Robert PAVLIS

集成化實(shí)驗(yàn)室(iLAB)是一種新型實(shí)驗(yàn)室信息化系統(tǒng)——一種全面自動(dòng)化控制系統(tǒng)。其最大的價(jià)值是探索并解決了當(dāng)今實(shí)驗(yàn)室信息化過程中面臨的四個(gè)主要難題：

1. 缺乏用戶的實(shí)時(shí)控制——在日常測(cè)試中，通常要求分析者依照標(biāo)準(zhǔn)操作流程(SOPs)來進(jìn)行，但卻沒有辦法強(qiáng)迫他們。例如，分析者往往需要對(duì)一種試劑是否適用于該運(yùn)行中的測(cè)試體系進(jìn)行核實(shí)，但系統(tǒng)卻無法確認(rèn)這種核實(shí)的存在。分析者的責(zé)任是既要堅(jiān)持SOP的要求，又要決定過程中的每個(gè)步驟。而針對(duì)后者，要求他們做出的決定過多。

2. 工作流程管理有限——當(dāng)其中一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障，整個(gè)集成化系統(tǒng)該如何調(diào)整自己？首先，系統(tǒng)應(yīng)該查找是否存在其他設(shè)備可以應(yīng)用于相同的測(cè)試。如果無法實(shí)現(xiàn)，接下來便需要重新制定測(cè)試計(jì)劃，使得其他分析樣品可以被先行測(cè)試。系統(tǒng)一方面要保證故障設(shè)備得以盡快維修，一方面需將數(shù)據(jù)延遲的信息及時(shí)通知實(shí)驗(yàn)室外部。所有的這些過程都應(yīng)該自動(dòng)完成，并且兼顧實(shí)驗(yàn)室的各種可用信息及資源。而當(dāng)今的實(shí)驗(yàn)室信息化系統(tǒng)離這種能提供真正工作流程控制的要求還相距甚遠(yuǎn)。

3. 大部分過程由人驅(qū)動(dòng)或者文件驅(qū)動(dòng)，而不是事件驅(qū)動(dòng)——如果一個(gè)過程基于文件，那它是人驅(qū)動(dòng)，而不是事件驅(qū)動(dòng)。通常分析者需要做出很多決定，包括核對(duì)結(jié)果，事件安排，確認(rèn)測(cè)試的順利進(jìn)行等。事實(shí)上，這些過程都應(yīng)由自動(dòng)化系統(tǒng)來完成。系統(tǒng)將確保所有的流程每次均按正確的方式進(jìn)行，而這些決定將以發(fā)生的事件為基礎(chǔ)。事件可以是一個(gè)分析者的行為，例如從列表中選擇一臺(tái)設(shè)備；也可以是系統(tǒng)的某個(gè)行為，例如校驗(yàn)運(yùn)行記錄。

4. 信息整合有限——任何一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室中操作一種以上軟件的分析者均會(huì)遇到類似的問題，比如在軟件系統(tǒng)之間及設(shè)備與軟件之間缺乏整合。恰當(dāng)?shù)男畔⒄象w系具有兩個(gè)突出的優(yōu)勢(shì)：信息只保存在一個(gè)地方，并且無論何時(shí)何地都可以被立即獲取。

這四個(gè)主要難題往往使流程控制喪失自動(dòng)化。如果不將分析者的決策權(quán)解除，而系統(tǒng)之間又沒有得以集成，自動(dòng)化工作流程控制的實(shí)現(xiàn)將面臨挑戰(zhàn)。

1 iLAB的描述

iLAB系統(tǒng)配置如圖1所示。圖1中各模塊均是主要的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用系統(tǒng)，例如實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)、電子實(shí)驗(yàn)記錄本(ELN)、儀器軟件等。它們各自實(shí)施特定的功能，且獨(dú)立運(yùn)行。

每個(gè)應(yīng)用模塊與其他應(yīng)用模塊之間利用實(shí)時(shí)整合層來完成交互連接，而非線性連接。這在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中極為關(guān)鍵。無論何時(shí)何地，任何應(yīng)用模塊中的任何信息均可被其他應(yīng)用模塊獲取。如果ELN需要關(guān)于儀器校準(zhǔn)的信息，通過實(shí)時(shí)整合層便可從校準(zhǔn)應(yīng)用模塊中輕松獲得。

上文提到的實(shí)時(shí)整合層，是一種工作流程控制層，可以從所有應(yīng)用模塊中獲取信息，并利用業(yè)務(wù)規(guī)則最大限度地控制工作流。如果一臺(tái)設(shè)備停止運(yùn)行，整合層將實(shí)時(shí)地重新調(diào)整，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)找到最佳的解決途徑。

由于實(shí)時(shí)整合和工作流程控制在iLAB的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，下文將對(duì)它們分別進(jìn)行討論。

1.1 實(shí)時(shí)整合

實(shí)時(shí)整合意味著無論何時(shí)何地，所需要的信息都可以被及時(shí)獲取。系統(tǒng)可以因此執(zhí)行多個(gè)自動(dòng)化校驗(yàn)過程來避免錯(cuò)誤的產(chǎn)生，同時(shí)替用戶做出決定。

數(shù)據(jù)和事件可以被實(shí)時(shí)、自動(dòng)地校驗(yàn)。每個(gè)新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)依次被評(píng)估、核對(duì)、最后保存到正確的位置。而本次事件只有被回顧和核對(duì)后，才可以繼續(xù)發(fā)動(dòng)后續(xù)事件。由于對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)而言，將信息存放在多個(gè)位置極為不利，所以在iLAB系統(tǒng)中數(shù)據(jù)將只保存在一個(gè)正確的位置。

1.2 工作流程控制

一個(gè)事件會(huì)自動(dòng)引發(fā)其他事件。它們之中的一部分需要分析者來完成，而另一部分將自動(dòng)運(yùn)行。由于一些事件可能會(huì)影響當(dāng)前的進(jìn)度，這將使得接下來的事件被重新安排。例如，在iLAB中選擇一個(gè)平衡將自動(dòng)觸發(fā)以下一系列事件：

檢查校準(zhǔn)

檢查平衡是否適當(dāng)

檢查運(yùn)行記錄

將平衡的使用記入儀器記錄簿重新獲得校準(zhǔn)信息

重新獲得指導(dǎo)性的SOP

在這個(gè)例子中，選擇一個(gè)平衡的單一事件觸發(fā)了多達(dá)5個(gè)應(yīng)用模塊之間的相互作用。

2 Nexxis iLAB 的描述

Nexxis iLAB (Labtronics Inc., Guelph, Ontario, Canada)為iLAB提供了一定的附加功能(見圖2)。這些將在下文中進(jìn)行介紹。

2.1 即插即用的應(yīng)用系統(tǒng)

應(yīng)用模塊與實(shí)時(shí)整合層連接的設(shè)計(jì)對(duì)于iLAB最佳應(yīng)用選擇功能的發(fā)揮是必不可少的。Labtronics開發(fā)了一套應(yīng)用運(yùn)行界面(API)標(biāo)準(zhǔn)用于應(yīng)用模塊與整合層之間的信息交流。這表明應(yīng)用模塊之間是可以互換的。例如，Nexxis科學(xué)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(SDMS)可以被NuGenesis(Waters Corp.，Milford，MA)或者Open-LAB ECM(Agilent Technologies, Palo Alto, CA)所替代卻不喪失任何功能(圖3)。由于API針對(duì)SDMS的設(shè)計(jì)與其他應(yīng)用模塊完全相同，使得將一個(gè)應(yīng)用模塊替換為另一個(gè)僅需要一個(gè)簡(jiǎn)單的屏幕配置。一旦配置完成，實(shí)時(shí)整合層便無法分辨是哪一個(gè)SDMS被連接。

Nexxis iLAB API非常通用，目前已獲廣泛應(yīng)用的文件系統(tǒng)都可以被用來替代SDMS。這種即插即用的特點(diǎn)對(duì)于將iLAB應(yīng)用于一個(gè)已存在信息化系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室來說很重要，因?yàn)樗恍枰鼡Q任何現(xiàn)有系統(tǒng)。

2.2 開箱即用配置

目前大量的Nexxis iLAB都可以提供簡(jiǎn)單配置用以代替腳本和編程定制方案。例如，Nexxis ELN中的ReDITM技術(shù)允許用戶使用單擊拖動(dòng)功能來產(chǎn)生自動(dòng)化工作列表。將ELN工作表與儀器校準(zhǔn)信息、運(yùn)行記錄、儀器記錄簿相連接只需要利用簡(jiǎn)單的配置便可在一到兩分鐘內(nèi)完成。而與現(xiàn)有LIMS的連接則是通過標(biāo)準(zhǔn)的單屏配置的LIMS模塊來完成。

3 小結(jié)

iLAB是一種新型的實(shí)驗(yàn)室信息化系統(tǒng)，它是通過實(shí)時(shí)整合層和工作流程控制來解決當(dāng)今實(shí)驗(yàn)室信息化過程中面臨的四個(gè)主要問題：1)缺乏用戶的實(shí)時(shí)控制；2)工作流程管理有限；3)大部分過程由人驅(qū)動(dòng)或者文件驅(qū)動(dòng)，而不是事件驅(qū)動(dòng)；4)信息整合有限。通過這些問題的解決，iLAB將LIMS與其他現(xiàn)有體系集成至一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)當(dāng)中，從而提高了它們各自的價(jià)值。而在這個(gè)系統(tǒng)中：

不論何時(shí)何地，所有的數(shù)據(jù)均可被實(shí)時(shí)獲取。

數(shù)據(jù)和事件一旦發(fā)生便即時(shí)生效。

錯(cuò)誤可以被避免——例如，iLAB可以執(zhí)行操作，并且在運(yùn)行結(jié)束后避免分析者的任何操作，而不是簡(jiǎn)單的跟蹤運(yùn)行記錄。

程序被高度控制以確保它們的正確運(yùn)行。

資源被實(shí)時(shí)處理——化學(xué)試劑的有效期總是當(dāng)前，且儀器總是被實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。

這樣一種iLAB環(huán)境有利于簡(jiǎn)化核實(shí)過程和加快產(chǎn)品發(fā)布。