УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПРОБ В АНАЛИТИЧЕСКОЙ

-1УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПРОБ В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ
Терещенко А.Г., Янин А.М.
НИИ высоких напряжений, г.Томск
УДК 543:004.41
Представлен процесс модернизации лабораторной информационно-управляющей системы
ЛИУС «Химик-аналитик» на примере блока организации основного процесса лаборатории –
жизненного цикла пробы.
Контроль качества продукции – залог успешного осуществления технологического
процесса, возможность сертификации товара, доверие и признание потребителей, успех на
рынке. Механизм контроля качества может быть индивидуальным для каждого отдельного
предприятия, но ключевым звеном при этом неизменно является аналитическая лаборатория.
В процессе развития аналитического контроля производства устоялась определенная
технология (структура) работы испытательной лаборатории. Значительная часть работы
связана с переработкой информации, которая ежегодно усложняется и накапливается,
тормозя процесс контроля качества.
Лабораторная информационно-управляющая система ЛИУС «Химик-аналитик» один из первых отечественных коммерческих продуктов, направленных на автоматизацию
информационных потоков производственной аналитической лаборатории. Система
находится в процессе постоянной модернизации с целью удовлетворения растущих запросов
потребителей. Множественные инсталляции и опыт эксплуатации позволяют оценивать
ЛИУС в качестве продукта, способного выступить как индивидуальным средством
автоматизации, так и частью комплексного проекта корпоративной информационной
системы (КИС).
Идеология системы сводится к автоматизации внутренних задач лаборатории,
направленных на достижение наибольшего большей производительности и лучшего качества
проводимых анализов. Внутренние задачи лаборатории охватывают обработку проб для
документированных результатов анализа, совокупность обеспечивающих работ и управления
лабораторией.
Основным среди этих процессов является процесс обработки проб. Описание
которого можно провести с использованием жизненного цикла (ЖЦ) пробы. ЖЦ пробы - это
последовательность процессов по обработке пробы в лаборатории (от принятия решения о ее
отборе до утилизации) [1]. Многолетний анализ деятельности отечественных лабораторий
различных отраслей позволил сформировать универсальную последовательность важнейших
этапов ЖЦ пробы: включение задания на обработку пробы в текущий план лаборатории;
отбор пробы; доставка и подготовка; регистрация в лаборатории; подготовка к выполнению
анализов; выполнение анализов и ввод результатов в журнал; утверждение результатов;
формирование отчетов; передача документов потребителю; утилизация пробы.
Каждый этап в отдельных лабораториях, принадлежащих как одной отрасли, так и
разным отраслям, могут значительно различаться, и зависит от физического состояния
пробы, промышленной технологии и организации аналитического контроля на предприятии.
ЖЦ пробы начинается с включения соответствующего задания в план на смену. Это
делается на основе годового плана, периодичности отбора проб в смену (неделю) в
непрерывном производстве, требований производства (внеплановых проб, необходимых для
управления переходными режимами: пуском, остановкой или аварийными ситуациями),
требований служб снабжения и сбыта, заказов от стороннего заказчика и др.
Отбор проб может быть выполнен автоматически или вручную лаборантом,
пробоотборщиком лаборатории, рабочим цеха самостоятельно или в присутствии лаборанта,
сотрудником лаборатории в присутствии представителей других организаций. Если отбор
пробы проводится силами лаборатории, то соответствующее задание должно быть доведено
-2до конкретного сотрудника. В процессе отбора зачастую требуется составлять документ
«акт отбора проб» с описанием условий отбора и использованного оборудования. Проба
может отбираться как в одну тару, так и в несколько с указанием объема (массы)
содержимого каждой. Расфасовка пробы по разным тарам обуславливается требованиями
методики каждого исследуемого показателя, которые регламентируют способ отбора,
подготовки и необходимость консервации пробы на месте. Возможно так же разделение
проб для исследования в разных лабораториях или на рабочих местах. При отборе пробы
часто необходимо достаточно подробное описание условий отбора, в том числе их отличия
от типовых.
Возможны случаи, когда разовые пробы накапливают и объединяют в генеральную
пробу, которую далее измельчают, гомогенизируют и сокращают до лабораторной пробы.
Такая подготовка пробы может проходить в разных подразделениях, вне лаборатории. В
непрерывных производствах на основе разовых проб могут комплектовать сменные. Из
нескольких сменных проб после гомогенизации и сокращения формируют суточные. Далее
аналогично - декадные и месячные пробы. Лабораторная проба может быть отобрана от
разовой, сменной, суточной, декадной и др. проб.
Отобранная проба должна быть доставлена в лабораторию в течение оговоренного
промежутка времени и передана сотрудникам лаборатории. При этом, как правило,
документируется: фамилия сотрудника, доставившего пробу, его подразделение, дата и
время доставки пробы, ее объем (масса), место отбора и другое.
Пробы регистрируют, а затем фиксируют факт доставки ее в лабораторию в объеме,
достаточном для выполнения анализов. При этом ей присваивается регистрационный номер,
шифр, конкретизируется список анализируемых показателей и последовательность
прохождения по рабочим местам. Выполнение анализов может включать элементы
пробоподготовки: консервация, приготовление таблеток и др. Проба может проходить по
рабочим местам как одной лаборатории (используется один лабораторный журнал), так и по
рабочим местам нескольких лабораторий или участков (используются разные журналы).
Исследование может проводиться при последовательном, параллельном либо
комбинированном анализе показателей пробы.
Окончательные результаты анализа пробы должны быть задокументированы и
переданы производству (заказчику) в виде протокола анализа или паспорта качества на
продукцию. В случае выявления брака в обязанности лаборатории могут быть вменены
дополнительные полномочия – оперативное информирование ответственных лиц.
После окончания анализов в зависимости от состояния пробы и требований
производства она может быть утилизирована химическим способом, сдана на склад
(полигон), возвращена в производство, заказчику. Для каждого объекта анализа может
существовать свой способ утилизации.
При разработке информационной системы отражение ЖЦ необходимо для получения
качественного перечня этапов аналитического процесса на основании определенного
текущего состояния каждой отдельной пробы; автоматизации управления процессом
движения проб (автоматическая смена этапа при наступлении определенных заранее
событий, настройка сложных маршрутов прохождения по рабочим местам);
документирования необходимых этапов движения пробы.
Разработанный перечень этапов на основе ЖЦ пробы при разработке ЛИУС позволяет
значительно упростить механизм контроля основного лабораторного процесса. Например,
логика работы LabWare LIMS (LabWare Inc.) опирается не только на ЖЦ пробы, а также на
ЖЦ анализа и результата [2]. Комбинация этапов циклов позволяет достаточно подробно
описывать текущее состояние работ. Реализованный ЖЦ пробы начинается с процесса
регистрации его в лаборатории и акцентируется на вводе и утверждении результатов.
Предшествующие регистрации пробы этапы не отражены. Система Q~DIS/QM LIMS
(Waters) реализует ЖЦ задания (совмещены состояния проб и результатов). Подробный (по
-3сравнению с предыдущей системой) перечень этапов описывает реальный процесс движения
пробы.
Архитектура ЛИУС «Химик-аналитик» не была изначально ориентирована на
соответствие полному ЖЦ пробы, и до недавнего времени использовались только основные
его этапы, затрагивающие заполнение лабораторных журналов и формирование отчетной
документации [3,4]. Реализация сложных схем движения пробы, например, требующих
создания параллельных записей в нескольких лабораторных журналах либо с
документированием каждого этапа, не рассматривалась.
Накопленные знания в предметной области и опыт внедрений помогли преодолеть
указанные ограничения. Создан механизм моделирования процесса обработки проб,
базирующегося на уже существующих и положительно зарекомендовавших себя
компонентах ЛИУС (электронный лабораторный журнал). В результате проведенных работ
созданы два новых модуля: блок управления лабораторией [5] и блок регистрации пробы.
Кроме собственных специфических задач первый модуль реализует начальный этап ЖЦ
пробы – планирование. Второй модуль – блок регистрации проб - осуществляет поддержку
движения проб на всех последующих этапах, включая утилизацию (рис. 1).
Блок
управления
Блок регистрации проб
Управление
доставкой и
подготовкой
Планирование
отбора
планирование
Регистрация
проб
Контроль
движения
Электронный
лабораторный
журнал
Занесение
результатов
анализов
Генератор
отчетов
Формирование
документов
Процесс движения пробы в лаборатории (жизненный цикл пробы):
доставка
регистрация
исследования
формирование отчетов
Рис. 1. Последовательность основных операций «Химик-аналитик».
Основу блока регистрации проб образуют три последовательно выполняемые
операции. Первая (управление доставкой и подготовкой пробы) организует процесс из
настраиваемого числа этапов, где каждый этап – отметка в системе о текущем состоянии и
местоположении пробы, ее характеристиках, ответственных исполнителях, влияющих в
данный момент на ее состояние. Такие отметки хранятся в электронных лабораторных
журналах. Блок регистрации проб отвечает за настройку маршрута (последовательности
этапов, с указанием лабораторных журналов, характеризующих конкретный этап) и смену
стадий с предоставлением возможности ввода данных.
Регистрация проб в лаборатории производится при помощи электронной версии
одноименного бумажного журнала лаборатории. Кроме стандартных функций (присвоение
пробе уникального идентификатора, заполнение необходимых сведений об отборе и т.д.),
можно документировать корректировку сменного плана и маршрута пробы.
Движение пробы контролируется по аналогичной схеме с операцией управления
доставкой. Проба проходит нескольких этапов, на каждом из которых информация о пробе
попадает в один или несколько (в зависимости от типа движения – последовательного или
параллельного) лабораторных журналов. Между этапами можно вводить данные о самом
процессе движения и перемещении (передающий и принимающий исполнители,
характеристики пробы и т.д.).
Операции управления доставкой и контроля движения пробой имеют много общего:
необходимость настройки маршрута прохождения, последовательность этапов с
сохранением информации о текущем состоянии, использование лабораторных журналов и
т.д. Функциональность операций можно решить с помощью одного программного модуля –
блока контроля движения проб, который в совокупности с электронным журналом
регистрации образует блок регистрации проб (рис. 2).
-4Блок регистрации проб
Журнал регистрации проб
Модуль
планирования
блока
управления
Блок контроля движения проб
Доставка
Анализ
Электронные лабораторные журналы
…
Рис. 2. Структура блока регистрации проб.
Для работы блока необходимо настроить, выполнить следующие операции:
настроить необходимые лабораторные журналы для ввода информации о движении
пробы, использовать в них только поля информации о пробе.
настроить необходимые лабораторные журналы для ввода результатов анализов (рабочие
лабораторные журналы).
создать необходимые маршруты прохождения проб, привязав к ним контрольные точки.
Работу блока регистрации проб можно представить в виде следующего алгоритма:
1. Сопровождение пробы блоком регистрации проб начинается с утверждения плана
работ на смену.
2. Если маршрут пробы предусматривает документирование действий (отбор,
перемещение, подготовка) до регистрации пробы в лаборатории, то система
прослеживает выполнение последовательности соответствующих настроенных
этапов. В противном случае осуществляется переход на этап регистрации пробы (п.4).
3. Выполнение запланированных до регистрации в лаборатории этапов представляет
собой последовательное заполнение полей информации в лабораторных журналах
через специализированную «Форму документирования этапа».
4. Этап регистрации пробы в лаборатории является обязательным. На этом этапе
используется форма «Журнал регистрации проб». После регистрации автоматически
осуществляется переход на следующий этап маршрута и вводятся результаты анализа.
5. Для заполнения результатов анализов можно воспользоваться ЛИУС. Когда
результаты по всем показателям лабораторных журналов текущего этапа будут
введены, начинает снова работать блок регистрации проб, который добавит новые
записи в лабораторных журналах следующего этапа.
6. Если на этапе ЖЦ пробы после ее регистрации маршрутом предусмотрено сохранение
дополнительной информации о перемещении пробы, то соответствующая «Форма
документирования этапа» будет появляться после завершения анализов одного этапа
и перед началом следующего. Пока информация о перемещении не будет введена,
смена этапа невозможна (жесткость данного правила можно регулировать).
7. И т.д. до полного заполнения последнего лабораторного журнала маршрута.
Если пользователю неизвестен текущий этап маршрута пробы и он не знает, в каком
журнале искать упоминание о ней, можно воспользоваться «Формой управления движением
проб». Форма содержит список всех обрабатываемых на данный момент проб и описание
маршрута их движения. Отсюда возможен удобный переход на соответствующую форму
обработки текущего этапа.
Для функционирования рассмотренной выше схемы движения проб введен ряд
дополнительных задач.
Управление и контроль процесса движения. При сложном маршруте имеется
возможность оперативно отслеживать и регулировать движение каждой пробы
индивидуально. Сведения о пробе могут отражаться в нескольких лабораторных журналах,
-5поэтому изменяется правило определения окончания аналитических работ по пробе. Ранее
для этого использовался переключатель «Анализы завершены» на каждой записи журнала.
При использования нового блока окончание работ определяется совокупностью признаков
завершения анализов плановых показателей во всех обязательных лабораторных журналах
маршрута. Для регулирования процесса разработан специальный инструмент –
дополнительная «Форма управления движением проб», позволяющая просматривать
заложенный перечень этапов маршрута пробы, менять этот перечень, принудительно
устанавливать текущий этап и т.д. Блок контроля движения проб может автоматически
производить переход пробы на следующий этап на основании завершения предыдущего
этапа и определять момент завершения работ по маршруту.
Разделение показателей одной пробы между различными лабораторными
журналами. Проблема заключается в том, что каждый лабораторный журнал предполагает
(но реально в системе не регламентирует) хранение определенного специфичного перечня
показателей, отражающего его тематику. Список показателей пробы определяется в
соответствии с целями конкретных исследований и может распределяться по нескольким
журналам. Создан специальный фильтр показателей для каждого лабораторного журнала, в
который попадают только необходимые показатели из общего перечня пробы,
настраиваемого на этапе планирования списка. Для большей гибкости настройки фильтры
различных лабораторных журналов могут пересекаться.
Настройка маршрута движения пробы. В общем виде маршрут можно представить
следующей последовательностью: этапы доставки и подготовки пробы, регистрация, этапы
обработки пробы в лаборатории. Настройка этапов - создание упорядоченного списка ссылок
на различные лабораторные журналы, в которых и будет сохраняться информация.
Обязательным этапом является лишь регистрация пробы. Настройка может распространяться
как на индивидуальные пробы, так и на их группы.
Автоматизация процесса движения. Для удобства использования возможностей
нового блока необходимо максимально автоматизировать процесс движения пробы по
маршруту. Смена этапа осуществляется самой системой при наличии определенных
признаков (описаны выше).
Реализация механизма управления движением пробы в ЛИУС «Химик-аналитик»
позволила значительно расширить решаемые ею задач и возможности внедрения, увеличить
потенциал и универсальность системы. Используемый подход, совмещающий ограниченные
возможности настройки основного алгоритма и гибкие исполнительные инструменты
(лабораторные журналы) направлен на достижение низких финансовых вложений и
временные затрат.
Перечень литературы:
1. Нуцков В.Ю., Дюмаева И.В., Петросян. Е.Р. Уникальный инструмент подтверждения
соответствия // Век качества. – 2002. – № 6.
2. Куцевич И.В. Введение в LIMS // Мир компьютерной автоматизации. – 2002. - № 4.
3. Терещенко А.Г., Терещенко О.В., Соколов В.В., Замятин А.В. Программный продукт
для экологических лабораторий промышленных предприятий // Экология и
промышленность России. – 2001. – № 6.
4. Терещенко А.Г., Соколов В.В., Сафьянов А.С., Ткаченко Д.В., Мизин П.А. Средство
генерации выходных документов в системах управления аналитическими
лабораториями // Автоматизация и современные технологии. – 2006. – № 8.
5. Терещенко А.Г., Терещенко В.А., Толстихина Т.В., Янин А.М. ЛИУС "Химиканалитик"- новый инструмент для автоматизации аналитических лабораторий //
Партнеры и конкуренты. – 2005. – № 4.
-6-