环境检测实验室样品智能化管理系统的设计

1 环境检测实验室样品管理现状

     样品管理工作是户外采样工作和实验室分析工作的保证。随着实验室质量管理体系的不断完善，样品管理工作的重要性也愈加突出。然而，大部分检测机构主要关注现场采样和样品检测工作，对样品管理重要性的认识还不到位，且普遍存在管理不善、条件配置不足、培训不到位等现象，从而出现样品编号错误、样品错装或检测项目错填、样品存储不当和样品清理不及时等问题。

1.1

样品编号错误

     实验室在接到来样时，需要给每个样品进行编号，以便于样品管理员查找取样及管理员和分析员追溯样品信息。但在日常分析工作中，由于样品量较大或人工编号失误等原因,编号错误现象(如编号重复、日期错误、编号与检测项目不对应等)时常出现。

1.2

样品错装或检测项目错填

      在日常分析工作中，当样品装错容器(如塑料瓶装成了玻璃瓶)或遗漏、增加检测单中检测项目都会对检测结果的精确度和检测的时效性产生影响。如采集含氟化物的水样时，因为玻璃瓶的主要成分为二氧化硅，氟化物对玻璃有腐蚀性，所以只能用塑料瓶装，如果用玻璃瓶装，必然会影响氟化物的测定结果；微生物检测项目的检测时间一般需要两天，一旦填写检测项目时发生遗漏，不仅检测时效大打折扣，而且检测成本也会增加。

1.3

样品存储不当

     样品的类别或需要的检测项目不同，它们储存的方式也不尽相同。然而在日常分析工作中，由于对样品管理的认识不到位，经常会发生因样品贮存条件不完善而导致测定不准确，如：将应冷藏或冷冻储存的样品保存在常温条件下，这会导致样品含量或性质发生变化；易挥发、性质不稳定的样品不按要求的储存条件保存，从而导致样品分解、变质等。

1.4

样品清理不及时

     样品管理工作中还会发生样品清理不及时的现象，比如需要检测很多项目的样品，由于检测工作耗时较长而导致冷库堆积现象严重，这些样品无法及时清理，新到样品也无法在应有的储存条件下保存，可能影响其检测结果的准确度。

2 样品智能化管理系统

     加强检测实验室智能化、自动化管理是很有必要的。国家质检总局《“十一五”科技发展规划》提出，开发智能化仪器设备和软件产品是大势所趋，各级技术机构和检验检疫实验室应发挥自身业务特点推广普及科研、检测及数据分析处理工作的信息化。因此，本司设计、开发并投入使用了样品智能化管理系统，设计工作包括：先根据实验室样品管理流程和现有实验室规模、区域的空间结构布局，样品的类别、保存条件等因素，对样品属性进行了统计

分类，并依据分类结果建立8个样品自动存储仓库；然后对各个实验室的分布位置进行分析，利用样品智能化管理系统发布指令，使用AGV完成样品的仓储和运输，从而实现样品仓库和实验室之间的连通。

2.1

样品自动存储仓库

     样品储存是样品管理的重要内容。本司建立的8个样品自动存储仓库包括污水库、净水库、吸收液库、土壤库、固废库、吸收液准备库等6个冷库和固废库、土壤库等2个常温库，占地面积为350m2每个样品库中都配备了1台仓库AGV流转硬件设施和不同颜色、形状和材质的样品容器(包括16800个水样瓶、18750个土样瓶和20500个固废瓶)。样品清点人员需要根据样品的属性，将不同类型的样品放入对应颜色的周转箱：白色周转箱承装洁净样品、蓝色周转箱承装废水样品、黄色周转箱承装固废样品、灰色周转箱承装土壤样品。由AGV根据样品调度系统指令自动完成样品的入库、出库和库间转移等操作。

2.2

实验室AGV流转系统

     实验室AGV流转系统包括仓库AGV流转系统和货运AGV流转系统。我司初步设置4台仓库AGV、10台货运AGV和1个专用的AGV充电室，并依据各个实验室的空间布局，铺设了AGV磁条轨迹，在每个接收样品实验室门口建立了物料接驳平台，实验室AGV流转系统可通过样品管理系统的指令自动完成样品周转箱的调度任务。

2.2.1 仓库AGV流转系统

     仓库AGV流转系统的硬件设施包括仓库AGV、仓库物料接驳平台、仓库AGV充电桩、仓库AGV磁条铺设轨迹。仓库AGV使用全向背负升高叉车式机器人，可通过样品管理系统指令自动完成样品的入库、出库和库间转移等操作。

2.2.2 货运AGV流转系统

     货运AGV流转系统硬件设施包括货运AGV、实验室物料接驳平台、实验室AGV充电桩、货运AGV磁条铺设轨迹。货运AGV使用背负皮带式运输机器人，可通过样品管理系统指令自动完成样品、试剂、器皿、耗材等物料在样品自动存储仓库、试剂库、仪器室、耗品库、前处理室、天平室、清洗室等实验室功能区之间的运送流转工作。

2.2.3 样品流转流程

     1)入库　样品清点人员通过扫描枪录入周转箱的箱号至仓库管理系统内，再将样品的信息扫描录至仓库管理系统中，并与周转箱号对应(周转箱数量根据样品数量设置录入上限)，货运AGV运输样品周转箱至指定仓库的样品交接口，将样品周转箱卸到物料接驳平台上，仓库AGV自动接收样品周转箱并根据样品预设入库规则选择库位入库，系统中自动记录该批样品库位信息。

     2)调度　分析人员通过样品管理系统指定调度样品，由货运AGV将放有该样品的周转箱从仓库沿着磁条铺设轨迹送至目的地的物料接驳平台。

     实验室AGV流转系统具有以下优点：①通过导入AGV小车，工厂可以减少搬运人力，不仅可以降低人工成本，还可以提高工作效率；②大大降低了人工搬运的错误率，保障了检测工作的正常进行；③可以灵活地进行不同区域的物流搬运，可避免人员在不适应或有害环境下工作,提高生产的柔性；④可以防止搬运安全事故的发生,解决了搬运安全性问题；⑤全数字化管理可以有效规避人为因素，提高管理水平。

2.3

样品管理系统

     样品管理系统包含样品信息识别、样品类别判断、仓库自动选择、保存条件设置和提醒、保存周期查看和提醒、样品检测进度查看和提醒、检测任务处理、样品处置提醒和记录等内容，可以在一定程度上保证样品从入库到出库过程中信息的完整性，且每个环节在对应的功能化操作中都有记录，便于实时查找样品详细信息。我司样品管理系统主要分为两大模块：基本资料、功能操作(图1)。无论是科室、仓库、库位、库存、集装箱、实验室等管理，还是样品的出入库、借用、归还、移库、流转都能做到有迹可循。

2.3.1 基本资料

     在用户管理选项中，拥有管理员权限的账号可创建、注销账号，设置用户基本信息,依据用户所属科室对账号进行分类并设置操作权限。除此之外，管理员还可进行以下操作：在科室管理、仓库管理和库位管理选项中，为每一个科室、仓库、库位设置能被AGV识别的特有编号；在箱管理选项中，记录样品周转箱中样品的条码信息；在库存管理选项中，实时查询各个仓库的库位总数、已用库位数、空库位数等信息，而且还可查看系统根据设定的样品保存期限自动显示样品超期的提示。

2.3.2 功能操作

     在样品入库选项中，样品清点人员需要使用个人账号进行样品入库操作，进入页面后，需要录入样品编号，选择储库样品存、录入周转箱条码以及设置样品检测期限和保存期限,系统会根据要求自动分配空余库位，降低了人工清点、搬运、整理过程中的出错概率，同时减少了劳动力的数量，提高了样品流转的效率。

     在样品借用和样品归还选项中，实验人员应使用个人账号借用、归还样品，进入页面后，需要输入完整的样品条码、选择样品接收点和运输方式，系统会根据要求生成任务，并会随时更新该任务的进度信息，如该任务的创建时间、创建人员、是否需要排队、当前使用人员等,使样品状态有迹可循(图2)。实验人员则可设置定时或提前发送调度命令，且能远程操控，实现了无人值守时也能流转样品，而主管级操作人员具有加急权限，可优先处理任一样品的流转，以便及时进行工作调整。

     在样品移库选项中，样品清点人员只需输入样品原库位信息、样品周转箱编号，就能在系统中快速搜寻到该样品或周转箱，并选择新目标仓位后，系统会根据要求自动分配新库位,样品清点人员能随时调度仓库中的样品或周转箱，并用AGV将该样品的周转箱送至目的地。

     在看到样品超期的提示后，样品清点人员需要点击样品出库选项，将超期样品清理出库，样品随后会保存到暂存区。

     完善、高效的样品智能化管理系统可以实时记录、跟踪和控制样品全流程的信息，实现了责任到人，样品全流程的自动化管理。

3 样品智能化管理系统应用时存在的问题及解决措施

      样品智能化管理系统是根据我司实验室的平面布局，量身定制的一套信息化、自动化、智能化的管理系统，该系统已正式投入运行，实现了样品在样品室和各个实验室间的流转，提升了样品流转效率、实现了样品信息透明化追溯和无纸化管理，降低了流转差错率，实用性很强。我司已设置2000个库位，可存放100000个样品，随着工作任务的增加，在样品智能化管理系统设计初期未考虑或考虑不全面的一些因素逐渐在实际应用过程中显现出来，主要问题包括样品流转效率低、样品流转方式不灵活、样品流转路径单一等。

     1)样品流转效率低　每个仓库中只配置了一台仓库AGV，当样品量增加时，样品入库、出库时货运AGV等候时间变长；在样品流转中，货运AGV调度效率低，会出现样品滞留的情况。

     2)样品流转方式不灵活　在对样品进行入库、出库和调度时，系统默认的运输方式为AGV运输，如遇到停电、机器故障、运输特殊样品等特殊状况时，样品流转将无法正常进行，如果直接采用人工运输，不仅会耗费大量劳动力，还会导致样品流转混乱，难以实现样品信息的实时追踪和控制。

     3)样品流转路径单一　已被借用的样品需先回到仓库，才能被再次借出，不能实现实验室和实验室间的快速流转。

      针对以上情况，我司联合软件公司综合分析了解决这些问题的必要性和需求设计的可行性，提出了一些措施，以进一步完善样品智能化管理系统。

     1)为每个仓库中增加1台仓库AGV，在样品流转中增加2台货运AGV，以提高流转效率。

    2)在样品智能化管理系统中涉及样品操作的页面中，增加人工运输的选项，使人工运输样品的流转记录也能在系统里显示，从而使该样品有迹可循。

     3)在样品智能化管理系统的功能操作中，增加物品流转选项，在其中增加样品编号、周转箱编号、样品起点科室、终点科室等信息，以实现样品和周转箱能在实验室不同科室间流转。

4 展望

    我司还将不断完善样品智能化管理系统，完成水样、土壤、固废、吸收液等8个仓库的智能化管理，以及实验室与实验室间的样品运转，使智能化系统逐渐适应实际样品管理的需求，并将该系统与我司实验室智慧运营平台相连接，以收集系统运行数据，总结系统开发经验，做到无人化管理。建设“保存＋流转”相融合的一体化管控平台，全面规范样品的管理过程、有效降低人力物力,提高样品流转效率、降低出错概率，使环境监测工作更加规范合理，以符合未来实验室标准化、实时化、透明化管理的趋势。