实验室管理系统论文

实验室资源管理系统
摘要
验室信息管理系统是将实验室的分析仪器通过计算机网络连起来，采用科学的管理思想和先进的数据库技术，实现以实验室为核心的整体环境的全方位管理。

它集样品管理，资源管理，事务管理，网络管理，数据管理(采集、传输、处理、输出、发布)，报表管理等诸多模块为一体，组成一套完整的实验室综合管理和产品质量监控体系，既能满足外部的日常管理要求，又能保证实验室分析数据的严格管理和控制。

以一个实例简要介绍实验室信息管理系统（LIMS）的产生、发展、企业LIMS的作用，以及建立LIMS系统的基本设计思路
【关键词】：实验室、信息管理系统、LIMS
Abstract
LaboratoryInformationManagementSystem links the laboratory analytic instruments through the computer network,and uses the science of management concept and the advanced data bank technology to realize to take the laboratory as the core overall environment omni-directional management. It connects the sample management, the resource management, the business management, the network management, the data management (gathering, transmission, processing, output, issue), the report form management and so on as a body, composing a set of complete laboratory integrated management and the product quality monitoring system. It not only can satisfy the exterior current management request but also guarantee to analysis and control laboratory data strictly . Development and designing way of LIMS inplant-labora to rsare introduced in this article。

【Key Words】:LIMS、Laboratory、InformationManagementSystem
目录
第一章绪论 (6)
1.2本课题的目的与意义 (10)
第二章系统设计方案的研究 (11)
2.1开发环境 (11)
1.3.1 性能需求 (13)
1.3.2技术路线 (14)
1.4M ICROSOFT.N ET技术框架 (15)
1.5XML技术 (16)
1.6 WEB SERVICES技术 (17)
1.7多层技术框架 (17)
1.8性能需求 (19)
1.9硬件的限制 (19)
1.10安全性 (20)
1.11可维护性 (20)
1.12可转移/转换性 (20)
1.13数据库 (20)
1.14操作 (21)
1.15场合适应性需求 (21)
系统总体设计 (23)
1.16体系结构设计 (23)
1.16.1 系统分解与设计 (23)
1.17系统数据库结构设计 (24)
1.17.1 数据结构与程序的关系 (27)
1.18用户界面设计 (28)
1.19模块设计 (29)
1.19.1 模块设计 (30)
第三章系统的总体设计 (31)
3.1系统模块分析 (31)
3.2系统设计思别 (32)
3.3数据库分析与设计 (32)
第四章系统的实现和关键技术 (35)
4.1系统总体方案的设计与实施 (35)
4.2重点功能模块介绍 (38)
5 总结 (38)
致谢 (39)
参考文献 (40)
第一章绪论
1.1课题背景
企业、学校与社会上的各种设备、信息等资源管理大都采用传统的方式，在此方式下，在日常的工作中至少要经过很多人力及很多步骤。

显然，随着企业、学校与社会上的各种设备、信息等资源不断增加，使得这种管理的工作量越来越大，而且十分烦琐和非常容易出错的事情，可以说传统的管理方式已经不能适应目前的需要。

随着计算机应用的迅猛发展，网络应用不断扩大，人们迫切要求利用计算机网络技术来进行在线管理。

除了可以大幅度提高人工效率和安全性之外，基于WEB的管理系统还可以自动分配各种设备、信息等资源、同时存档，有效地避免资源的浪费，有利于环保，减少人员，减轻负担，提高效率。

计算机技术的进步，促使现代工业技术在快速发展，随着科研和生产技术的不断发展，企业的检验技术也从手工分析发展到仪器分析，检验项目大量增加，对数据的准确性和报出时间的要求越来越严格，数据处理量急速增加，原来的人工管理模式在这种形式下已显得不太适应，使用计算机完成数据的收集、分析和处理的管理手段应运而生。

在这一背景下，实验室信息管理系统（LIMS）开始出现，并在实际应用中得到了快速发展，成为一项崭新的实验室管理与应用技术。

系统自动进行数
据审核和超标数据监测、提高分析数据的准确性；工作效率大为提高；降低实验室成本消耗；通过对大量样品数据的综合统计分析，可以清楚地观察到数据的变化趋势、有效监测产品质量，为解决出现不合格生产产品及生产工艺变化提供科学依据。

借助计算机技术，实验室内部实现网络化全面管理，实现管理和检验工作的有效监督管理，提高整体工作水平。

1.2实验室信息管理系统（LIMS）简介
LIMS（LaboratoryInformationManagementSystem），它是指通过计算机网络将实验室的分析仪器连起来，通过建立以实验室为中心的分布式管理体系，根据科学的实验室管理理论和计算机数据库技术，建立完善的质量保证体系，实现检验数据网络化共享、无纸化记录与办公、资源与成本管理、人员量化考核，为实验室管理水平的整体提高和实验室的全面管理提供先进的技术支持。

LIMS技术应用比较广泛，适用于各行业的分析测试实验室，作为成熟的产品在许多发达国家已经得到了广泛的推广与应用。

专业单位设计、功能全面的LIMS软件在国内部分比较大的石化行业和地质行业的检测实验室已经有实际应用，而根据自己的实际特点自行开发设计的、具备简单数据管理功能的小型LIMS软件，也早已在各单位的实验室得到了大量应用。

1.3实验室信息管理系统（LIMS）简介
LIMS的分类：
根据其功能，LIMS一般可以分为两大类：
第一类：纯粹数据管理型
这类的LIMS软件主要功能一般包括：数据采集、传输、存贮、处理、数理统计分析、数据合格与否的自动判定、输出与发布、报表管理、网络管理等模块。

这些功能满足了实验室检验工作的基本需要，功能比较单一，因而计算机网络结构一般比较简单，但比较容易实现，投资比较少，设计好后，一般可以在较长的时间里不需要对网络软硬件进行改变。

实验室可以不配备或是配备比较少的计算机网络与数据库维护人员。

在计算机应用广泛普及的今天，许多单位自己就可以设计这种软件。

第二类：实验室全面管理型
除了第一类的功能外，这类LIMS软件与网络一般还可以增加：样品管理、资源（材料、设备、备品备件、固定资产管理等）管理、事务（如工作量统计与工资奖金管理、文件资料和档案管理）管理等模块，组成一套完整的实验室综合管理体系和检验工作质量监控体系，除了能够实现对检验数据严格管理和控制外，还能够满足实验室的日常管理要求，功能比较全面，网络结构相应要复杂一些，实现起来要困难一些，投资比较大，而且，往往需要专业单位与实验室合作开发设计。

另外，由于实验室的机构设置、职责、管理思路和其他特点可能会随着时间的改变而发生变化，可能需要经常对网络软硬件进行改变。

因此，实验室一般需要配备专业的维护与再开发技术力量。

如果所用软件与网络结构是其他单位帮助设计，则可能需要支出较多的资金。

目前，国际上和国内都有此类商业软件销售。

相对而言，国内软件开发商在软件的设计上与国外技术相比还有些差距。

在一些国内专业刊物上有相关软件介绍.
LIMS技术的发展
LIMS发展至今，大体经历了以下以个阶段
1、雏形期：60年代末期-70年代初期
这一时期是LIMS设计思想的产生时期，实验室的数据管理仍然停留在手工记录阶段。

2、商品化时期：70年代中期-80年代末期
这一时期的LIMS系统操作一般集中在中心计算机上完成，可以实现一般的数据管理与统计分析功能，数据处理能力比较小，手工处理的工作量仍然比较大，其它功能还没有实现。

这个时代的计算机语言和网络技术还不够发达，计算机的价格比较昂贵，需要专业的技术人员编写与维护程序。

3、功能完善时期：80年代末期-90年代中后期
伴随着这一时期计算机技术的飞速发展，LIMS技术进入一个崭新的发展时期。

此时，计算机（PC机）价格开始大幅度下降、而性能却大幅度提高，基于第三方的关系型数据库技术与网络技术已经成熟，系统一般采用PC作为数据终端，网络体系的建立比较容易。

C/S 构架的数据管理模式成为主流，数据处理能力大大提高。

由于实验室规模一般都不大，随着MSWindows、WindowsNT操作系统的兴起，基于该平台开发的LIMS开始流行，LIMS开始从DOS平台、UNIX 平台逐步过渡到Windows、Windows NT平台，这个时期的产品一般都具有良好的用户界面，操作比较简单，功能比较全面，性能价格比较好，吸引了越来越多的用户。

由于新一代数据库和面向对象设计软件的大量涌现，通过简单学习，一般技术人员也可以象专业技术人员一样采用面向对象编程技术简单设计数据管理软件、建设结构简单的网络。

4、网络化产品的兴起：90年代后期-21世纪
90年代后期，Internet技术以令人不可思议的速度飞速发展，各行业均被卷入了互联网的大潮之中，网络技术的应用遍及各种工业技术当中。

新一代的数据库设计与网络设计都或多或少带上了Internet的特点。

采用Internet、Intranet和Web技术的LIMS开始出现，普遍采用了统一的浏览器界面和以Web服务器为中心的分布式管理体系，使用极其方便，数据的共享和发布更为简单，功能更为全面，软件的二次开发更为容易，这些最新的计算机网络技术在LIMS系统中的应用，代表了今后LIMS技术的发展方向。

LIMS的设计特点
适应现代化企业的的实验室必须要建立起完备的质量管理体
系，因而需要一套科学的LIMS软件，它应既能满足目前的业务
状况，又能适应未来不断增长业务需求，具有灵活的可扩充性。

因此，大规模的LIMS软件技术，往往要在经验丰富的实验室管
理人员的协助下，集多位计算机专业人员共同开发设计而成。

根据国内外优秀的LIMS技术应用的成功经验，可以总结设计
的LIMS具备以下几个最基本特点：
u技术上具有先进性、高效性、实用性、安全性；
u数据管理功能完善，数据的采集、处理、发布过程中不会出现数据丢失、改变的问题；
u界面友好，操作简便，使用Web数据库技术和统一的浏览器
界面；
u自动化程度高，网络结构设计简单；
u模块化设计，易于扩充功能；
u符合ISO/IEC导则25的规范要求，符合实验室管理特点；
u投资少，最大限度保护用户的投资；
u产品设计灵活，客户化周期短。

2 市场前景分析
1.2本课题的目的与意义
本课题的目的就是通过此管理系统的设计，了解现代实验室资源管理系统的各方面技术的实现，及了解有关最新实验技术。

第二章系统设计方案的研究
2.1 开发环境
系统开发环境的选择对于系统的建立来说至关重要，它将决定着系统开发工作量的大小，系统的性能特点以及系统今后的维护工作难易等。

因此在开发系统之前，根据对系统所采用的技术、实现功能的评估，在选择开发环境时，主要考虑以下几个因素：扩展性，总成本，功能，是否容易开发与管理，另外开放性和互操作性也是需要考虑的一个重要方面，因为该系统是运行在Internet上的，用户平台的差异决定了与其它系统的互操作性是不可避免的。

(1)硬件环境
系统基于.NET平台开发，其主要开发工具为Microsoft Visual Studio2008。

.NET
为全球著名软件公司Microsoft公司为新一代软件开发商提供的全新的开发平台，具
有安全、高效、便捷的特点。

利用Visual Studio2008可以很方便的进行桌面应用程序、Web应用程序、数据库、XML的开发，服务器：Windows IIS 5.0或Windows IIS 6.0。

应用程序采用多层开发模式，支持两种多计算机部署方案。

系统稳定、安全性高，维护成本低、适用型强，可支持多种客户端。

采用.NET平台打造新一代管理系统。

（客
户端-服务-服务器、Smart Client、动态加载、元数据）。

主要开发工具为：Visual Studio2008、Microsoft sql2000、PLSQLDev、Microsoft SharePoint Portal。

服务器支持：Windows98/Windows Me、Windows Server 2003、Windows Server 2000、Windows XP以及Vista操作系统。

(2)软件环境
①服务器端
A.平台软件
平台应该是建立易于开发、管理、扩充以及同开发标准兼容的解决方案的基础。

服务器端平台软件全部采用Microsoft的产品，便于维护和管理，同时系统设计中还应用了Microsoft的一些新技术，来提高系统的整体性能和效率。

操作系统采用Microsoft Windows 2003 Server。

Web服务器采用IIS6.0。

Web服务器从硬件角度上讲是Internet上保存Web页的计算机，从软件角度上讲是提供Web服务的服务程序。

Web服务器以及相应的浏览器技术的出现和商品化，为企业在网上发布信息和挖掘信息提供了强有力的工具。

现在由Internet上的众多Web服务器提供的超媒体数据连接服务也已迅猛发展。

Web服务器通过与对象技术相融合，正在逐步发展为能够自由挂接各种应用对象的Web应用服务器。

在此，我们主要从软件角度出发，选择适合于为该管理系统应用系统提供Web 服务的服务程序。

目前，较为常用的专用Web服务器主要有两种：IIS6.0和Java Web Server。

IIS的设计目标是提供适合性很强的Internet和Intranet服务器功能。

IIS具有极高的执行效率，出色的安全保密性，易于管理以及启动迅速等特点。

它既可以用于集成现有的应用方式，也可用于实时Web应用系统。

Java Web Server使用Java语言写成，故应用程序不用任何修改就可以从初级的服务器平台移植到功能强大的服务器平台。

Java Web Server以纯Java服务器组件为特色，实现了所谓“在一处设计编写，在任何地方运行”的目标。

与CGI批处理命令不同的是，Java Web Server与平台完全无关。

这两种Web服务器各有所长，但考虑到该管理系统需要具备较高的安全性能，对用户的请求必须在短时间内作出响应，因此选用了Windows IIS6.0作为系统的Web Server。

另外，作为IIS的另外一个重要组成部分，是一种与编译无关的应用开发环境，开发者可以采用任意自己喜欢的语言，而无需顾及编译系统，因此与Java Web Server相比，应用程序的开发工作量小。

Windows IIS 6.0中文版，支持.Net，可以很好的提高Web响应速度和处理速度。

因此，Web通过Windows IIS 6.0来发布，具有良好的稳定性，高可用性和运行时的可靠性。

浏览器采用Internet Explore6.0。

B.数据库系统
运行该管理系统需要处理大量的数据，而数据库系统是管理大量信息的仓库和引
擎。

SQL Server 2000数据库所具有的良好性能、可伸缩性，以及它与Windows 2003的紧密集成，使得它非常适合充当该管理系统的数据库。

因此在构建后台数据库时，采用了SQL Server 2000数据库系统软件，用以支持海量的数据存储以及多功能的数据查询。

将后台数据和HTML以及XML格式的数据结合在一起，从而大大提高了从服务器到最终用户的信息流速度。

1.3.1性能需求
技术的先进性：
系统应采用先进成熟的技术，以保证投资的有效性和延续性。

系统的稳定性要求
1.保证系统能够正常运作。

2.系统应能够7×24小时连续不断稳定工作。

3.软件版本升级或改进应在不影响业务的情况下进行，保证系统可
以稳定、平滑过渡。

系统可维护性
1.该系统应能使系统管理员集中方便地配置、监视、控制、诊断整
个系统，并且能够监视和控制用户情况、提高效率、消除隐患。

2.对于系统各功能模块的配置、控制、监视、诊断等工作能够通过
专用的系统管理工具方便的进行，无须进行专门的编码工作。

系统安全性
1.系统应保证信息的安全性，即保证此系统中的信息能够安全存储，
并有良好的数据备份和快速恢复方案。

2.采用严格的安全体系，保证数据在处理和传输全过程的安全性。

3.要保证系统能够正常运行，不被攻击破坏。

4.保证系统中的信息不被非授权访问，按组织结构划分操作人员的
操作权限。

且各种使用权限所能调用的应用软件模块可按要求自
由组合，由系统管理员统一配置。

5.当安全系统被破坏时，系统应自动提醒操作员，并检测出反常现
象，提供正确操作方法。

用户须列出系统所能提供的报警方式。

6.能够人工重新设置或启动系统，而且不会造成数据的丢失或损坏。

可扩充性
网络的成熟是一个逐步发展的过程，企业的需求也是不断在变化的，平台在制作完毕后随时可能会因为有了新的网络技术或企业有了新的需求而进行变动，因此平台在规划中一定要考虑到平台的可扩充性。

1.3.2技术路线
总体技术路线是：以复杂适应理论为指导，构件技术为核心，贯彻先进的软件开发过程管理模式，采用技术、产品、应用、服务相结合的方式，集成国际优秀的系统平台软件和应用平台软件，开发一套完备的信息化工程项目。

在技术实现上，系统基于技术框架、XML技术、Web Services技术进行建设，采用应用构件和可复用技术，面向系统整体需求，
分析系统内部的各要素如用户、数据、表现、权限等，针对各要素开发系列可自我管理、自我扩展的管理构件平台，并最终形成可集成、可搭建、可维护、可扩展、高安全、高性能、高质量的信息化系统。

数据流程程图
技术框架
技术框架是一个新的开发平台，它为局域网(LAN) 和Internet 上的分布式企业应用提供了一致和有效的支持。

该平台的关键特性包括：
统一的、语言无关的、面向对象开发环境，充分利用开发者已有的编程知识
无冲突软件部署，避免组件的版本冲突
丰富的可执行模式，与存储位置无关，组件可以在本地存储执行，或者远程存储本地执行，或者在Internet 上远程存储执行
安全代码执行，具有高级安全设置以满足现代组织的安全需求
Windows 和Web 应用程序具有统一的编程环境
通过在各自环境中高效的代码编译提升Windows 和Web 应用程序的执行性能
兼容的通信标准，确保.NET 应用程序可以与其它应用程序和其它平台的应用程序共存和集成
1.5XML技术
任何一项新技术的产生都是有其需求背景的，xml的诞生是在html遇到不可克服的困难之后，近年来，html在许多复杂的web应用中遇到了问题，要彻底解决这些问题，必须用功能强大的xml替代html作为web页面的书写工作。

xml有利于信息的表达和结构化组织，从而使数据搜索更有效；xml可以使用url别名是web的维护更方便，也是web的应用更稳定；xml可以使数据签名是web的应用更广阔得拓展到安全保密领域。

可以认为未来的web书写工具必定是xml。

而xml的广泛应用必然能推动web 的不断发展，从而开创web应用的新时代。

xml可以让信息提供者根据需要，自行定义标记及属性名，结构化地描述信息内容，因此赋予了应用软件强大的灵活性，为开发者和用户带来了许多好处。

1.6web services技术
Web services是为了让地理上分布在不同区域的计算机和设备一起工作，以便为用户提供各种各样的服务。

用户可以控制要获取信息的内容、时间、方式，而不必像现在这样在无数个信息孤岛中浏览，去寻找自己所需要的信息。

利用Web services，公司和个人能够迅速且廉价地通过外网向全球用户提供服务，建立全球范围的联系，在广泛的范围内寻找可能的合作伙伴。

随着Web服务技术的发展和运用，我们目前所进行的开发和使用应用程序的信息处理活动将过渡到开发和使用Web services。

将来，Web services将取代应用程序成为Web上的基本开发和应用实体。

Web services技术的应用集成是业务集成技术上的一次重要的变化，被认为是新一代的应用集成技术。

集成的对象是一个个的Web services或者是封装成Web services的业务处理。

1.7多层技术框架
为了满足系统在技术要求具有业务变化的适应性、高度的安全性、大容量数据存储处理等特点，因而在系统的技术框架中采用四层架构，利用中间件技术，把系统技术框架分为信息访问、表示逻辑、业务逻辑和数据资源四个层次（服务器端的三层结构）。

四层结构有利于软件维护及系统管理。

同时，将客户端与数据库隔离起来，客户端无权限直接访问数据库，有利于安全管理，可有效防止恶意攻击。

还可以利用中间件的安全管理特性进一步加强权限控制管理。

信息访问为第一层：包括办公人员各级用户使用台式机、便携电脑、手机、PDA等访问表示逻辑层，其中手机、PDA为系统以后的扩展功能（可以通过手机、PDA查询）。

表示逻辑为第二层：它的主要功能是实现用户交互和数据表示，为以后的处理收集数据，向第三层的业务逻辑请求调用核心服务处理，并显示处理结果。

业务逻辑为第三层：由大量的业务构件（组件）组成，这些构件由应用服务器管理，实现核心业务逻辑服务并将这些服务按名字广播，管理并接受客户的服务请求，向资源管理器提交数据操作请求，并将处理结果返回请求者——即客户或其他服务器。

数据资源为第四层：包括数据、视图、存储过程和各种文件（如多媒体文件）等，负责管理整个系统的数据资源，完成数据操作。

四层技术框架示意图如下所示：
四层技术框架示意图
1.8性能需求
从整体来说，本条应具体说明软件、或人与软件交互的静态或动态数值需求。

静态数值需求可能包括：
●支持的终端数；
●支持并行操作的用户数；
●处理的文卷和记录数；
●表和文卷的大小。

动态数值需求可能包括：欲处理的事务和任务的数量，以及在正常情况下和峰值工作条件下一定时间周期中处理的数据总量。

1.9硬件的限制
本项包括在各种硬件约束下运行的软件要求，例如，应该包括：
●硬件配置的特点（接口数，指令系统等）；
●内存储器和辅助存储器的容量。

1.10安全性
指的是保护软件的要素，以防止各种非法的访问、使用、修改、破坏或者泄密。

这个领域的具体需求必须包括：
✧利用可靠的密码技术；
✧掌握特定的记录或历史数据集；
✧给不同的模块分配不同的功能；
✧限定一个程序中某些区域的通信；
✧计算临界值的检查和。

1.11可维护性
规定若干需求以确保软件是可维护的。

例如：
✧软件模块所需要的特殊的耦合矩阵；
✧为微型装置指定特殊的数据/程序分割要求。

1.12可转移/ 转换性
规定把软件从一种环境移植到另一种环境所要求的用户程序，用户接口兼容方面的约束等等。

1.13数据库
本项对作为产品的一部分进行开发的数据库规定一些需求，它们可能包括：
✧在功能需求中标识的信息类别；
✧使用的频率；
✧存取能力；
✧数据元素和文卷描述符；
✧数据元素、记录和文卷的关系；
✧静态和动态的组织；
✧数据保存要求。

1.14操作
这里说明用户要求的常规的和特殊的操作。

✧在用户组织之中各种方式的操作。

例如，用户初始化操作；
✧交互作用操作的周期和无人操作的周期；
✧数据处理运行功能；
✧后援和恢复操作。

1.15场合适应性需求
✧对给定场合或相关任务或操作方式的任何数据或初始化顺序的
需求进行定义。

例如，栅值，安全界限等等。

指出场合或相关任务为特点，这里可以被修改以使软件适合特殊配制的要求。