理带来新的变化、新的趋势以及新的挑战，但也使得实验室检测仪器设备管理工作获得新的机遇，在实验室检测仪器设备管理工作要多利用互联网、物联网信息技术，才可在信息时代推进仪器设备管理工作，以便更好地契合信息时代的要求，从而创造更大价值及发挥更大作用；与此同时，实验室检测仪器设备管理人员应摆脱传统思维的制约，建设“大管理”，应未雨绸缪，跳出管理看管理，实现“大数据、大服务”，在信息化时代背景下，对于庞大数据已不是毫无头绪，而是可以迅速检索，这不仅与当前全面信息化改革大趋势相符，还可以大力促进实验室、单位、企事业的快速发展，相信跟着信息技术的不断发展及完善，将来的实验室检测仪器设备管理工作将会获得前所未有的新突破。