Лабораторная информационная система – средство автоматизации контроля качества

Повышение требований к качеству продукции, необходимость полного использования сырья при переработке и широкое применение информационных технологий привело к появлению на рынке нового класса автоматизированных систем управления - лабораторных информационных систем ЛИМС (LIMS – Laboratory Information Management System). Системы этого класса предназначены не только для оперативного предоставления лабораторной информации по качеству, но и для управления самим бизнес-процессом контроля качества, что существенно повышает достоверность данных и, как следствие, позволяет повышать эффективность производства.

Требования к повышению качества продукции предприятий диктуются современными рыночными отношениями, вынуждающими предприятия применять наряду с ценовыми методами конкурентной борьбы и такие неценовые методы конкуренции, как повышение качества продукции. Одним из факторов, влияющих на значимость контроля качества, является также наличие государственных и отраслевых нормативов на выпускаемую продукцию. Последнее особенно характерно для перерабатывающих отраслей.

Показатели качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, как правило, тесно связаны с количественными показателями производства. Примером взаимозависимости количественных и качественных показателей в производстве может служить известная работникам нефтеперерабатывающей промышленности зависимость количества продуктов нефтепереработки, получаемых на технологических установках (отборов), от качественных показателей этих продуктов. Взаимосвязь количественных и качественных показателей в производстве можно проследить практически для всех промышленных предприятий.

Эффективное управление производством требует наличия достоверных данных о количественных и качественных показателях производства. При этом важно, чтобы данные были получены в необходимые сроки, т.к. оперативность получения данных влияет на скорость принятия решений. Достоверность и своевременность получения данных влияет на правильность принятия решений. Все это придает большое значение бизнес-процессу контроля качества продукции.

Рис. 1. Использования показателей качества в производстве на примере
нефтеперерабатывающего завода

Показатели качества, наряду с количественными показателями производства, используются многими службами предприятия на всех этапах управления производством (планирование, контроль и анализ план-факт) и на всех этапах технологического цикла (входной контроль сырья и материалов, операционный контроль, контроль товарной продукции).

В современных средствах оптимального планирования производства применяют математические модели линейного программирования, широко использующие данные о зависимостях количественных показателей производства от показателей качества продуктов и от параметров функционирования производственных мощностей (режимов работы). Для построения математических моделей производства необходимо наличие большого количества взаимосвязанных фактических данных и их последующая статистическая обработка. Отсюда следует, что для оптимального планирования производства необходимо не просто накапливать данные о качестве продукции, но накапливать их с отражением зависимостей от количественных характеристик и технологических особенностей производства (режимов работы производственных установок). Это дает возможность совершенствовать математические модели производства и эффективно управлять производством.

В непрерывном производстве эффективным средством предоставления оперативных данных о качестве продукции являются так называемые автоматические потоковые анализаторы, которые осуществляют автоматический отбор проб продуктов и анализ показателей качества.. К сожалению, их применение часто ограничено или высокой стоимостью или технологическими трудностями их применения, в связи с чем, наибольшее количество Данные о качественных показателях в производстве предоставляют либо автоматические потоковые анализаторы, осуществляющие автоматический отбор проб продуктов и анализ показателей качества, либо в большинстве случаев лаборатории, отделы технического контроля или аналогичные подразделения служб качества предприятий.

Особое место на предприятиях занимают лаборатории контроля окружающей среды. В их функции, как правило, входит контроль выбросов и стоков предприятия. Нарушение данных параметров может привести к серьезным штрафам и финансовым потерям.

Система управления качеством продукции ЛИМС

Как мы упоминали выше, для лабораторий производственных предприятий объектами контроля качества являются сырье, вспомогательные материалы, полуфабрикаты, товарная продукция. Для реализации своих функций лаборатория использует следующие ресурсы: персонал, лабораторное оборудование, измерительные приборы, реагенты, стандартные образцы, нормативно-техническую документацию.

Руководителей и главных специалистов предприятия интересуют конечные результаты работы лаборатории – достоверные и оперативные данные о показателях качества продуктов производства. Но, насколько достоверны получаемые данные, и какие факторы влияют на их достоверность и оперативность?

Проанализируем типичный бизнес-процесс контроля качества в лаборатории на примере нефтеперерабатывающего завода, которые действительны для многих других отраслей. Упрощенная типичная схема бизнес-процесса приведена на Рис.2, где, помимо основных функций бизнес-процесса, указаны такие компоненты как используемые ресурсы и основные виды документов и действий.

Рис. 2. Типовая схема бизнес-процесса получения информации о качестве продукции

Схема содержит значительное количество действий с использованием разного рода объектов и документов. Ошибка на любом этапе выполнения бизнес-процесса влияет на достоверность конечного результата. Например, на достоверность результата анализа могут влиять такие факторы, как:

• точность построения градуировочного графика для проведения измерений;
• правильность приготовления образцов или титров растворов для калибровки;
• сроки годности стандартных образцов;
• отсутствие ошибок в маркировке пробы;
• подготовка измерительного прибора (своевременность поверки, калибровки);
• точное соблюдение методики выполнения измерений (МВИ) в соответствии с нормативно-технической документацией (НТД);
• отсутствие ошибок при проведении расчетов и оценке результатов измерений на соответствие НТД;
• отсутствие ошибок в оформлении результатов испытаний

Вероятность ошибки растет с увеличением количества выполняемых действий. В Таблице 1, где приведены количественные характеристики процесса контроля качества на нефтеперерабатывающем заводе средней мощности.

Табл. 1. Количественные показатели бизнес-процесса контроля качества на нефтеперерабатывающем заводе

Приведенные данные свидетельствует о большом объеме и сложности выполняемых лабораториями задач, в рамках которых возникает вероятность влияния человеческого фактора на достоверность и оперативность информации.

Для ведения процесса контроля качества продукции в соответствие с современными требованиями в качестве инструмента автоматизации рекомендуются системы контроля качества продукции последнего поколения ЛИМС (LIMS – Laboratory Information Management System).

На многих предприятиях до последнего времени использовались лабораторные информационные системы собственной разработки, которые реализуют весьма ограниченный перечень функций:

• регистрация, накопление и предоставление данных о качестве службам предприятия;
• формирование паспортов качества продукции;
• формирование сводной лабораторной отчетности,

Современные промышленные ЛИМС имеют в своем распоряжении расширенный набор выполняемых функций, охватывающий все стороны деятельности заводских лабораторий:

• Планирование проведения испытаний, учет графиков аналитического контроля с отражением выполненных задач и хода исследований;
• Контроль подготовительных операций (например, титры, калибровочные графики);
• Контроль жизненного цикла образца (пробы);
• Управление работой приборов;
• Регистрация результатов измерений, в том числе автоматическая, непосредственно с измерительных приборов;
• Проведение расчетов по результатам измерений и оценка результатов на соответствие НТД;
• Распределение работ среди специалистов лаборатории;
• Контроль реагентов и стандартных образцов;
• Контроль аттестации персонала и оборудования;
• Хранение и предоставление нормативной базы;
• Предоставление данных о качестве службам предприятия;
• Формирование паспортов качества продукции;
• Оценка достоверности и точности результатов;
• Формирование лабораторной отчетности;
• Подтверждение достоверности и точности результатов (ГОСТ Р ИСО 5725-2002).

Отличительной особенностью промышленных ЛИМС является регистрация в системе первичных данных (например, результатов измерений), а не конечные результаты (например, рассчитанные результаты анализов). Конечные результаты рассчитывается самой ЛИМС и контролируются специальными алгоритмами на соответствие нормативам НТД. В частности, ЛИМС автоматически контролирует сходимость результатов измерений при проведении анализов. Благодаря чему возможность искажения результатов анализов в промышленных ЛИМС значительно снижается.

Автоматизация практически всех составляющих бизнес-процесса контроля качества позволяет снизить роль «человеческого фактора», повысить достоверность получаемых результатов и эффективность управления бизнес-процессом контроля качества.

ЛИМС осуществляет контроль за следующими объектами:

• Планы и графики работ. ЛИМС автоматизирует разработку графиков выполнения лабораторных работ и обработку заявок на внеплановые лабораторные работы. Система обеспечивает хранение графиков в базе данных и возможность оперативного внесения изменений в планы. В соответствии с графиками лабораторных работ ЛИМС генерирует задания на отбор проб и проведение анализов.
• Приборы и оборудование. В ЛИМС хранятся данные о приборах и осуществляется контроль своевременности калибровки и поверки приборов на основании графиков калибровки и поверки.
• Персонал. В ЛИМС реализован контроль сертификации специалистов лаборатории для проведения работ в соответствии с графиками, а также протоколирование работы специалистов лаборатории.
• Нормативы и расчеты. ЛИМС обеспечивает хранение и оперативный доступ к данным нормативной документации по методикам выполнения испытаний и к нормативным требованиям к качеству продукции. Методики должны быть отражены в системе. В ходе оперативной работы должен осуществляться вызов на просмотр необходимых методик выполнения испытаний и нормативных требований к образцам продуктов (пробам). Для обработки результатов должны быть реализованы алгоритмы вычислений в соответствии с нормативной документацией и контроль результатов испытаний на соответствие нормативам.
• Стандартные образцы и реагенты. ВЛИМС должна быть реализована поддержка данных о стандартных образцах, калибровочных графиках, учет использования реагентов, привязка данных к методикам испытаний и расчетам.
• Образцы (пробы) продуктов. Должна быть обеспечена регистрация образцов, ручной ввод результатов измерений, автоматизированный ввод результатов измерений от приборов при наличии соответствующих средств коммуникации, автоматизированный расчет показателей по результатам испытаний.
• Отчетность. ЛИМС должна включать в себя программные средства формирования отчетов о деятельности лаборатории и типовых документов лаборатории (протоколы испытаний, лабораторные журналы, паспорта качества продукции и т.п.).

Перечисленные требования, как правило, выполняются современными промышленными ЛИМС.

Интеграция ЛИМС с другими системами уровня управления производством

ЛИМС является источником данных о качестве продуктов для других информационных систем предприятия, использующих их в своей работе.

ЛИМС осуществляет взаимодействие со следующими основными системами уровня управления производством (MES):

• Система оптимального планирования;
• Система диспетчерского управления производством;
• Система расчета материального баланса;
• Система учета отгрузок готовой продукции;
• Система анализа план-факт.

Приведенный перечень систем является условным и характерным, для предприятий нефтепереработки (Рис. 3). Реально состав систем может оказаться иным в зависимости от отрасли и текущих особенностей предприятия.

Рис 2. Интеграция ЛИМС с другими системами уровня управления производством

Современное планирование производства базируется на использовании систем оптимального планирования на основе математического аппарата линейного программирования, в рамках которого моделируются, наряду с количественными показателями, и показатели качества продукции. Соответственно, должна проводиться актуализация моделей на основе статистически обработанных фактических лабораторных данных. Для статистической обработки используются данные о качестве продуктов совместно с количественными показателями результатов работы технологических установок и выявления зависимостей, существенных для моделей оптимального планирования. При больших объемах производства даже незначительное изменение параметров модели оптимального планирования приводит к ощутимому изменению экономических показателей.

Система анализа план-факт позволяет контролировать ход выполнения плана производства продукции. Данные о качестве продукции используются для анализа причин отклонений от плана или выпуска брака. На длительных интервалах анализ трендов показателей качества позволяет выявлять изменения технологического процесса во времени. Например, на нефтеперерабатывающих установках ретроспективный анализ план-факт позволяет контролировать процесс старения катализатора. Система анализа план-факт позволяет определить влияние качественных показателей основного сырья и выпускаемой продукции на фактические показатели производства.

При расчет массового баланса, являющегося традиционной задачей для непрерывного производства, используются лабораторные данные о плотности продуктов для расчета их массы. Cоответственно, выполняющие данный расчет автоматизированные системы должны быть интегрированы с ЛИМС с целью оперативного получения данных о плотности продуктов производства.

В систему учета отгрузок готовой продукции из ЛИМС поступают данные паспортов качества продукции. Сопряжение лабораторной системы и системы учета отгрузок является обычным требованием для контроля влияния качества продукции на сбыт.

В рамках системы диспетчеризации основными пользователями информации по качеству являются диспетчеры предприятий и специалисты производственного отдела. Операторы технологических установок, товарных и сырьевых парков, используют данные по качеству для оперативного управления технологическими процессами. Из системы диспетчеризации в ЛИМС могут поступать заявки на проведение анализов партий готовой продукции, не включенные в запланированные графики аналитического контроля лаборатории.

Современные промышленные ЛИМС реализуют предоставление данных пользователям через посредство Web–средств, что значительно расширяет использование информации о качестве не только на отдельном предприятии, но и в масштабах корпорации.

Наличие Web–средств позволяет не только осуществлять контроль качества удаленным пользователям, но и организовать контроль качества продукции на предприятиях, обладающих разветвленной сетью небольших лабораторий. Например, предприятия по транспортировке нефти или газа могут использовать ЛИМС для оснащения небольших лабораторий в составе нефтебаз, данные от которых собираются в едином центе контроля качества и могут быть использованы для управления качеством на предприятии в целом.

Наличие стандартных интерфейсов в сопрягаемых системах не избавляет от необходимости согласования имен объектов в базах данных сопрягаемых систем. Тем не менее, их использование значительно упрощает задачу сопряжения систем. Современные промышленные ЛИМС, как правило, имеют набор стандартных интерфейсов обмена данными как с системами уровня управления производством (MES), так и с системами уровня управления предприятием (ERP).

Внедрение ЛИМС на предприятии и роль системного интегратора

В настоящее время на рынке присутствуют современные совершенные ЛИМС, вобравшие в себя опыт работы аналитиков, разработчиков, программистов и тестировщиков специализированных фирм по разработке прикладного программного обеспечения и успешно эксплуатирующиеся на многих предприятиях. Наиболее известные промышленные ЛИМС имеют десятки инсталляций в мире, обладают гибкостью и функциональностью, позволяющей настраивать их для решения всех основных задач автоматизации лаборатории заказчика. Системы русифицированы и могут быть использованы на отечественных предприятиях.

В связи с появлением промышленных ЛИМС на рынке программных продуктов, существенно изменилась организация процесса автоматизации лабораторного контроля качества и перечень работ, выполняемых в рамках процесса внедрения.

При внедрении современной ЛИМС особенно остро встают два вопроса:

• Как правильно выбрать ЛИМС, соответствующую функциональным требованиям и финансовым возможностям Заказчика?
• Как максимально полно в заданные сроки реализовать заложенную в ЛИМС функциональность?

Можно выделить три основных стадии процесса, это – выбор программного средства, настройка системы и сопровождение. Каждая стадия включает в себя несколько этапов. Схема процесса внедрения приведена на Рис.5.

Рис.3. Основные этапы внедрения ЛИМС

Учитывая общую стоимость системы важно правильно выбрать ЛИМС и поставщика услуг по ее настройке (конфигурированию). Критерием является выбор решения, позволяющего реализовать требуемую функциональность при минимальных затратах средств на закупку и внедрение.

Объективным механизмом выбора программно-технического решения может стать независимая квалифицированная экспертиза, реализуемая компанией-интегратором, не являющийся поставщиком решения. При этом следует учитывать, что в ЛИМС реализована функциональность, которая не поддерживалась лабораторными системами самостоятельной разработки. Поэтому специалисты, которые специально не изучали ЛИМС, скорее всего не смогут корректно сформулировать требования к системе.

Для формирования требований необходимо провести обследование процесса контроля качества, включая функции участников процесса и документооборот. Желательно, чтобы обследование проводили специалисты, обладающие опытом моделирования бизнес-процессов и знающие организацию работы лабораторий. Хорошие результаты при внедрении систем дает формальное документирование существующих бизнес-процессов предприятия, например, построение информационных моделей в нотации IDEF0, ARIS или других широко используемых нотациях. На основе моделей существующих бизнес-процессов «как есть» должны быть смоделированы оптимальные бизнес-процессы «как должно быть», что даст возможность разработать регламентирующую документацию для будущих пользователей ЛИМС.

На основе результатов обследования разрабатываются подробные технические требования (спецификации) будущей системы, не зависящие от конкретной программной платформы. На их основе проводящая экспертизу фирма разрабатывает технические требования к будущей системе и составить запрос поставщикам на предоставление технико-коммерческого предложения (ТКП). По нашему опыту запрос на ТКП является подробным многостраничным документом.

На этапе выбора важно дать объективную оценку предлагаемых производителями решений. Эта работа предполагает изучение ТКП, проведение встреч с поставщиками для обсуждения функциональности и технических характеристик систем, обсуждение связанных с внедрением вопросов. Проводится тщательный анализ результатов демонстрации контрольных примеров. Полученные результаты ложатся в основу обоснованного экспертного заключения, позволяющего объективно сравнить предложенные решения. Окончательное решение по выбору поставщика остается за Заказчиком и осуществляется на основе объективного анализа.

Реализация проекта

Чтобы программный продукт стал функциональной системой, необходимо провести большую работу. В частности, необходимо составить документальное описание применяемых в будущей системе решений, включая состав, структуру и размещение аппаратных средств; определить способы реализации заданных функций программными средствами, состав и функциональность рабочих мест и т.д. Разработка проекта будущей системы позволяет сократить время внедрения, за счет снижения вероятности ошибок на начальных этапах работ.

Конфигурирование (настройка) ЛИМС является трудоемким процессом, требующим квалифицированных исполнителей. Каждая методика измерений показателей качества каждая спецификация продукта настраиваются в системе индивидуально. Кроме того, должен быть создан единый электронный архив нормативно-технической документации (НТД), содержащий все нормативные документы, используемые лабораторией (ГОСТы, ТУ, СТП и т.д.). Обязательным условием успешной реализации проекта является участие специалистов предприятия - заказчика.

Интеграция ЛИМС с другими системами уровня управления производством требует от компании-внедренца знания не только самой системы ЛИМС, но и технических возможностей смежных систем и автоматизируемых бизнес-процессов.

Необходимым этапом является создание регламентирующих документов, организующих взаимодействие участников. Помимо обучения персонала необходима разработка детальных инструкций по пользованию системой для работников, выполняющих в лаборатории большой объем рутинных операций (лаборанты, препараторы, прибористы) – отдельно для каждого типа пользователей, с учетом специфики их работы.

Для проведения испытаний ЛИМС перед вводом в эксплуатацию создается программа испытаний и набор тестов с использованием реальных данных лаборатории о проведенных анализах. Помимо проверки реализации основной функциональности ЛИМС, должны быть проверены интерфейсы с другими системами автоматизации предприятия.

Преимущества промышленных систем контроля качества проявляются и на этапе их сопровождения. Организация форумов в сети Интернет по вопросам настройки и эксплуатации системы позволяет обмениваться опытом и применять уже разработанные другими пользователями решения. Фирмы – разработчики размещают на своих сайтах новые версии программного обеспечения, что позволяет оперативно обновлять эксплуатируемую систему. Наряду с обычными формами сопровождения (консультации специалистов по телефону и электронной почте, выезды специалистов на объект) эти дополнительные возможности значительно повышают эффективность сопровождения системы и внесения в нее необходимых корректив, обусловленных текущими изменениями бизнес-процесса контроля качества и требований к качеству производимых продуктов.

Версия для печати...