殷 杰

（中煤科工集團(tuán)上海研究院有限公司，上海 204101）

檢測實驗室組織結(jié)構(gòu)和崗位設(shè)置優(yōu)化設(shè)計

殷 杰

（中煤科工集團(tuán)上海研究院有限公司，上海 204101）

雖然目前對實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS）研究較多，但是其目的主要是方便管理者了解檢驗的完成情況，涉及到實驗室管理改善等具體變革改善的研究不夠深入，對實驗室的檢驗工作這一主要職能的促進(jìn)作用比較有限。從檢測實驗室的組織結(jié)構(gòu)有序度、崗位設(shè)置和檢驗調(diào)度問題兩方面進(jìn)行有針對性地分析，提出優(yōu)化設(shè)計方案。方案的實施離不開LIMS系統(tǒng)的支持，也是LIMS實施過程中需要解決的體制和機(jī)制問題。

實驗室信息管理系統(tǒng)；組織結(jié)構(gòu)；檢驗調(diào)度；優(yōu)化設(shè)計

1 引言

雖然目前對實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS）研究較多，但是其目的主要是方便管理者了解檢驗的完成情況，停留在質(zhì)量體系管理或數(shù)據(jù)/報告自動生成等軟件方面，涉及到實驗室管理改善等具體變革改善的研究不夠深入，對實驗室的檢驗工作這一主要職能的促進(jìn)作用比較有限。檢驗管理才是實驗室管理的根基，檢驗的安排和檢驗員的崗位管理至關(guān)重要。文中從檢測實驗室的組織結(jié)構(gòu)有序度、崗位設(shè)置和檢驗調(diào)度問題兩方面進(jìn)行有針對性地分析，提出改善方案，與讀者分享。

2 檢測實驗室組織結(jié)構(gòu)有序度優(yōu)化

2.1 組織結(jié)構(gòu)有序度簡介

通常組織結(jié)構(gòu)有序度可以描述為[1］：

其中H表示結(jié)構(gòu)熵，Hm為系統(tǒng)最大熵，R越大，組織結(jié)構(gòu)有序度越高。

組織結(jié)構(gòu)有序度通常由代表信息流通時效性方面的時效有序度和代表信息流通準(zhǔn)確性方面的質(zhì)量有序度組成，主要有以下幾種表達(dá)方式：

權(quán)重系數(shù)α β， 一般取0.5。R1為時效,用來表示組織在信息流通時效性方面的時效有序度，R2為質(zhì)量，表示組織在信息流通準(zhǔn)確性方面的質(zhì)量有序度組成。組織結(jié)構(gòu)有序度越高,組織的效率就越高。

組織結(jié)構(gòu)的時效可以表示為：

組織結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可以表示為：

2.2 檢測實驗室組織結(jié)構(gòu)有序度改善

通常檢測實驗室的組織結(jié)構(gòu)可以歸納為金字塔型組織結(jié)構(gòu)。圖1是較為常見的檢測實驗室金字塔型組織結(jié)構(gòu)，其拓?fù)鋱D為圖2。1代表中心領(lǐng)導(dǎo)層，2代表業(yè)務(wù)辦公室，3代表技術(shù)管理部。456代表3個所及其辦公室，7～13代表下屬的7個檢驗室。省略了與檢驗業(yè)務(wù)無直接關(guān)系的綜合辦公室，資產(chǎn)財務(wù)部，檢測技術(shù)研究所3個部門。圖中共有13個元素，其中“①”表示系統(tǒng)的第1個元素，“——”表示元素與元素之間具有直接信息流，即聯(lián)系。

圖1 金字塔型組織結(jié)構(gòu)圖

圖2 金字塔型組織結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

筆者根據(jù)扁平化和矩陣式理論，簡化了組織結(jié)構(gòu)見圖3，對應(yīng)的業(yè)務(wù)關(guān)系見圖4，對應(yīng)的拓?fù)鋱D見圖5。

圖3 矩陣式扁平化組織結(jié)構(gòu)圖

圖4 業(yè)務(wù)關(guān)系圖

圖5 扁平化組織結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

經(jīng)過式（式1～6）的計算，比較金字塔型組織結(jié)構(gòu)和矩陣式組織結(jié)構(gòu)的有序度（見表1），后者都優(yōu)于前者。

表1 組織結(jié)構(gòu)有序度計算表

由此可見，由中心領(lǐng)導(dǎo)層直接領(lǐng)導(dǎo)3個檢測檢驗所，業(yè)務(wù)辦公室和技術(shù)管理部協(xié)同的矩陣式扁平化組織結(jié)構(gòu)更加科學(xué)高效，具有明顯優(yōu)勢，由此產(chǎn)生的管理負(fù)擔(dān)可以通過LIMS系統(tǒng)等方式彌補。實現(xiàn)以上組織機(jī)構(gòu)變革的同時，將綜合辦公室、業(yè)務(wù)辦公室、技術(shù)管理部等職能部門的部分人員調(diào)整到檢驗室，補充基層檢驗人員數(shù)量，一舉多得。

3 崗位設(shè)置和檢驗調(diào)度問題優(yōu)化

3.1 問題歸納

檢驗實驗室的工作內(nèi)容不僅限于簡單的數(shù)據(jù)測試和試驗結(jié)果匯總等例行檢驗工作，往往還承擔(dān)圖紙和技術(shù)審查等型式檢驗工作。為了保證公正性通常要求實驗過程要有兩名檢驗員在場，通常實行以產(chǎn)品為對象的產(chǎn)品負(fù)責(zé)人制度（檢驗室的基層員工大都定崗為產(chǎn)品負(fù)責(zé)人），其工作職責(zé)如圖6所示。產(chǎn)品的檢驗任務(wù)分配給一個產(chǎn)品負(fù)責(zé)人后，由其全權(quán)負(fù)責(zé)隨后的檢驗事項，一方面要對該產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)審查并參與檢驗，另一方面還要找其他同事監(jiān)督試驗過程（如圖7所示）。為了完成檢驗任務(wù)1，產(chǎn)品負(fù)責(zé)人1可以在g-1個候選人中任意選擇1個，即有g(shù)-1種選擇。以此類推，當(dāng)全部完成m項檢驗，產(chǎn)品負(fù)責(zé)人1在 g個候選人中進(jìn)行了（g-1）m次選擇，然而這種選擇還可以是固定搭檔的偽選擇（圖8）。這種要求產(chǎn)品負(fù)責(zé)人同時負(fù)責(zé)大量技術(shù)審查和檢驗任務(wù)，并且控制其流程的混連工作就是檢驗調(diào)度問題，當(dāng)其超過一定規(guī)模是就會超出常人的統(tǒng)籌能力，太多的無序性匯聚最終會導(dǎo)致混亂。此外由于整個工作量和協(xié)調(diào)難度都很大，往往容易受到來自各方面的影響，僅依靠個人能力和自律性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，相應(yīng)的監(jiān)管制度也有待完善。筆者將單個檢驗項目與整體檢驗任務(wù)之間的相互關(guān)系歸納為圖9。由此可見，檢驗調(diào)度問題涉及樣品、試驗臺位、檢驗時間、檢驗人員四項資源的最優(yōu)安排，而無特定的檢驗順序約束，類似于開放式車間調(diào)度問題（Open Shop Scheduling Problem,OSSP）。

圖6 產(chǎn)品負(fù)責(zé)人的職責(zé)

圖7 產(chǎn)品負(fù)責(zé)人的工作

圖8 檢驗工作的非正常組合

圖9 單個檢驗項目模型

一般的多目標(biāo)優(yōu)化問題，可以大致歸結(jié)為F個可能互相沖突的目標(biāo)和G個可能相互制約的約束，因此這類問題的求解往往比較復(fù)雜，數(shù)學(xué)上一般的優(yōu)化問題均可表示為[4］：

3.2 改善研究

3.2.1 利用視頻監(jiān)控

產(chǎn)品負(fù)責(zé)人制度中另一名檢驗員的選擇使得該調(diào)度問題的求解范圍和難度大大增加。目前視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)非常成熟，利用視頻錄像可以監(jiān)控實驗的全過程，因此實驗可以由一名檢驗員獨立完成，省去了選擇另一名檢驗員的步驟。因此筆者對原檢驗調(diào)度問題進(jìn)行了簡化，描述為：已知n個樣品，g-1個檢驗員，每個檢驗樣品要在m個試驗臺位上接受一個檢驗員之一的檢驗，檢驗順序無要求。某一時刻某一樣品最多只能在一個試驗臺位上接受一個檢驗員的檢驗，任意檢驗員和試驗臺位最多只能檢驗一個樣品[5］。

對于簡化后的檢驗調(diào)度問題描述，前人已經(jīng)歸納提煉了經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型：

約束條件：（從略…）。

由于該問題已經(jīng)被證明是NP-hard問題[6］，缺少行之有效的解決方法，在實際OSSP問題研究中常用的方法有精確算法，啟發(fā)式算法，智能優(yōu)化算法等等，此處不展開論述。

3.2.2 固定檢驗員崗位

張志英指出：由于空間調(diào)度問題的復(fù)雜性和NP-hard特性，對于大規(guī)模問題幾乎不可能利用運籌學(xué)方法建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化求解，目前只能從縮小問題規(guī)模和降低求解難度兩個方面進(jìn)行探索[7］。筆者研究和查閱了關(guān)于類似問題的多篇文獻(xiàn)[8～11］，發(fā)現(xiàn)隨著調(diào)度資源規(guī)模的增大，一方面檢驗員穿梭在趕往各個試驗臺位的路上，有一定的時間損耗。另一方面檢驗員在一個實驗臺位上的時間逐漸增加，即一段時間內(nèi)只做一種實驗。何克清等人提出了RGPS關(guān)聯(lián)元模型理論[12］，受此啟發(fā)，筆者想到將檢驗員的角色固定下來可以減少一個系統(tǒng)變量，該檢驗調(diào)度問題可以簡化為試驗臺位與檢驗時間投影所構(gòu)成的二維平面問題，求解難度隨之降低。具體實施方案是將人員劃分成縱向的技術(shù)審查員和橫向的檢驗員兩類，使前文模型中的試驗臺位與進(jìn)行操作的檢驗員合并成一個角色，筆者稱之為崗位負(fù)責(zé)人制度。崗位負(fù)責(zé)制度的角色關(guān)系見圖10，崗位負(fù)責(zé)制度下的檢驗工作一般組合如圖11所示。

圖10 崗位負(fù)責(zé)人的角色關(guān)系

圖11 檢驗工作的一般組合

3.2.3 流程優(yōu)化

各個實驗室主任收到委托檢驗任務(wù)后，先分配給技術(shù)審查員，待技術(shù)審查員參照標(biāo)準(zhǔn)審查完畢后，提交相關(guān)的檢驗預(yù)約申請，經(jīng)實驗室主任批準(zhǔn)后，告知檢驗員按照批準(zhǔn)的檢驗任務(wù)，在指定的時間地點領(lǐng)取樣品進(jìn)行相關(guān)檢驗，檢驗員負(fù)責(zé)各自的試驗臺位和檢驗項目具體操作，按照檢驗申請和標(biāo)準(zhǔn)，獨立完成各自負(fù)責(zé)的檢驗項目及記錄等后續(xù)工作。最后將數(shù)據(jù)和結(jié)果等提交給技術(shù)審查員。如果某一產(chǎn)品的檢驗流程需要經(jīng)過m項檢驗，那么：為了完成檢驗任務(wù)1，產(chǎn)品負(fù)責(zé)人1只需要提交需要檢驗任務(wù)1的申請，相關(guān)的檢驗員原則上就已經(jīng)確定了。這種檢驗員與相對固定的崗位負(fù)責(zé)人模式有利于降低由于操作人員變更帶來的影響，減小不確定度，提高置信水平，保證檢驗的公正、公開、公平。當(dāng)某檢驗員請假等特殊情況發(fā)生時，可以短暫等待或者安排經(jīng)過專項培訓(xùn)的替補檢驗員進(jìn)行檢驗，不至于拖延檢驗周期，該項改善的實可以通過LIMS系統(tǒng)等方法實施。據(jù)統(tǒng)計，改善后的平均檢驗周期比原平均檢驗周期有較為明顯的縮短。

4 結(jié)語

文中運用基礎(chǔ)IE的相關(guān)理論，設(shè)計了適合檢測實驗室的矩陣式扁平化組織結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了人員結(jié)構(gòu)，提高管理效率。分析了檢驗調(diào)度和崗位設(shè)置問題，明確了兩者之間的辯證關(guān)系。總結(jié)簡化了檢驗調(diào)度問題的數(shù)學(xué)模型，分析闡述了項目負(fù)責(zé)人制度的弊端，結(jié)合RGPS思想，設(shè)計出崗位負(fù)責(zé)人制度，縮短了檢驗周期。以上方案的順利實施離不開LIMS系統(tǒng)的支持，也是LIMS系統(tǒng)實施過程中需要解決的體制和機(jī)制問題，兩者相輔相成。

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Optimizing design of the organization structure and inspection schedule in testing laboratory

YIN Jie
(China Coal Technology & Engineering Group Shanghai Research Institute, Shanghai 201401,Shanghai, China)

There are lots of study on the laboratory information management system (LIMS), but they are aim to facilitate the leader management the test of lab, research about the improvement of laboratory management and reform is not deeply enough, and the benefi t for the test of laboratory is limited. Analyzing the organization structure, job position and inspection schedule problems,giving out the optimized design scheme. The implementation of the scheme above need the help of LIMS to carried on, and vice versa, LIMS need the reform to mange all of the business.

Laboratory information management system; Organization structure; Inspection schedule; Optimizing design

2015-12-30

殷 杰，男，中煤科工集團(tuán)上海研究院有限公司，工程師