信息化背景下实验室信息管理系统的探索与应用

霍晓峰，张莉铭

（1 南京邮电大学 江苏 南京 210000）

（2 南京艺术学院 江苏 南京 210000）

0 引言

实验室信息管理系统（ laboratory information management system， LIMS）是一种信息化的管理工具，将数据库为中心的信息技术和实验室管理要求有机地融合在一起。 实验室信息管理系统与网络技术相结合，对实验室的业务流程、所有资源、行政等进行科学的管理。 高校的实验室信息管理系统依托于实验室平台，在客户机／服务器平台下，对学员考勤、学员实验数据、实验报表的撰写、实验室的开放和学员实验的预约，以及对实验仪器的管理工作等问题编写的一个综合应用软件系统［1－2］。 为了提升教学实践水平、扩大实践内容、开放实验室的功能等，必须配置一个系统进行相应的管理工作。

近年来，高校实验室通过持续不断地建设与经常性的评估活动，提高了管理水平，逐渐走上了规范化、制度化、科学化的管理轨道，但依然有部分高校继续着低效率、不规范的管理状况。 一些高校的教学实验、员工考勤等管理情况，不能与实际情况一起体现；有些高校的实验老师不重视实验工作，耗费了实验课的教学资源；有的实验学员单纯以完成任务为目的，做实验报告不认真，导致资料、图表等都出现差错，使实验报告失去了原有的意义；仪器管理一直也处在账本和卡片的阶段，大量的仪器设备投资不能取得相应的经济效益。 开放实验室及学生预约实验的管理一直也是复杂的。 因此，实验室信息管理系统就是用来解决以上问题的，以期使实验室发挥应有的作用。

1 LIMS 的主要功能及应用

1.1 LIMS 的主要功能

该应用程序应完成工作的后台结构化查询语言（structured query language， SQL）记录列表，共计7 项：学生记录表格、实验记录表格、学生实验记录表格、管理记录表格、考勤记录表格、预约记录表格和设备管理表格，主要内容如下：

（1）实验信息管理功能。 该模块主要是用来管理人员输入的实验相关信息，包括实验项目名称、研究目的、研究方法和研究内容等。 也可以用导航栏来选取所要求选择、更改和撤销的实验信息。

（2）学校查询功能。 在此模块中，可以对学生的个人基本情况进行查询并输出报告，同时可以进行添加、修改、删除学生信息等操作。

（3）实验数据管理功能。 该模块主要是方便实验管理人员掌握所有实验的进行情况及结果，共有两种功能：检索和大数据分析。

（4）实验中考勤信息管理功能。 此模块能够通过对学员的考勤状况、仪器设备使用状况等进行查询、统计，并输出报表。

（5）实验预约记录。 对预约实验的时间进行登记，并录入学员的姓名、所约定的实验方式、实验日期、所使用的实验装置等数据，并可产生预约结果报告。

1.2 LIMS 的分类管理与服务

首先，按照考勤的结果决定是否给予登录系统；然后，通过用户注册后使用的账号和口令进行对用户的分类管理，例如不同对象可以进入不同的页面，使用不同的服务。用户需要填写真实的口令方可登录。 一旦注册账号在数据库里不存在，系统就会提醒用户是否重新进行注册，如果用户重新注册则通过系统直接进入登录页面，系统会把学员的所有登录资料都输入到系统数据库的相关数据中去。

使用实验报告功能模块时，系统会按照登录的实际情况，在实验报告中自动填写包括学生的学号、名称、年龄、学校等信息，同时填报实验名称、实验目的、研究项目和关于实验的其他资料。 手工填报涉及实验中的所有数据和实验结果，还有实验曲线。 实验曲线是在实验时生成，并用文件格式存盘后贴进实验报告中的。 实验论文的结尾是撰写每个学生的实验心得。 不同类型的实验会有截然不同的填写内容。 完成后，登录者可以直接进行上传或打印输出。

在修正实验报告功能模块中，学生可以对已进行的实验报告进行修正。 在该模块中，可选的实验结果是学生自己进行的。 如果选中实验，原来的实验报告结果都会呈现出来，以便编辑。

在补做实验功能模块中，只有在获得老师的授权并进行考勤后，实验功能才会生效。 根据某种原因对所漏做的实验加以补做。 在实验报告上标明补做字样，以区别正常实验材料。

实验成绩检索功能实现了对特定要求下学生实验成绩的检索，能够按照学号、实验号和年龄三种要求进行检索，可以显示搜索结果，并能显示相应的一些实验成果、实验时间及成果、补做及实验教材的完成情况等内容。

考勤状态查询对已登录学号的学生考勤状态进行显示，也可以查询该班级的学生迟到情况并进行统计。

1.3 学校考勤刷卡设备

按照高校事先确定的当日所进行的实验项目，在学校考勤刷卡页面下对所有进入实验室的学员实施考勤，当学员刷卡时，学校账号、姓名、实验编号、实验项目名称、实验日期、刷卡日期等将存入学校考勤记录表中，并且在刷卡页面上显示出来。 另外，为了更有效地进行系统的质量控制，由高校指定一个设备编号给该学员，以确定能够使用的仪器设备。

1.4 系统在线帮助文件

包括系统的应用说明、实践指导书等信息。

1.5 设备信息管理功能

对设备的产地和制造商、购买资金来源、购买时间、实际使用情况、当前所在位置、借用状态、修理情况等信息进行全面的记载，并具备检索、统计分析、研究报告等功能。

2 LIMS 的开发

整体的功能实现［3－6］如图1 所示。

图1 系统功能框图

3 LIMS 的主要优势

通过两年的运营与应用，实验室信息管理系统在功能和操作性等方面，比以往都有了较大改善。

3.1 利用互联网，实现资源共享

目前，上海大部分院校采用的实验室系统一般都是单机版的。 面对单机版的不足，实验室首选网络版的系统，主要基于以下两个原因：首先，由于使用的平台都是基于互联网的，所以能用互联网或装有IE11 浏览器的计算机均可登录该系统直接获取信息而不受空间限制，从而充分发挥了网络化优势。 其次，突出了四级管理。

按照中国高校实验室管理的特点，根据不同的管理层级将管理权限细分为四级。

（1）第一级别，系统管理员级的最高权限。 负责全年度实验室管理工作，实验室报告、系统通用信息、辅助数据库管理、系统用户信息管理中的所有信息录入编辑与删除的工作。 系统管理员的管理范围包括了学校内各实验室，而另外三种管理权限，则是由管理者所赋予的。

（2）第二级别，院级，使用范围为校内所有的实验室。仅拥有对本院实验室的管理和通用查询系统的操作权限，并且使用时间仅限定在本年度。

（3）第三级别，实验室的管理人员可以录入、更改或者撤销该实验室的信息。 只提供了在实验室管理和通用查询功能，并且使用时间不限制于当年度。

（4）第四级别，浏览查询只能访问系统的所有信息。本级权限虽然最大的目标也是全校实验室，但只能实现一般的功能。 设立本级权限的用意是便于学院负责人以及学校其他职能部门收集所需信息。

四级共用一个数据库，使各单位的联系越来越强。 资源共享有助于提高工作效率和透明度。 不同身份的登录界面不同，有强烈的针对性。 分级管理制度可保证数据的准确性与及时性。

3.2 通用查询功能

实验室信息管理系统的使用与否，很大程度上取决于用户可否随意“进出”。 在实践工作中，往往要求对所有的信息进行综合汇总、分类和计算，这就必须借助通用查询系统。 为了使用简便，将通用查询系统内嵌到实验室信息系统中。

实验室信息管理系统中有四个基础库，即研究人员基础数据库、实验室工程基础数据库、实验项目管理数据库和实验室绩效管理系统库。 此外还有二十多个辅助信息库，主要包含了学科代号、文化程度代号等多个代码表。只要是基础库中存在的主要信息项目，系统操作者都能够按照自身的需求给出检索条件。 此检索统计功能使用非常灵活。 例如，可以检索2023 年北京某高校材料科学与工程学院中30～40 岁左右的博士和副教授情况，主要信息项目为名称、性别、年级、学术级别、文化程度、所属学科和所在实验室。 Excel 具有庞大而丰富的图表和统计功能，是系统最主要的办公软件。 通用检索系统和Excel 的结合，大大提高了办公效率。 人们能够利用Excel 对检索得出的结果做出数据分析，进行表格处理等。 在过去看起来很复杂的工作现在变得简单多了，同时准确率明显提高了。

3.3 数据并存，保证数据的一致性和完整性

实验室管理工作主要涉及实验室人员、管理实验项目以及实验室本身的管理工作，这三项都有着一个共同的特征，即年度性。 工作人员数量与管理实验项目每学年都在变动，近年来院系调动比较频繁也导致了实验室每年有很大的变动。 系统各个年份的信息之间的关系是相互并行的，在实际工作中需要随时查阅各个年份的情况，以便于进行数据比较分析［7－9］。 由于以往的系统中只能有一个年份信息，如果要查看该年份的信息，只能重新装入备份后的年份信息，并且冲掉一些原始数据，在实际操作中十分不方便，也不安全。 所以，在开发更新管理系统时，经过反复讨论和实践，目前的技术可以较好地解决年度性的问题，各年度的数据同时存在，极大充实了数据库的内容。

4 LIMS 应用的优点

4.1 LIMS 有利于管理保存

LIMS 系统能对各种资料实行统计管理，资料的输入、存储、管理与分配完全在统一的数据库中完成，防止了信息流失和使用过程的多次重复［10］。 信息集中也为快速检索与生成报表提供了一种快捷简便的方法，同时利用相应的统计分析方法和趋势图来提高质量控制，具有传统纸张保存方法无可比拟的优点。

4.2 LIMS 能有效提升传输速率

能够接入数据分析仪表（如液相色谱仪、气相色谱仪、天平等），进行解析统计信息的手动采集，降低手工记录人的延误，进而提升传输速率，同时节约了数据分析员的工作时间。 在收集解析统计信息时，LIMS 可以收集相应的环境数据信息，使得对统计信息的解析工作更为全面、可信。 统一消息服务（unified messaging service，UMS）能够实现仪器设备维护，为仪器设备建立定期的校准计划表来追踪、记录校准状况。 UMS 能够计算仪器设备的使用量，保证最大限度地使用仪器设备。

4.3 LIMS 拥有超强的报表能力

报告的类型可能是常规的检测报表、研究报告，也可能是质量报表、管理报表等。 该报表不但可以简单地反映出系统信息，还能对信息进行加工处理。 学习管理系统（learning management system， LMS）可选择该流程的一个组成部分自动打印报表或以邮件和互联网方式发出报表，及时、精确地反馈服务状况。

4.4 LIMS 能保证信息真实并完整存储

LIMS 的安全控制包括管理和用户控制。 通过向用户授权，可以监视并操纵某些特定信息。 在LIMS 中，任何一个使用都必须能设定使用授权，如不能给予使用者某些授权，相关的工作便不能进行。 检测数据在传输时必须经过主管机构负责人才能审批，合理的审批制度也是一种先进LINS 技术所必须具备的［11－12］。

5 结语

综上所述，计算机技术以及网络通信技术的发展，极大推进了人类社会的前进步伐，使得全球各个行业的发展都得到了进步。 本文提出了一种基于客户机／服务器的测试信息管理系统，以期在功能上满足现阶段实验室管理的需求，并在今后的使用过程中持续改进，从而更有效地投入到实验运用过程中，产生实际的经济效益。