殷 杰

（中煤科工集團(tuán)上海研究院有限公司，上海 204101）

檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室組織結(jié)構(gòu)和崗位設(shè)置優(yōu)化設(shè)計(jì)

殷 杰

（中煤科工集團(tuán)上海研究院有限公司，上海 204101）

雖然目前對(duì)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）研究較多，但是其目的主要是方便管理者了解檢驗(yàn)的完成情況，涉及到實(shí)驗(yàn)室管理改善等具體變革改善的研究不夠深入，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)工作這一主要職能的促進(jìn)作用比較有限。從檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的組織結(jié)構(gòu)有序度、崗位設(shè)置和檢驗(yàn)調(diào)度問(wèn)題兩方面進(jìn)行有針對(duì)性地分析，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。方案的實(shí)施離不開(kāi)LIMS系統(tǒng)的支持，也是LIMS實(shí)施過(guò)程中需要解決的體制和機(jī)制問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)；組織結(jié)構(gòu)；檢驗(yàn)調(diào)度；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 引言

雖然目前對(duì)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）研究較多，但是其目的主要是方便管理者了解檢驗(yàn)的完成情況，停留在質(zhì)量體系管理或數(shù)據(jù)/報(bào)告自動(dòng)生成等軟件方面，涉及到實(shí)驗(yàn)室管理改善等具體變革改善的研究不夠深入，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)工作這一主要職能的促進(jìn)作用比較有限。檢驗(yàn)管理才是實(shí)驗(yàn)室管理的根基，檢驗(yàn)的安排和檢驗(yàn)員的崗位管理至關(guān)重要。文中從檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的組織結(jié)構(gòu)有序度、崗位設(shè)置和檢驗(yàn)調(diào)度問(wèn)題兩方面進(jìn)行有針對(duì)性地分析，提出改善方案，與讀者分享。

2 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室組織結(jié)構(gòu)有序度優(yōu)化

2.1 組織結(jié)構(gòu)有序度簡(jiǎn)介

通常組織結(jié)構(gòu)有序度可以描述為[1］：

其中H表示結(jié)構(gòu)熵，Hm為系統(tǒng)最大熵，R越大，組織結(jié)構(gòu)有序度越高。

組織結(jié)構(gòu)有序度通常由代表信息流通時(shí)效性方面的時(shí)效有序度和代表信息流通準(zhǔn)確性方面的質(zhì)量有序度組成，主要有以下幾種表達(dá)方式：

權(quán)重系數(shù)α β， 一般取0.5。R1為時(shí)效,用來(lái)表示組織在信息流通時(shí)效性方面的時(shí)效有序度，R2為質(zhì)量，表示組織在信息流通準(zhǔn)確性方面的質(zhì)量有序度組成。組織結(jié)構(gòu)有序度越高,組織的效率就越高。

組織結(jié)構(gòu)的時(shí)效可以表示為：

組織結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可以表示為：

2.2 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室組織結(jié)構(gòu)有序度改善

通常檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的組織結(jié)構(gòu)可以歸納為金字塔型組織結(jié)構(gòu)。圖1是較為常見(jiàn)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室金字塔型組織結(jié)構(gòu)，其拓?fù)鋱D為圖2。1代表中心領(lǐng)導(dǎo)層，2代表業(yè)務(wù)辦公室，3代表技術(shù)管理部。456代表3個(gè)所及其辦公室，7～13代表下屬的7個(gè)檢驗(yàn)室。省略了與檢驗(yàn)業(yè)務(wù)無(wú)直接關(guān)系的綜合辦公室，資產(chǎn)財(cái)務(wù)部，檢測(cè)技術(shù)研究所3個(gè)部門(mén)。圖中共有13個(gè)元素，其中“①”表示系統(tǒng)的第1個(gè)元素，“——”表示元素與元素之間具有直接信息流，即聯(lián)系。

圖1 金字塔型組織結(jié)構(gòu)圖

圖2 金字塔型組織結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

筆者根據(jù)扁平化和矩陣式理論，簡(jiǎn)化了組織結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)關(guān)系見(jiàn)圖4，對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D見(jiàn)圖5。

圖3 矩陣式扁平化組織結(jié)構(gòu)圖

圖4 業(yè)務(wù)關(guān)系圖

圖5 扁平化組織結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

經(jīng)過(guò)式（式1～6）的計(jì)算，比較金字塔型組織結(jié)構(gòu)和矩陣式組織結(jié)構(gòu)的有序度（見(jiàn)表1），后者都優(yōu)于前者。

表1 組織結(jié)構(gòu)有序度計(jì)算表

由此可見(jiàn)，由中心領(lǐng)導(dǎo)層直接領(lǐng)導(dǎo)3個(gè)檢測(cè)檢驗(yàn)所，業(yè)務(wù)辦公室和技術(shù)管理部協(xié)同的矩陣式扁平化組織結(jié)構(gòu)更加科學(xué)高效，具有明顯優(yōu)勢(shì)，由此產(chǎn)生的管理負(fù)擔(dān)可以通過(guò)LIMS系統(tǒng)等方式彌補(bǔ)。實(shí)現(xiàn)以上組織機(jī)構(gòu)變革的同時(shí)，將綜合辦公室、業(yè)務(wù)辦公室、技術(shù)管理部等職能部門(mén)的部分人員調(diào)整到檢驗(yàn)室，補(bǔ)充基層檢驗(yàn)人員數(shù)量，一舉多得。

3 崗位設(shè)置和檢驗(yàn)調(diào)度問(wèn)題優(yōu)化

3.1 問(wèn)題歸納

檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的工作內(nèi)容不僅限于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)測(cè)試和試驗(yàn)結(jié)果匯總等例行檢驗(yàn)工作，往往還承擔(dān)圖紙和技術(shù)審查等型式檢驗(yàn)工作。為了保證公正性通常要求實(shí)驗(yàn)過(guò)程要有兩名檢驗(yàn)員在場(chǎng)，通常實(shí)行以產(chǎn)品為對(duì)象的產(chǎn)品負(fù)責(zé)人制度（檢驗(yàn)室的基層員工大都定崗為產(chǎn)品負(fù)責(zé)人），其工作職責(zé)如圖6所示。產(chǎn)品的檢驗(yàn)任務(wù)分配給一個(gè)產(chǎn)品負(fù)責(zé)人后，由其全權(quán)負(fù)責(zé)隨后的檢驗(yàn)事項(xiàng)，一方面要對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)審查并參與檢驗(yàn)，另一方面還要找其他同事監(jiān)督試驗(yàn)過(guò)程（如圖7所示）。為了完成檢驗(yàn)任務(wù)1，產(chǎn)品負(fù)責(zé)人1可以在g-1個(gè)候選人中任意選擇1個(gè)，即有g(shù)-1種選擇。以此類推，當(dāng)全部完成m項(xiàng)檢驗(yàn)，產(chǎn)品負(fù)責(zé)人1在 g個(gè)候選人中進(jìn)行了（g-1）m次選擇，然而這種選擇還可以是固定搭檔的偽選擇（圖8）。這種要求產(chǎn)品負(fù)責(zé)人同時(shí)負(fù)責(zé)大量技術(shù)審查和檢驗(yàn)任務(wù)，并且控制其流程的混連工作就是檢驗(yàn)調(diào)度問(wèn)題，當(dāng)其超過(guò)一定規(guī)模是就會(huì)超出常人的統(tǒng)籌能力，太多的無(wú)序性匯聚最終會(huì)導(dǎo)致混亂。此外由于整個(gè)工作量和協(xié)調(diào)難度都很大，往往容易受到來(lái)自各方面的影響，僅依靠個(gè)人能力和自律性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，相應(yīng)的監(jiān)管制度也有待完善。筆者將單個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目與整體檢驗(yàn)任務(wù)之間的相互關(guān)系歸納為圖9。由此可見(jiàn)，檢驗(yàn)調(diào)度問(wèn)題涉及樣品、試驗(yàn)臺(tái)位、檢驗(yàn)時(shí)間、檢驗(yàn)人員四項(xiàng)資源的最優(yōu)安排，而無(wú)特定的檢驗(yàn)順序約束，類似于開(kāi)放式車間調(diào)度問(wèn)題（Open Shop Scheduling Problem,OSSP）。

圖6 產(chǎn)品負(fù)責(zé)人的職責(zé)

圖7 產(chǎn)品負(fù)責(zé)人的工作

圖8 檢驗(yàn)工作的非正常組合

圖9 單個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目模型

一般的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，可以大致歸結(jié)為F個(gè)可能互相沖突的目標(biāo)和G個(gè)可能相互制約的約束，因此這類問(wèn)題的求解往往比較復(fù)雜，數(shù)學(xué)上一般的優(yōu)化問(wèn)題均可表示為[4］：

3.2 改善研究

3.2.1 利用視頻監(jiān)控

產(chǎn)品負(fù)責(zé)人制度中另一名檢驗(yàn)員的選擇使得該調(diào)度問(wèn)題的求解范圍和難度大大增加。目前視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)非常成熟，利用視頻錄像可以監(jiān)控實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，因此實(shí)驗(yàn)可以由一名檢驗(yàn)員獨(dú)立完成，省去了選擇另一名檢驗(yàn)員的步驟。因此筆者對(duì)原檢驗(yàn)調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)化，描述為：已知n個(gè)樣品，g-1個(gè)檢驗(yàn)員，每個(gè)檢驗(yàn)樣品要在m個(gè)試驗(yàn)臺(tái)位上接受一個(gè)檢驗(yàn)員之一的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)順序無(wú)要求。某一時(shí)刻某一樣品最多只能在一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)位上接受一個(gè)檢驗(yàn)員的檢驗(yàn)，任意檢驗(yàn)員和試驗(yàn)臺(tái)位最多只能檢驗(yàn)一個(gè)樣品[5］。

對(duì)于簡(jiǎn)化后的檢驗(yàn)調(diào)度問(wèn)題描述，前人已經(jīng)歸納提煉了經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型：

約束條件：（從略…）。

由于該問(wèn)題已經(jīng)被證明是NP-hard問(wèn)題[6］，缺少行之有效的解決方法，在實(shí)際OSSP問(wèn)題研究中常用的方法有精確算法，啟發(fā)式算法，智能優(yōu)化算法等等，此處不展開(kāi)論述。

3.2.2 固定檢驗(yàn)員崗位

張志英指出：由于空間調(diào)度問(wèn)題的復(fù)雜性和NP-hard特性，對(duì)于大規(guī)模問(wèn)題幾乎不可能利用運(yùn)籌學(xué)方法建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化求解，目前只能從縮小問(wèn)題規(guī)模和降低求解難度兩個(gè)方面進(jìn)行探索[7］。筆者研究和查閱了關(guān)于類似問(wèn)題的多篇文獻(xiàn)[8～11］，發(fā)現(xiàn)隨著調(diào)度資源規(guī)模的增大，一方面檢驗(yàn)員穿梭在趕往各個(gè)試驗(yàn)臺(tái)位的路上，有一定的時(shí)間損耗。另一方面檢驗(yàn)員在一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)位上的時(shí)間逐漸增加，即一段時(shí)間內(nèi)只做一種實(shí)驗(yàn)。何克清等人提出了RGPS關(guān)聯(lián)元模型理論[12］，受此啟發(fā)，筆者想到將檢驗(yàn)員的角色固定下來(lái)可以減少一個(gè)系統(tǒng)變量，該檢驗(yàn)調(diào)度問(wèn)題可以簡(jiǎn)化為試驗(yàn)臺(tái)位與檢驗(yàn)時(shí)間投影所構(gòu)成的二維平面問(wèn)題，求解難度隨之降低。具體實(shí)施方案是將人員劃分成縱向的技術(shù)審查員和橫向的檢驗(yàn)員兩類，使前文模型中的試驗(yàn)臺(tái)位與進(jìn)行操作的檢驗(yàn)員合并成一個(gè)角色，筆者稱之為崗位負(fù)責(zé)人制度。崗位負(fù)責(zé)制度的角色關(guān)系見(jiàn)圖10，崗位負(fù)責(zé)制度下的檢驗(yàn)工作一般組合如圖11所示。

圖10 崗位負(fù)責(zé)人的角色關(guān)系

圖11 檢驗(yàn)工作的一般組合

3.2.3 流程優(yōu)化

各個(gè)實(shí)驗(yàn)室主任收到委托檢驗(yàn)任務(wù)后，先分配給技術(shù)審查員，待技術(shù)審查員參照標(biāo)準(zhǔn)審查完畢后，提交相關(guān)的檢驗(yàn)預(yù)約申請(qǐng)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室主任批準(zhǔn)后，告知檢驗(yàn)員按照批準(zhǔn)的檢驗(yàn)任務(wù)，在指定的時(shí)間地點(diǎn)領(lǐng)取樣品進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)員負(fù)責(zé)各自的試驗(yàn)臺(tái)位和檢驗(yàn)項(xiàng)目具體操作，按照檢驗(yàn)申請(qǐng)和標(biāo)準(zhǔn)，獨(dú)立完成各自負(fù)責(zé)的檢驗(yàn)項(xiàng)目及記錄等后續(xù)工作。最后將數(shù)據(jù)和結(jié)果等提交給技術(shù)審查員。如果某一產(chǎn)品的檢驗(yàn)流程需要經(jīng)過(guò)m項(xiàng)檢驗(yàn)，那么：為了完成檢驗(yàn)任務(wù)1，產(chǎn)品負(fù)責(zé)人1只需要提交需要檢驗(yàn)任務(wù)1的申請(qǐng)，相關(guān)的檢驗(yàn)員原則上就已經(jīng)確定了。這種檢驗(yàn)員與相對(duì)固定的崗位負(fù)責(zé)人模式有利于降低由于操作人員變更帶來(lái)的影響，減小不確定度，提高置信水平，保證檢驗(yàn)的公正、公開(kāi)、公平。當(dāng)某檢驗(yàn)員請(qǐng)假等特殊情況發(fā)生時(shí)，可以短暫等待或者安排經(jīng)過(guò)專項(xiàng)培訓(xùn)的替補(bǔ)檢驗(yàn)員進(jìn)行檢驗(yàn)，不至于拖延檢驗(yàn)周期，該項(xiàng)改善的實(shí)可以通過(guò)LIMS系統(tǒng)等方法實(shí)施。據(jù)統(tǒng)計(jì)，改善后的平均檢驗(yàn)周期比原平均檢驗(yàn)周期有較為明顯的縮短。

4 結(jié)語(yǔ)

文中運(yùn)用基礎(chǔ)IE的相關(guān)理論，設(shè)計(jì)了適合檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的矩陣式扁平化組織結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了人員結(jié)構(gòu)，提高管理效率。分析了檢驗(yàn)調(diào)度和崗位設(shè)置問(wèn)題，明確了兩者之間的辯證關(guān)系。總結(jié)簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)調(diào)度問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，分析闡述了項(xiàng)目負(fù)責(zé)人制度的弊端，結(jié)合RGPS思想，設(shè)計(jì)出崗位負(fù)責(zé)人制度，縮短了檢驗(yàn)周期。以上方案的順利實(shí)施離不開(kāi)LIMS系統(tǒng)的支持，也是LIMS系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中需要解決的體制和機(jī)制問(wèn)題，兩者相輔相成。

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Optimizing design of the organization structure and inspection schedule in testing laboratory

YIN Jie
(China Coal Technology & Engineering Group Shanghai Research Institute, Shanghai 201401,Shanghai, China)

There are lots of study on the laboratory information management system (LIMS), but they are aim to facilitate the leader management the test of lab, research about the improvement of laboratory management and reform is not deeply enough, and the benefi t for the test of laboratory is limited. Analyzing the organization structure, job position and inspection schedule problems,giving out the optimized design scheme. The implementation of the scheme above need the help of LIMS to carried on, and vice versa, LIMS need the reform to mange all of the business.

Laboratory information management system; Organization structure; Inspection schedule; Optimizing design

2015-12-30

殷 杰，男，中煤科工集團(tuán)上海研究院有限公司，工程師