實驗室實現智能、數位化管理面臨的困難

2020-09-03 小析姐

數位化實驗室主要通過實驗室數據的數位化、儀器設備與IT系統的聯網來實現。實現實驗室數據的數位化是實驗室日常工作中一個嚴峻挑戰。目前已經有許多不同類型的電子實驗室記錄(ELNs)和實驗室信息管理系統(LIMS)可供使用，但不是所有的實驗室都使用統一的系統管理數位化文件。

數位化實驗室面臨的困難

一、儀器設備聯網問題

大家都知道，在實驗室中，儀器設備都算是實驗室的數據採集設備，它們可以記錄、生成大量數據。這些數據常常都被保存在聯網的計算機中，如果沒有聯網接口的話，可以保存在網絡驅動器中。因不同工作組之間面臨分散式的設備配置帶來的問題，因此限制了數據暢通無阻的傳輸，即使使用U盤也很難自動把儀器的結果數據與實驗室報告文檔數據建立起一一對應的聯繫。

許多實驗室數據和信息都被存儲在本地的資料庫中，更多的是記錄在紙張報告、記錄表中，被分散在一個個文件夾中，這都使得它們不能用於大數據分析。實驗室中大數據的應用大數據的應用條件的基礎，就是要把實驗室中所有的數據都保存在統一的數位化平臺上。在平臺上允許對所有數據進行分類，而且還有統一的、結構化的數據採集過程，從而能夠在過程層面上對數據進行比較。

二、建立標準的設備數據連接

目前，有很多案例都表明可以實現對實驗室各儀器設備間的連接。然而，這種連接要實現會比較複雜，並且成本比較高。在未來，實驗室儀器設備可能會實現即開即用的連接。把數位化實驗記錄集成到與實驗室自動化標準兼容的過程管理系統中，就能極大簡化實驗室儀器設備的常規連接。

但這必要的方案就是制定統一的連接協議標準，有了標準才能將在儀器設備上檢測的數據和填寫的數位化實驗記錄之間建立起相互關聯。這一標準的目的是建立一個基礎平臺，並能夠最大限度地看清基礎平臺中保存的數據。當過去的數據自動地應用在新過程優化中時，集成、靈活的實驗室在使用過程中變得易如反掌了，這才可以說是真正實現了大數據應用。

如何實驗室數字數實驗室

某些移動輸入設備，例如，平板電腦和智慧型手機的發展都有利於數位化系統的應用和推廣。許多實驗室都會使用數據格式完全不同的數據，例如，Word、Excel、PDF和圖像格式的通用數據格式，也常常要用到一些特殊格式的數據。　

一、實驗室數據的數位化

為了能夠在更大範圍內使用這些數據，根據數據產生的過程來管理組織數據很有必要。圖像數據和其他格式的數據相互比較，無需把所有的圖譜並排進行對比，只把具有可比性的譜圖文件相互比較就可以了，要利用大數據首先要解決小數據的問題，但大多數實驗室都存在的難題是小數據太多卻難以關聯。

在利用大數據的過程中，首先要制定標準，利用制定的標準可以把實驗過程中的數據輕鬆的匯總到一起，進行整理分類，實現相互比較。但迄今為止還沒有能夠將跨學科實驗室數據進行格式的統一。

二、儀器設備與IT系統的聯網

實驗設備和檢測儀器都算是實驗室的數據採集設備，它們可以記錄、生成大量數據。這些數據常常都被保存在聯網的計算機中，沒有聯網接口的話，可以保存在網絡驅動器中。因不同工作組之間面臨分散式的設備配置帶來的問題，因此限制了數據暢通無阻的傳輸，即使使用U盤也很難自動把儀器的結果數據與實驗室報告文檔數據建立起一一對應的聯繫。

為了填補實驗室儀器設備與IT系統間的空白，儀器設備製造商、實驗室用品生產廠、科研機構和製藥企業合作成立了一個名為「SiLA快速集成」的國際性組織，制定了實驗室儀器設備控制的統一標準。這一標準的目的是不同生產廠家生產的設備有著統一的接口，即所謂的PMS過程管理系統接口。這一PMS過程管理系統接口可以通過網絡伺服器或者經網際網路的安全連接來登錄、訪問。

這樣一來，同一實驗室的工作者就可以在不同的計算機上通過登錄訪問網絡，登錄的計算機可以是在同一大樓內的不同計算機，也可以是另一個地區的任一計算機，登錄後可以任意訪問一臺儀器設備，進行過程參數的輸入，同時接收設備數據。在自動化控制環境中，還可以對整個檢測過程或文件錄入過程進行遠程遙控或監控。

SiLA實驗室的自動化標準中有用以集成各儀器設備的不同途徑。例如，通過與SiLA實驗室自動化兼容的驅動器，它能把不符合標準規定的設備通訊納入到網絡伺服器的管理之中。SiLA接口轉換器能夠為儀器操作提供一個兼容的平臺，經網絡伺服器與過程管理系統建立通訊。在方案裡，SILA兼容平臺通過網絡伺服器把第三方與過程管理系統連接起來，有助於各種設備的兼容，並能把實驗室中已經安裝的儀器設備與實驗室中的IT網系統連接起來。

三、數據設備連接標準的建立

很多成功的案例都表明可以實現實驗室各儀器設備間的連接，然而，數位化試驗記錄、實驗室管理系統LIMS之間的連接，但這種連接常常是複雜的，且成本高。在未來，或許實驗室儀器設備可以實現即開即用的連接。把數位化實驗記錄集成到與實驗室自動化標準SiLA兼容的過程管理系統中，正如弗勞恩霍夫研究所協會與Labfolder公司合作開發的方案那樣，可以極大地簡化大量實驗室儀器設備的常規連接。

必要的方案就是制定統一的連接協議標準，有了標準才能將在儀器設備上檢測的數據和填寫的數位化實驗記錄之間建立起相互關聯。這一標準的目的是建立一個基礎平臺，並能夠最大限度地看清基礎平臺中保存的數據。當過去的數據自動地應用在新過程優化中時，集成、靈活的實驗室在使用過程中變得易如反掌了，這才可以說是真正實現了大數據應用。

（內容來源：為樂信息科技 由小析姐整理編輯）


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