嚴(yán)玲琳,邱 潔,高 晨,李冠華
(江蘇康達(dá)檢測(cè)技術(shù)股份有限公司,蘇州 215000)
自“十三五”規(guī)劃提出以來(lái),國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作給予了高度重視,這給環(huán)境檢測(cè)工作帶來(lái)了巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[1]。實(shí)驗(yàn)室樣品管理是環(huán)境檢測(cè)工作的重要組成環(huán)節(jié),也是實(shí)驗(yàn)室管理、實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可、計(jì)量認(rèn)證的重要內(nèi)容,更是檢測(cè)結(jié)果公正性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性的重要保障[2]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行接樣、暫存、流轉(zhuǎn)、留樣等樣品管理全流程工作中需要大量的人工,難以滿(mǎn)足快速、高效工作及結(jié)果量值溯源要求,也達(dá)不到現(xiàn)代智能化實(shí)驗(yàn)室的管理水平。面對(duì)日益繁重的檢測(cè)任務(wù)以及越來(lái)越高的檢測(cè)要求,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的樣品管理模式顯得力不從心。為提高工作效率,實(shí)現(xiàn)樣品智能化管理已成為環(huán)境檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的迫切需要[3-4]。然而樣品管理智能化建設(shè)在理論和實(shí)踐中還存在諸多空白[5],在此背景下,我司在環(huán)境檢測(cè)樣品智能化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用樣品智能化管理與智慧物流結(jié)合的模式,充分考慮樣品在流轉(zhuǎn)中的各個(gè)需求場(chǎng)景,并結(jié)合自動(dòng)化和信息化技術(shù),開(kāi)發(fā)了智能化的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人(AGV)調(diào)度樣品,在一定程度上減少了人工成本、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和工作危險(xiǎn)性、提高了工作效率[6],且自動(dòng)化和信息化程度較高,實(shí)用性和創(chuàng)新性較好,可有效地滿(mǎn)足樣品管理過(guò)程中量值溯源等方面要求[7]。本工作分析了環(huán)境檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室樣品管理現(xiàn)狀,介紹了樣品智能化管理系統(tǒng),總結(jié)了樣品智能化管理系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)存在的問(wèn)題,并給出了相應(yīng)的解決措施,最后對(duì)樣品的智能化管理進(jìn)行了展望,以期為環(huán)境檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)樣品的智能化管理提供參考。
樣品管理工作是戶(hù)外采樣工作和實(shí)驗(yàn)室分析工作的保證。隨著實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理體系的不斷完善[8],樣品管理工作的重要性也愈加突出。然而,大部分檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)采樣和樣品檢測(cè)工作,對(duì)樣品管理重要性的認(rèn)識(shí)還不到位,且普遍存在管理不善、條件配置不足、培訓(xùn)不到位等現(xiàn)象,從而出現(xiàn)樣品編號(hào)錯(cuò)誤、樣品錯(cuò)裝或檢測(cè)項(xiàng)目錯(cuò)填[9]、樣品存儲(chǔ)不當(dāng)和樣品清理不及時(shí)等問(wèn)題。
實(shí)驗(yàn)室在接到來(lái)樣時(shí),需要給每個(gè)樣品進(jìn)行編號(hào),以便于樣品管理員查找取樣及管理員和分析員追溯樣品信息。但在日常分析工作中,由于樣品量較大或人工編號(hào)失誤等原因,編號(hào)錯(cuò)誤現(xiàn)象(如編號(hào)重復(fù)、日期錯(cuò)誤、編號(hào)與檢測(cè)項(xiàng)目不對(duì)應(yīng)等)時(shí)常出現(xiàn)。
在日常分析工作中,當(dāng)樣品裝錯(cuò)容器(如塑料瓶裝成了玻璃瓶)或遺漏、增加檢測(cè)單中檢測(cè)項(xiàng)目都會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的精確度和檢測(cè)的時(shí)效性產(chǎn)生影響。如采集含氟化物的水樣時(shí),因?yàn)椴A康闹饕煞譃槎趸?氟化物對(duì)玻璃有腐蝕性,所以只能用塑料瓶裝,如果用玻璃瓶裝,必然會(huì)影響氟化物的測(cè)定結(jié)果;微生物檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)時(shí)間一般需要兩天,一旦填寫(xiě)檢測(cè)項(xiàng)目時(shí)發(fā)生遺漏,不僅檢測(cè)時(shí)效大打折扣,而且檢測(cè)成本也會(huì)增加。
樣品的類(lèi)別或需要的檢測(cè)項(xiàng)目不同,它們儲(chǔ)存的方式也不盡相同。然而在日常分析工作中,由于對(duì)樣品管理的認(rèn)識(shí)不到位,經(jīng)常會(huì)發(fā)生因樣品貯存條件不完善而導(dǎo)致測(cè)定不準(zhǔn)確,如:將應(yīng)冷藏或冷凍儲(chǔ)存的樣品保存在常溫條件下,這會(huì)導(dǎo)致樣品含量或性質(zhì)發(fā)生變化;易揮發(fā)、性質(zhì)不穩(wěn)定的樣品不按要求的儲(chǔ)存條件保存,從而導(dǎo)致樣品分解、變質(zhì)等。
樣品管理工作中還會(huì)發(fā)生樣品清理不及時(shí)的現(xiàn)象,比如需要檢測(cè)很多項(xiàng)目的樣品,由于檢測(cè)工作耗時(shí)較長(zhǎng)而導(dǎo)致冷庫(kù)堆積現(xiàn)象嚴(yán)重,這些樣品無(wú)法及時(shí)清理,新到樣品也無(wú)法在應(yīng)有的儲(chǔ)存條件下保存,可能影響其檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。
加強(qiáng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室智能化、自動(dòng)化管理是很有必要的[10]。國(guó)家質(zhì)檢總局?“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃?提出,開(kāi)發(fā)智能化儀器設(shè)備和軟件產(chǎn)品是大勢(shì)所趨,各級(jí)技術(shù)機(jī)構(gòu)和檢驗(yàn)檢疫實(shí)驗(yàn)室應(yīng)發(fā)揮自身業(yè)務(wù)特點(diǎn)推廣普及科研、檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析處理工作的信息化。因此,本司設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)并投入使用了樣品智能化管理系統(tǒng),設(shè)計(jì)工作包括:先根據(jù)實(shí)驗(yàn)室樣品管理流程和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)布局[11],樣品的類(lèi)別、保存條件等因素,對(duì)樣品屬性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分類(lèi),并依據(jù)分類(lèi)結(jié)果建立8個(gè)樣品自動(dòng)存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù);然后對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的分布位置進(jìn)行分析,利用樣品智能化管理系統(tǒng)發(fā)布指令,使用AGV 完成樣品的倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸,從而實(shí)現(xiàn)樣品倉(cāng)庫(kù)和實(shí)驗(yàn)室之間的連通。
樣品儲(chǔ)存是樣品管理的重要內(nèi)容[12]。本司建立的8個(gè)樣品自動(dòng)存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)包括污水庫(kù)、凈水庫(kù)、吸收液庫(kù)、土壤庫(kù)、固廢庫(kù)、吸收液準(zhǔn)備庫(kù)等6個(gè)冷庫(kù)和固廢庫(kù)、土壤庫(kù)等2 個(gè)常溫庫(kù),占地面積為350 m2,每個(gè)樣品庫(kù)中都配備了1臺(tái)倉(cāng)庫(kù)AGV 流轉(zhuǎn)硬件設(shè)施和不同顏色、形狀和材質(zhì)的樣品容器[13](包括16 800 個(gè)水樣瓶、18 750 個(gè)土樣瓶和20 500個(gè)固廢瓶)。樣品清點(diǎn)人員需要根據(jù)樣品的屬性,將不同類(lèi)型的樣品放入對(duì)應(yīng)顏色的周轉(zhuǎn)箱:白色周轉(zhuǎn)箱承裝潔凈樣品、藍(lán)色周轉(zhuǎn)箱承裝廢水樣品、黃色周轉(zhuǎn)箱承裝固廢樣品、灰色周轉(zhuǎn)箱承裝土壤樣品。由AGV 根據(jù)樣品調(diào)度系統(tǒng)指令自動(dòng)完成樣品的入庫(kù)、出庫(kù)和庫(kù)間轉(zhuǎn)移等操作[14]。
實(shí)驗(yàn)室AGV 流轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括倉(cāng)庫(kù)AGV 流轉(zhuǎn)系統(tǒng)和貨運(yùn)AGV 流轉(zhuǎn)系統(tǒng)。我司初步設(shè)置4臺(tái)倉(cāng)庫(kù)AGV、10臺(tái)貨運(yùn)AGV 和1個(gè)專(zhuān)用的AGV 充電室,并依據(jù)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的空間布局,鋪設(shè)了AGV 磁條軌跡,在每個(gè)接收樣品實(shí)驗(yàn)室門(mén)口建立了物料接駁平臺(tái),實(shí)驗(yàn)室AGV 流轉(zhuǎn)系統(tǒng)可通過(guò)樣品管理系統(tǒng)的指令自動(dòng)完成樣品周轉(zhuǎn)箱的調(diào)度任務(wù)。
2.2.1 倉(cāng)庫(kù)AGV 流轉(zhuǎn)系統(tǒng)
倉(cāng)庫(kù)AGV 流轉(zhuǎn)系統(tǒng)的硬件設(shè)施包括倉(cāng)庫(kù)AGV、倉(cāng)庫(kù)物料接駁平臺(tái)、倉(cāng)庫(kù)AGV 充電樁、倉(cāng)庫(kù)AGV 磁條鋪設(shè)軌跡。倉(cāng)庫(kù)AGV 使用全向背負(fù)升高叉車(chē)式機(jī)器人,可通過(guò)樣品管理系統(tǒng)指令自動(dòng)完成樣品的入庫(kù)、出庫(kù)和庫(kù)間轉(zhuǎn)移等操作。
2.2.2 貨運(yùn)AGV 流轉(zhuǎn)系統(tǒng)
貨運(yùn)AGV 流轉(zhuǎn)系統(tǒng)硬件設(shè)施包括貨運(yùn)AGV、實(shí)驗(yàn)室物料接駁平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)室AGV 充電樁、貨運(yùn)AGV 磁條鋪設(shè)軌跡。貨運(yùn)AGV 使用背負(fù)皮帶式運(yùn)輸機(jī)器人,可通過(guò)樣品管理系統(tǒng)指令自動(dòng)完成樣品、試劑、器皿、耗材等物料在樣品自動(dòng)存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)、試劑庫(kù)、儀器室、耗品庫(kù)、前處理室、天平室、清洗室等實(shí)驗(yàn)室功能區(qū)之間的運(yùn)送流轉(zhuǎn)工作。
2.2.3 樣品流轉(zhuǎn)流程
1)入庫(kù) 樣品清點(diǎn)人員通過(guò)掃描槍錄入周轉(zhuǎn)箱的箱號(hào)至倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)內(nèi),再將樣品的信息掃描錄至倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中,并與周轉(zhuǎn)箱號(hào)對(duì)應(yīng)(周轉(zhuǎn)箱數(shù)量根據(jù)樣品數(shù)量設(shè)置錄入上限),貨運(yùn)AGV 運(yùn)輸樣品周轉(zhuǎn)箱至指定倉(cāng)庫(kù)的樣品交接口,將樣品周轉(zhuǎn)箱卸到物料接駁平臺(tái)上,倉(cāng)庫(kù)AGV 自動(dòng)接收樣品周轉(zhuǎn)箱并根據(jù)樣品預(yù)設(shè)入庫(kù)規(guī)則選擇庫(kù)位入庫(kù),系統(tǒng)中自動(dòng)記錄該批樣品庫(kù)位信息。
2)調(diào)度 分析人員通過(guò)樣品管理系統(tǒng)指定調(diào)度樣品,由貨運(yùn)AGV 將放有該樣品的周轉(zhuǎn)箱從倉(cāng)庫(kù)沿著磁條鋪設(shè)軌跡送至目的地的物料接駁平臺(tái)。
實(shí)驗(yàn)室AGV 流轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):①通過(guò)導(dǎo)入AGV 小車(chē),工廠可以減少搬運(yùn)人力,不僅可以降低人工成本,還可以提高工作效率;②大大降低了人工搬運(yùn)的錯(cuò)誤率,保障了檢測(cè)工作的正常進(jìn)行;③可以靈活地進(jìn)行不同區(qū)域的物流搬運(yùn),可避免人員在不適應(yīng)或有害環(huán)境下工作,提高生產(chǎn)的柔性;④可以防止搬運(yùn)安全事故的發(fā)生,解決了搬運(yùn)安全性問(wèn)題;⑤全數(shù)字化管理可以有效規(guī)避人為因素,提高管理水平。
樣品管理系統(tǒng)包含樣品信息識(shí)別、樣品類(lèi)別判斷、倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)選擇、保存條件設(shè)置和提醒、保存周期查看和提醒、樣品檢測(cè)進(jìn)度查看和提醒、檢測(cè)任務(wù)處理、樣品處置提醒和記錄等內(nèi)容,可以在一定程度上保證樣品從入庫(kù)到出庫(kù)過(guò)程中信息的完整性,且每個(gè)環(huán)節(jié)在對(duì)應(yīng)的功能化操作中都有記錄,便于實(shí)時(shí)查找樣品詳細(xì)信息。我司樣品管理系統(tǒng)主要分為兩大模塊:基本資料、功能操作(圖1)。無(wú)論是科室、倉(cāng)庫(kù)、庫(kù)位、庫(kù)存、集裝箱、實(shí)驗(yàn)室等管理,還是樣品的出入庫(kù)、借用、歸還、移庫(kù)、流轉(zhuǎn)都能做到有跡可循。
2.3.1 基本資料
在用戶(hù)管理選項(xiàng)中,擁有管理員權(quán)限的賬號(hào)可創(chuàng)建、注銷(xiāo)賬號(hào),設(shè)置用戶(hù)基本信息,依據(jù)用戶(hù)所屬科室對(duì)賬號(hào)進(jìn)行分類(lèi)并設(shè)置操作權(quán)限。除此之外,管理員還可進(jìn)行以下操作:在科室管理、倉(cāng)庫(kù)管理和庫(kù)位管理選項(xiàng)中,為每一個(gè)科室、倉(cāng)庫(kù)、庫(kù)位設(shè)置能被AGV 識(shí)別的特有編號(hào);在箱管理選項(xiàng)中,記錄樣品周轉(zhuǎn)箱中樣品的條碼信息;在庫(kù)存管理選項(xiàng)中,實(shí)時(shí)查詢(xún)各個(gè)倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)位總數(shù)、已用庫(kù)位數(shù)、空庫(kù)位數(shù)等信息,而且還可查看系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的樣品保存期限自動(dòng)顯示樣品超期的提示。
2.3.2 功能操作
在樣品入庫(kù)選項(xiàng)中,樣品清點(diǎn)人員需要使用個(gè)人賬號(hào)進(jìn)行樣品入庫(kù)操作,進(jìn)入頁(yè)面后,需要錄入樣品編號(hào),選擇儲(chǔ)庫(kù)樣品存、錄入周轉(zhuǎn)箱條碼以及設(shè)置樣品檢測(cè)期限和保存期限,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)要求自動(dòng)分配空余庫(kù)位,降低了人工清點(diǎn)、搬運(yùn)、整理過(guò)程中的出錯(cuò)概率,同時(shí)減少了勞動(dòng)力的數(shù)量,提高了樣品流轉(zhuǎn)的效率。
在樣品借用和樣品歸還選項(xiàng)中,實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)使用個(gè)人賬號(hào)借用、歸還樣品,進(jìn)入頁(yè)面后,需要輸入完整的樣品條碼、選擇樣品接收點(diǎn)和運(yùn)輸方式,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)要求生成任務(wù),并會(huì)隨時(shí)更新該任務(wù)的進(jìn)度信息,如該任務(wù)的創(chuàng)建時(shí)間、創(chuàng)建人員、是否需要排隊(duì)、當(dāng)前使用人員等,使樣品狀態(tài)有跡可循(圖2)。實(shí)驗(yàn)人員則可設(shè)置定時(shí)或提前發(fā)送調(diào)度命令,且能遠(yuǎn)程操控,實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守時(shí)也能流轉(zhuǎn)樣品,而主管級(jí)操作人員具有加急權(quán)限,可優(yōu)先處理任一樣品的流轉(zhuǎn),以便及時(shí)進(jìn)行工作調(diào)整。
圖2 樣品借用窗口信息Fig.2 Window information of the sample borrowing
在樣品移庫(kù)選項(xiàng)中,樣品清點(diǎn)人員只需輸入樣品原庫(kù)位信息、樣品周轉(zhuǎn)箱編號(hào),就能在系統(tǒng)中快速搜尋到該樣品或周轉(zhuǎn)箱,并選擇新目標(biāo)倉(cāng)位后,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)要求自動(dòng)分配新庫(kù)位,樣品清點(diǎn)人員能隨時(shí)調(diào)度倉(cāng)庫(kù)中的樣品或周轉(zhuǎn)箱,并用AGV 將該樣品的周轉(zhuǎn)箱送至目的地。
在看到樣品超期的提示后,樣品清點(diǎn)人員需要點(diǎn)擊樣品出庫(kù)選項(xiàng),將超期樣品清理出庫(kù),樣品隨后會(huì)保存到暫存區(qū)。
完善、高效的樣品智能化管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)記錄、跟蹤和控制樣品全流程的信息,實(shí)現(xiàn)了責(zé)任到人,樣品全流程的自動(dòng)化管理[15]。
樣品智能化管理系統(tǒng)是根據(jù)我司實(shí)驗(yàn)室的平面布局,量身定制的一套信息化、自動(dòng)化、智能化的管理系統(tǒng),該系統(tǒng)已正式投入運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了樣品在樣品室和各個(gè)實(shí)驗(yàn)室間的流轉(zhuǎn),提升了樣品流轉(zhuǎn)效率、實(shí)現(xiàn)了樣品信息透明化追溯和無(wú)紙化管理,降低了流轉(zhuǎn)差錯(cuò)率,實(shí)用性很強(qiáng)。我司已設(shè)置2 000個(gè)庫(kù)位,可存放100 000個(gè)樣品,隨著工作任務(wù)的增加,在樣品智能化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期未考慮或考慮不全面的一些因素逐漸在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中顯現(xiàn)出來(lái),主要問(wèn)題包括樣品流轉(zhuǎn)效率低、樣品流轉(zhuǎn)方式不靈活、樣品流轉(zhuǎn)路徑單一等。
1)樣品流轉(zhuǎn)效率低 每個(gè)倉(cāng)庫(kù)中只配置了一臺(tái)倉(cāng)庫(kù)AGV,當(dāng)樣品量增加時(shí),樣品入庫(kù)、出庫(kù)時(shí)貨運(yùn)AGV 等候時(shí)間變長(zhǎng);在樣品流轉(zhuǎn)中,貨運(yùn)AGV調(diào)度效率低,會(huì)出現(xiàn)樣品滯留的情況。
2)樣品流轉(zhuǎn)方式不靈活 在對(duì)樣品進(jìn)行入庫(kù)、出庫(kù)和調(diào)度時(shí),系統(tǒng)默認(rèn)的運(yùn)輸方式為AGV 運(yùn)輸,如遇到停電、機(jī)器故障、運(yùn)輸特殊樣品等特殊狀況時(shí),樣品流轉(zhuǎn)將無(wú)法正常進(jìn)行,如果直接采用人工運(yùn)輸,不僅會(huì)耗費(fèi)大量勞動(dòng)力,還會(huì)導(dǎo)致樣品流轉(zhuǎn)混亂,難以實(shí)現(xiàn)樣品信息的實(shí)時(shí)追蹤和控制。
3)樣品流轉(zhuǎn)路徑單一 已被借用的樣品需先回到倉(cāng)庫(kù),才能被再次借出,不能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)室間的快速流轉(zhuǎn)。
針對(duì)以上情況,我司聯(lián)合軟件公司綜合分析了解決這些問(wèn)題的必要性和需求設(shè)計(jì)的可行性,提出了一些措施,以進(jìn)一步完善樣品智能化管理系統(tǒng)。
1)為每個(gè)倉(cāng)庫(kù)中增加1臺(tái)倉(cāng)庫(kù)AGV,在樣品流轉(zhuǎn)中增加2臺(tái)貨運(yùn)AGV,以提高流轉(zhuǎn)效率。
2)在樣品智能化管理系統(tǒng)中涉及樣品操作的頁(yè)面中,增加人工運(yùn)輸?shù)倪x項(xiàng),使人工運(yùn)輸樣品的流轉(zhuǎn)記錄也能在系統(tǒng)里顯示,從而使該樣品有跡可循。
3)在樣品智能化管理系統(tǒng)的功能操作中,增加物品流轉(zhuǎn)選項(xiàng),在其中增加樣品編號(hào)、周轉(zhuǎn)箱編號(hào)、樣品起點(diǎn)科室、終點(diǎn)科室等信息,以實(shí)現(xiàn)樣品和周轉(zhuǎn)箱能在實(shí)驗(yàn)室不同科室間流轉(zhuǎn)。
我司還將不斷完善樣品智能化管理系統(tǒng),完成水樣、土壤、固廢、吸收液等8個(gè)倉(cāng)庫(kù)的智能化管理,以及實(shí)驗(yàn)室與實(shí)驗(yàn)室間的樣品運(yùn)轉(zhuǎn),使智能化系統(tǒng)逐漸適應(yīng)實(shí)際樣品管理的需求,并將該系統(tǒng)與我司實(shí)驗(yàn)室智慧運(yùn)營(yíng)平臺(tái)相連接,以收集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),總結(jié)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),做到無(wú)人化管理。建設(shè)“保存+流轉(zhuǎn)”相融合的一體化管控平臺(tái),全面規(guī)范樣品的管理過(guò)程、有效降低人力物力,提高樣品流轉(zhuǎn)效率、降低出錯(cuò)概率,使環(huán)境監(jiān)測(cè)工作更加規(guī)范合理,以符合未來(lái)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)時(shí)化、透明化管理的趨勢(shì)。
理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)2021年9期