CN117332961A - 一种智能化实验室管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计算机和大数据处理技术领域，尤指一种智能化实验室管理系统，包括：数据中台共享服务器系统、IOC智能平台、管理部门终端、实验室现场感知系统和LIMS系统，所述数据中台共享服务器系统与所述IOC智能平台、管理部门终端、实验室现场感知系统和LIMS系统通信连接，所述实验室现场感知系统设有边缘计算终端，所述边缘计算终端与所述数据中台共享服务器系统通信连接。本发明可以提高实验室的数据管理效率、实时监测能力、数据分析和决策支持能力，同时还可以通过虚拟数字孪生实验室提供更全面的实验室运行和优化方案。
Description
技术领域
本发明涉及计算机和大数据处理技术领域，尤指一种智能化实验室管理系统。
背景技术
随着人们对科技创新重视程度的逐步提高，科研单位纷纷建立了不同领域的实验室，尤其是一些大型的医药科研机构，实验室数量众多，形成了庞大规模的实验室群，为实验室的管理带来困难。
传统的实验室管理系统通常采用手动方式记录实验数据，操作繁琐且容易出错，导致数据管理效率低下。传统的实验室管理系统缺乏数据分析和决策支持功能，无法对大量的实验数据进行快速、准确的分析和挖掘，限制了决策的科学性和准确性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种智能化实验室管理系统，其可以提高实验室的数据管理效率、实时监测能力、数据分析和决策支持能力，同时还可以通过虚拟数字孪生实验室提供更全面的实验室运行和优化方案。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种智能化实验室管理系统，包括：数据中台共享服务器系统、IOC智能平台、管理部门终端、实验室现场感知系统和LIMS系统，所述数据中台共享服务器系统与所述IOC智能平台、管理部门终端、实验室现场感知系统和LIMS系统通信连接，所述实验室现场感知系统设有边缘计算终端，所述边缘计算终端与所述数据中台共享服务器系统通信连接；
所述LIMS系统，用于记录、保存和管理实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，并将所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据传输给所述数据中台共享服务器系统；
所述实验室现场感知系统，用于实时感知实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息；
所述边缘计算终端，用于对所述实验室现场感知系统上传的实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行边缘计算，并将边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行处理传输给所述数据中台共享服务器系统；
所述数据中台共享服务器系统，用于对所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行大数据整合和分析，生成分析结果；
所述IOC智能平台，用于获取所述分析结果，并根据所述分析结果进行数字化建模形成虚拟数字孪生实验室，再将所述虚拟数字孪生实验室及其相关参数进行可视化展示。
进一步，所述对所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行大数据整合和分析，生成分析结果，包括以下步骤：
对所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行预处理；
对预处理后的所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行特征提取，得到特征数据；
通过K-means算法对所述特征数据进行聚类，生成聚类结果；
对所述聚类结果进行分析和解释，生成所述分析结果。
进一步，所述IOC智能平台包括监控模块，用于对所述虚拟数字孪生实验室及其相关参数进行实时监控，并生成监控结果。
进一步，所述IOC智能平台还包括预警模块，所述预警模块与监控模块连接，用于判断监控结果是否存在异常，若存在，则发出警报。
进一步，所述管理部门终端包括采购部门终端、生产部门终端、质量部门终端、设备部门终端、仓管部门终端以及人事部门终端，所述数据中台共享服务器系统与所述采购部门终端、生产部门终端、质量部门终端、设备部门终端、仓管部门终端以及人事部门终端通信连接。
进一步，所述智能化实验室管理系统还包括异常储存设备，所述异常储存设备与所述数据中台共享服务器系统通信连接，用于存储所述数据中台共享服务器系统的异常数据。
进一步，所述实验室现场感知系统包括视频监控模块、仪器设备监测模块、环境监测模块、RFID手持机、RFID阅读器和数据输入模块，所述边缘计算终端与所述视频监控模块、仪器设备监测模块、环境监测模块、RFID手持机、RFID阅读器和数据输入模块通信连接。
进一步，所述环境监测模块包括温湿度传感器、CO2传感器和PM2.5传感器，所述边缘计算终端与所述温湿度传感器、CO2传感器和PM2.5传感器通信连接。
进一步，所述智能化实验室管理系统还包括：照明系统和建筑安防系统，所述数据中台共享服务器系统与所述照明系统和建筑安防系统通信连接。
进一步，所述智能化实验室管理系统还包括：人员管理系统和物料管理系统，所述数据中台共享服务器系统与所述人员管理系统和物料管理系统通信连接。
本发明的有益效果在于：
本发明通过所述LIMS系统上传实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，通过所述实验室现场感知系统和边缘计算终端的配合，可以实现对实验室现场进行实时监测与边缘计算；通过数据中台共享服务器系统对实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据进行大数据整合和分析，同时还对边缘计算后的实验室参数和信息进行处理；通过大数据分析，可以发现数据之间的相关性和趋势，并生成分析结果，所述分析结果可以供所述IOC智能平台和管理部门终端使用。通过所述IOC智能平台进行数字化建模形成虚拟数字孪生实验室。本发明的智能化实验室管理系统可以提高实验室的数据管理效率、实时监测与调控能力、数据分析和决策支持能力，同时还可以通过虚拟数字孪生实验室提供更全面的实验室运行和优化方案。
附图说明
图1是本发明的智能化实验室管理系统的示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种智能化实验室管理系统，包括：数据中台共享服务器系统、IOC智能平台、管理部门终端、实验室现场感知系统和LIMS系统，所述数据中台共享服务器系统与所述IOC智能平台、管理部门终端、实验室现场感知系统和LIMS系统通信连接，所述实验室现场感知系统设有边缘计算终端，所述边缘计算终端与所述数据中台共享服务器系统通信连接；
所述LIMS系统，用于记录、保存和管理实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，并将所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据传输给所述数据中台共享服务器系统；需要说明的是，LIMS(Laboratory Information Management System，实验室信息管理系统)是一种专门用于管理实验室数据和实验过程的软件系统。它的主要目标是提高实验室的效率、准确性和可靠性，并确保数据的安全性和合规性。LIMS系统通常具有以下功能：1.样品管理：可以对样品进行标识、追踪和记录，包括样品接收、登记、存储和销毁等环节。2.测试流程管理：支持实验室内各个实验步骤的流程管理，包括样品检测、仪器校准和维护、数据采集等。3.数据管理：能够对实验数据进行录入、存储、查询和分析，具备数据导入导出功能，支持数据的可视化展示。4.质量控制与质量保证：提供质量控制的功能，包括质量控制数据的录入、比对和分析，还可以进行质量管理相关的标准和规范的管理。5.设备管理：对实验室的仪器设备进行管理，包括设备的预约、调度、维护和报废等。6.报告生成：能够自动生成实验报告或结果报告，并支持报告的定制化和电子签名等功能。7.合规性和安全性：保证实验室的操作符合相关的法规和准则，确保数据的安全性、完整性和可追溯性。总之，通过使用LIMS系统，实验室可以提高工作效率，降低错误率，并能更好地管理实验数据和实验流程，从而提供更准确、可靠的实验结果，同时，方便实验室人员进行数据查阅和分析。
所述实验室现场感知系统，用于实时感知实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息；所述边缘计算终端，用于对所述实验室现场感知系统上传的实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行边缘计算，并将边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行处理传输给所述数据中台共享服务器系统；需要说明的是，通过所述实验室现场感知系统和边缘计算终端的配合，可以实现对实验室现场进行实时监测与边缘计算，具体为：实验室现场感知系统可以实时感知实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息，并上传至边缘计算终端进行边缘计算处理；边缘计算后的实验室参数和信息可以减少数据传输量和网络延迟，并提供实时的环境监测和设备状态监控，帮助实验室人员进行及时的决策和调整。
所述数据中台共享服务器系统，用于对所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行大数据整合和分析，生成分析结果；换言之，数据中台共享服务器系统可以对实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据进行大数据整合和分析，同时还可以对边缘计算后的实验室参数和信息进行处理；通过大数据分析，可以发现数据之间的相关性和趋势，并生成分析结果，所述分析结果可以供所述IOC智能平台和管理部门终端使用。
所述IOC智能平台，用于获取所述分析结果，并根据所述分析结果进行数字化建模形成虚拟数字孪生实验室，再将所述虚拟数字孪生实验室及其相关参数进行可视化展示。需要说明的是，虚拟数字孪生实验室可以模拟实际实验室的运行和实验过程，帮助实验室人员进行预测和优化，并将相关参数进行可视化展示，提供更直观的数据分析和展示方式。
所述管理部门终端包括采购部门终端、生产部门终端、质量部门终端、设备部门终端、仓管部门终端以及人事部门终端，所述数据中台共享服务器系统与所述采购部门终端、生产部门终端、质量部门终端、设备部门终端、仓管部门终端以及人事部门终端通信连接；此处限定的目的在于，采购部门、生产部门等部门终端都可以共享所述数据中台共享服务器系统生成的分析结果，实现数据的共享连通。
综上所述，本发明的智能化实验室管理系统可以提高实验室的数据管理效率、实时监测与调控能力、数据分析和决策支持能力，同时还可以通过虚拟数字孪生实验室提供更全面的实验室运行和优化方案。
进一步地，所述对所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行大数据整合和分析，生成分析结果，包括以下步骤：
对所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行预处理；
对预处理后的所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行特征提取，得到特征数据；
通过K-means算法对所述特征数据进行聚类，生成聚类结果；
对所述聚类结果进行分析和解释，生成所述分析结果。
上述方案主要描述了对实验室样品数据、试验结果数据、分析报告数据以及边缘计算后的实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行大数据整合与分析的步骤，包括预处理、特征提取、聚类和分析解释四个主要步骤。该过程的技术效果为：1.提高数据利用率：通过将各种数据进行整合，可以更好地利用实验室的样品数据、试验结果数据、分析报告数据以及环境参数、设备状态信息和运行信息。这样可以充分挖掘数据中蕴含的有用信息，提高数据的利用率。2.提高数据分析能力：通过预处理和特征提取的步骤，可以对数据进行加工和提炼，得到更具有代表性和可解释性的特征数据。这样有助于提高数据分析的准确性和可靠性，增强对实验室数据的理解和把握。3.发现数据规律：通过K-means算法对特征数据进行聚类，可以将相似的数据归为一类。这有助于发现数据之间的内在关系和规律，为进一步的数据分析和应用提供了基础。4.提供决策支持：通过对聚类结果进行分析和解释，可以从数据中获取有关实验室样品、设备和环境的关键信息；有助于实验室管理、设备维护和实验结果的解释，为决策提供支持和参考，为所述IOC智能平台进行数字化建模形成虚拟数字孪生实验室提供大数据支持。
综上所述，所述数据中台共享服务器系统的大数据整合与分析能够提高实验室数据的利用率、数据分析能力，发现数据规律，并提供决策支持。
进一步地，所述IOC智能平台包括监控模块，用于对所述虚拟数字孪生实验室及其相关参数进行实时监控，并生成监控结果。所述IOC智能平台还包括预警模块，所述预警模块与监控模块连接，用于判断监控结果是否存在异常，若存在，则发出警报。在本实施例中，通过监控模块对虚拟数字孪生实验室及其相关参数进行实时监控，可以及时获取实验室的运行情况和参数变化，从而有效掌握实验室的工作状态。预警模块连接监控模块，可以对监控结果进行判断，如果发现异常情况，可以及时发出警报。这有助于实验室工作人员及时采取措施，以防止问题进一步扩大或危及实验室的安全。通过实时监控和异常预警，实验室管理人员可以更快速地了解实验室运行情况，并及时处理异常情况。这有助于提高实验室的工作效率，减少可能的停工或延误。通过及时发现和解决问题，可以避免因故障或异常情况导致不必要的停工和维修费用。同时，实验室的运行效率提高也能够节约时间和资源。通过监控和预警模块，实验室管理人员可以对实验室的运行情况进行更加科学和全面的管理。可以通过监控结果对实验室进行分析和评估，进而优化实验室的运行策略，提高整体效益。
进一步地，所述智能化实验室管理系统还包括异常储存设备，所述异常储存设备与所述数据中台共享服务器系统通信连接，用于存储所述数据中台共享服务器系统的异常数据。需要说明的是，异常储存设备可以作为数据中台共享服务器系统的备份存储，确保实验室管理系统中的异常数据可以及时备份并安全保存。在发生异常情况或数据丢失时，可以通过异常储存设备进行数据恢复，避免数据丢失导致的问题。异常储存设备能够存储实验室管理系统中的异常数据，这样可以方便对系统的故障进行排查和分析。当系统出现异常时，可以从异常储存设备中获取相关数据，以便进行故障定位和问题解决。
进一步地，所述实验室现场感知系统包括视频监控模块、仪器设备监测模块、环境监测模块、RFID手持机、RFID阅读器和数据输入模块(数据输入模块可以为手机、电脑等智能设备)，所述边缘计算终端与所述视频监控模块、仪器设备监测模块、环境监测模块、RFID手持机、RFID阅读器和数据输入模块通信连接。所述环境监测模块包括温湿度传感器、CO2传感器和PM2.5传感器，所述边缘计算终端与所述温湿度传感器、CO2传感器和PM2.5传感器通信连接。在本实施例中，通过视频监控模块能够实时监测实验室内的情况，并通过边缘计算终端进行数据传输和存储，提供实验室内部的安全监控和保护。通过仪器设备监测模块，可以实时监测实验室内各种仪器设备的运行状态，包括温度、电压、电流等参数，及时发现设备故障或异常情况，以便及时采取修复或替换措施，保证实验室工作的正常进行。通过环境监测模块中的温湿度传感器、CO2传感器和PM2.5传感器能够监测实验室内的温度、湿度、二氧化碳浓度和PM2.5颗粒物含量等环境参数，帮助评估实验室的舒适性和空气质量，确保人员的健康和工作环境的良好。通过RFID手持机、RFID阅读器和数据输入模块，可以对实验室内的实验数据进行采集、记录和管理，提高数据管理的效率和准确性，便于后续的数据分析和科研工作。总之，通过实验室现场感知系统的应用，可以提高实验室的安全性和工作效率，确保实验室设备的正常运行和实验数据的准确记录，为实验室科研工作提供有力的支持。
进一步地，所述智能化实验室管理系统还包括：照明系统和建筑安防系统，所述数据中台共享服务器系统与所述照明系统和建筑安防系统通信连接。所述智能化实验室管理系统还包括：人员管理系统和物料管理系统，所述数据中台共享服务器系统与所述人员管理系统和物料管理系统通信连接。在本实施例中，通过智能化的照明系统和建筑安防系统，可以实现对实验室内部环境的智能控制和管理，如自动调节照明亮度和温度等。同时，人员管理系统和物料管理系统的使用可以优化实验室的人员和物资调配，提高工作效率和资源利用率。智能化的照明系统可以根据实验室的使用情况自动调节照明亮度和开关灯光，节约能源消耗。而物料管理系统能更好地掌握物料的消耗和库存情况，避免浪费和缺货现象，有效节约资源成本。通过人员管理系统，可以对实验室人员进行身份认证和权限管理，确保实验室内只有具备相应权限的人员才能进入和操作。物料管理系统可以对实验室物品进行溯源和监控，防止丢失和盗窃。数据中台共享服务器系统的存在可以实现不同子系统之间的数据交互和共享，提高实验室的信息化管理水平。人员管理系统和物料管理系统与数据中台的连接，可以实现对人员和物资相关数据的统一管理和查询，方便实验室管理人员进行各类决策和分析。总体而言，智能化实验室管理系统中的各个子系统和数据中台的集成和通信连接，可以提高实验室的运行效率、节约能源和资源、提升安全性，并优化数据管理和共享，为实验室的科研和生产提供有力支持。
综上所述，本发明的智能化实验室管理系统通过IoT技术、大数据、AI算法、3D建模技术、数字孪生技术以及可视化技术的结合，可以提高实验室的数据管理效率、实时监测能力、数据分析和决策支持能力，同时还可以通过虚拟数字孪生实验室提供更全面的实验室运行和优化方案。需要说明的是，本发明主要监测的实验室设备为稳定性箱、培养箱和冰箱。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能化实验室管理系统，其特征在于，包括：数据中台共享服务器系统、IOC智能平台、管理部门终端、实验室现场感知系统和LIMS系统，所述数据中台共享服务器系统与所述IOC智能平台、管理部门终端、实验室现场感知系统和LIMS系统通信连接，所述实验室现场感知系统设有边缘计算终端，所述边缘计算终端与所述数据中台共享服务器系统通信连接；
所述LIMS系统，用于记录、保存和管理实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，并将所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据传输给所述数据中台共享服务器系统；
所述实验室现场感知系统，用于实时感知实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息；
所述边缘计算终端，用于对所述实验室现场感知系统上传的实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行边缘计算，并将边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行处理传输给所述数据中台共享服务器系统；
所述数据中台共享服务器系统，用于对所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行大数据整合和分析，生成分析结果；
所述IOC智能平台，用于获取所述分析结果，并根据所述分析结果进行数字化建模形成虚拟数字孪生实验室，再将所述虚拟数字孪生实验室及其相关参数进行可视化展示。
2.根据权利要求1所述的智能化实验室管理系统，其特征在于，所述对所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行大数据整合和分析，生成分析结果，包括以下步骤：
对所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行预处理；
对预处理后的所述实验室样品数据、试验结果数据以及分析报告数据，以及，所述边缘计算后的所述实验室的环境参数、设备状态信息和运行信息进行特征提取，得到特征数据；
通过K-means算法对所述特征数据进行聚类，生成聚类结果；
对所述聚类结果进行分析和解释，生成所述分析结果。
3.根据权利要求1所述的智能化实验室管理系统，其特征在于，所述IOC智能平台包括监控模块，用于对所述虚拟数字孪生实验室及其相关参数进行实时监控，并生成监控结果。
4.根据权利要求3所述的智能化实验室管理系统，其特征在于，所述IOC智能平台还包括预警模块，所述预警模块与监控模块连接，用于判断监控结果是否存在异常，若存在，则发出警报。
5.根据权利要求1所述的智能化实验室管理系统，其特征在于，所述管理部门终端包括采购部门终端、生产部门终端、质量部门终端、设备部门终端、仓管部门终端以及人事部门终端，所述数据中台共享服务器系统与所述采购部门终端、生产部门终端、质量部门终端、设备部门终端、仓管部门终端以及人事部门终端通信连接。
6.根据权利要求1所述的智能化实验室管理系统，其特征在于，还包括异常储存设备，所述异常储存设备与所述数据中台共享服务器系统通信连接，用于存储所述数据中台共享服务器系统的异常数据。
7.根据权利要求1所述的智能化实验室管理系统，其特征在于，所述实验室现场感知系统包括视频监控模块、仪器设备监测模块、环境监测模块、RFID手持机、RFID阅读器和数据输入模块，所述边缘计算终端与所述视频监控模块、仪器设备监测模块、环境监测模块、RFID手持机、RFID阅读器和数据输入模块通信连接。
8.根据权利要求7所述的智能化实验室管理系统，其特征在于，所述环境监测模块包括温湿度传感器、CO2传感器和PM2.5传感器，所述边缘计算终端与所述温湿度传感器、CO2传感器和PM2.5传感器通信连接。
9.根据权利要求1所述的智能化实验室管理系统，其特征在于，还包括：照明系统和建筑安防系统，所述数据中台共享服务器系统与所述照明系统和建筑安防系统通信连接。
10.根据权利要求1所述的智能化实验室管理系统，其特征在于，还包括：人员管理系统和物料管理系统，所述数据中台共享服务器系统与所述人员管理系统和物料管理系统通信连接。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311287164.2A CN117332961A (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种智能化实验室管理系统 |
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Publications (1)
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| CN117332961A true CN117332961A (zh) | 2024-01-02 |
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ID=89292658
Family Applications (1)
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| CN202311287164.2A Pending CN117332961A (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种智能化实验室管理系统 |
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2023
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