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工业金相检验试验室的信息系统架构与实践

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摘要：

在经济全球化的背景下，工业制造企业的产品质量已成为企业竞争力和发展能力的核心体现。不断加强质量管理，对生产进行全过程的控制和全方位的管理已成为企业管理的重要内容[1]。其中，工业检验试验室作为全面质量管理的重要组成部分，往往涵盖了原料检验、产品放行、工艺控制、科研试验等整个生产过程，保障检验结果的准确、可靠、高效就显得尤为重要。随着计算机网络技术的高速发展，信息化、数字化与自动化已经成为提高试验室管理水平的必要手段。目前，工业试验室信息平台的构建主要有独立LIMS(试验室信息管理系统)平台[2]、MES(制造执行系统)子模块[3]、OA(办公系统)结合3种方式，实现不同程度的信息共享、流程管理、试验室内部管理功能[4]。然而，目前LIMS中的数据采集主要局限于直接使用仪器分析并采集的数据[5-6]，对于人机结合的检验项目如金相检验，LIMS大部分局限在信息入口和出口的数据管理，对于检验信息在整个检验过程中的流动和管理，并没有高效、可靠和系统化的解决方案。笔者以某金相检验试验室为例，介绍了金相检验管理信息系统的整体构架和实现过程。

1 架构设计

1.1 业务流程分析

业务流程信息化的本质在于利用信息化工具来实现业务流程的重组(BPR)，首要是对业务流程进行准确的建模和分析[7]。需要使用建模工具对金相检验整个业务流程进行建模，分析其中的实物流和信息流，找到信息化的主要要素和关键瓶颈，再设计信息化系统工具和自动化工具进行改善。采用数据流图(DFD)对金相检验的过程进行分析，如图1所示。

图1 金相检验的数据流图Fig.1 Data flow diagram of metallographic examination

由图1可知，样品信息是整个检验过程中最核心的数据，贯穿整个金相检验过程，样品镶嵌、样品磨抛和样品浸蚀3个制备过程主要操作对象是实体试样，主要依靠人工完成，信息化意义不大。而样品登记、金相观察、照片采集、定量金相、记录和报告生成等检验过程和信息处理过程，则主要由样品信息、检验数据和金相照片数据驱动，相互之间交互较少，适合采用数据驱动的分布式架构，保障样品信息流在整个检验过程的有效性，避免信息孤岛的产生。

1.2 系统构架

系统架构设计采用B/S和C/S架构结合方式，如图2所示。

图2 金相检验管理信息系统架构图Fig.2 Design diagram of metallographic examination management information system

2 系统实现

2.1 数据库平台

核心样品信息数据库采用免费开源的关系型MySQL数据库，可靠高效，适用于多平台应用，方便分布式访问和开发。数据库主要用于储存样品相关信息，局域网低并发环境对数据库性能要求不高，可布置在NAS中。

2.2 硬件组成

工业金相试验室为了满足大批量试样的需要，往往需要配置多台金相显微镜、体视显微镜、图像分析仪等设备。每台设备需配备一台计算机用于图像采集、测量等工作。因此将多台计算机与一台NAS文件服务器组成千兆局域网，利用NAS作为数据库及Web服务器，并利用SMB文件共享协议，将每台显微镜拍摄的照片、测量数据、记录及报告电子文档集中储存，有利于集中管理和定时备份，并可通过权限管理保障数据安全性。

显微镜硬件可支持任意型号的金相显微镜，显微摄像头则需提供相应的开发接口以便图像的统一管理。为进一步优化信息流，保证金相照片倍率及测量结果的准确，建议使用带有编码(Coded)物镜转盘的半自动金相显微镜，可通过应用程序自动获取采集倍率并关联相应标尺信息。国外主流的金相显微镜厂商均提供编码物镜转盘，但只有蔡司公司和徕卡公司产品公开了访问接口，可通过二次开发程序获取编码信息。如果使用更高级的全自动金相显微镜，则可实现更多的流程优化定制、详细信息获取等功能。

2.3 样品信息管理系统

样品信息登记管理系统的主要功能是对管理部门分配的样品相关信息进行录入、编辑、查看、检验状态管理、统计等操作。样品信息管理系统界面如图3所示。

登记样品可通过人工录入、条码扫描或信息系统集成的方式，以适应各种送样方式。登记后的每个样品会生成唯一的简化流水号及试验室编号，方便在金相试样上进行标记。在其后的检验过程中，可以使用试验室编号索引到原始样品信息，保障样品与检验结果的对应性。并可通过打印试样清单或试样袋，对检验后样品进行归档管理，保证检验结果的可追溯性。系统带有多用户及小组管理功能，可将样品与检验员或检验小组绑定。通过统计功能实现工时自动统计与绩效考核等班组管理功能。而通过对不同用户的权限管理功能设计，对于不可逆的数据操作(编辑、删除等)，需要特定的用户权限才能操作，保证了数据安全性。

文章来源：《分析试验室》网址: http://www.fxsys.cn/qikandaodu/2021/0204/677.html