電子實驗記錄系統實施——之業務分(fēn)析篇

1  介紹

電子實驗記錄在國外如火如荼，在國内方興未艾。作爲一款兼具管理(lǐ)型和(hé)工具型特點的(de)軟件在其實施方式和(hé)實施策略上尤其獨特之處。完全采取管理(lǐ)型軟件的(de)思維去做(zuò)ELN肯定是行不通(tōng)的(de)。想要做(zuò)好ELN的(de)實施，必須充分(fēn)地理(lǐ)解實驗室研究人(rén)員(yuán)的(de)研究工作，而不是僅僅去調研大(dà)面上的(de)東西，諸如試劑信息，人(rén)員(yuán)信息，幾個(gè)表格之類的(de)。可(kě)以說，你對(duì)用(yòng)戶工作理(lǐ)解的(de)程度決定了(le)ELN中實驗模闆設計的(de)高(gāo)度。要做(zuò)到這(zhè)一點，首先要分(fēn)析你的(de)目标用(yòng)戶（即生物(wù)，工藝，合成，分(fēn)析等等）具體是怎樣開展日常研究活動。理(lǐ)解這(zhè)些過程将對(duì)ELN的(de)開發、配置、部署産生重要影(yǐng)響，也(yě)是一個(gè)ELN項目成功的(de)必要條件。

ELN最終的(de)實施成果體現在實驗模闆的(de)設計上，實驗模闆的(de)設計又決定于兩個(gè)因素，一個(gè)是實驗過程所涉及到的(de)數據，還(hái)一個(gè)是實驗室内部的(de)協作方式。

2  實驗記錄數據結構分(fēn)析

實驗操作和(hé)記錄是一個(gè)物(wù)流和(hé)信息流并行的(de)過程。從物(wù)流的(de)角度講，實驗時(shí)所用(yòng)到各種試劑，原材料都屬于輸入性的(de)流入，而産生的(de)樣品則是輸出。從輸入到輸出的(de)轉換過程則是由實驗人(rén)員(yuán)的(de)實驗操作和(hé)儀器設備協同作用(yòng)所引起的(de)。從信息流的(de)角度講，項目的(de)背景信息、原材料的(de)各種屬性、儀器設備的(de)各種運行條件、實驗操作的(de)各種參數都是輸入，輸出的(de)則是樣品的(de)各種性能或結論性數據，這(zhè)中間涉及各種數據轉換、分(fēn)析、計算(suàn)的(de)處理(lǐ)過程。從實驗開始到實驗結束就是一個(gè)數據不斷産生的(de)過程。

從ELN實施的(de)角度來(lái)講，我們需要将ELN能提供的(de)數據容器與目标用(yòng)戶所産生的(de)數據匹配起來(lái)。我們需要把實驗過程中産生的(de)數據分(fēn)成兩類，一類是輸入型的(de)數據，一類是輸出型的(de)數據。對(duì)于輸入型的(de)數據必須仔細分(fēn)析實驗的(de)全過程，将數據源都找出來(lái)，常見的(de)輸入數據源有儀器數據（包括儀器基本信息和(hé)測試數據）、實驗過程觀測數據、外部文獻數據、項目背景信息、原材料信息、以及他(tā)人(rén)提供的(de)數據。這(zhè)裏特别需要注意的(de)是實驗過程産生的(de)樣品相關數據，從物(wù)流的(de)角度講，樣品屬于輸出型流出，但從信息的(de)角度講，樣品的(de)分(fēn)析測試數據屬于實驗的(de)輸入數據。以上各種輸入型數據經過數據抽取（Extract）、清洗（Cleaning）、轉換（Transform）、裝載（Load）後進入各種統計計算(suàn)工具處理(lǐ)得(de)出結果。從ELN滿足數據記錄完整性的(de)目的(de)來(lái)講，ELN必須能夠存放或關聯所有的(de)輸入型數據和(hé)輸出型數據（結論），包括中間處理(lǐ)過程。ELN模闆的(de)設計者要也(yě)要考慮輸入和(hé)輸出的(de)數據分(fēn)别放在ELN的(de)哪些模塊中，以及這(zhè)些模塊之間的(de)關聯關系。我們經常看到一些單位的(de)實驗記錄本隻記載了(le)如何做(zuò)的(de)實驗，對(duì)于實驗的(de)結果與結論絲毫沒有提及，這(zhè)樣的(de)實驗記錄其實是沒有任何意義的(de)。

搞清楚數據來(lái)源和(hé)輸出之後，我們需要進一步分(fēn)析這(zhè)些數據源的(de)格式和(hé)使用(yòng)方式。數據的(de)格式和(hé)使用(yòng)方式是分(fēn)不開的(de)。很多(duō)數據源，特别是儀器一般會提供多(duō)種數據格式的(de)文件，這(zhè)時(shí)就需要我們結合數據的(de)使用(yòng)方式去決定其使用(yòng)格式了(le)。例如對(duì)于紅外光(guāng)譜，可(kě)以輸出圖片型的(de)光(guāng)譜圖，也(yě)可(kě)以輸出光(guāng)譜的(de)散點數據，如果僅僅是判斷物(wù)質結構用(yòng)圖片就夠了(le)，但如果需要與其他(tā)光(guāng)譜進行比較，那麽散點數據就是必須的(de)了(le)。在ELN中，我們需要根據數據的(de)使用(yòng)格式選擇合适的(de)模塊存放數據。如果數據要參與計算(suàn)的(de)，那麽就盡量結構化(huà)。在數據使用(yòng)方式上，我們除了(le)考慮單個(gè)實驗中的(de)數據使用(yòng)，也(yě)要考慮全局性的(de)數據利用(yòng)，例如對(duì)項目全局，或實驗之間進行數據的(de)抽取和(hé)比較，也(yě)會進一步限定數據的(de)記錄格式。特别是針對(duì)結果或結論型的(de)數據，由于其已經是一個(gè)實驗最終結果了(le)，在單個(gè)實驗記錄中以任何形式存放都是合适的(de)，但如果這(zhè)些數據将來(lái)要參與跨實驗或跨項目的(de)利用(yòng)，在存放形式就需要專門考慮。

在數據的(de)利用(yòng)形式上，還(hái)要考慮到查詢。電子記錄的(de)優點在于數據查詢和(hé)挖掘，并從多(duō)個(gè)實驗相結合的(de)角度将數據轉化(huà)爲信息的(de)能力。這(zhè)方面的(de)分(fēn)析将決定數據的(de)存儲方式和(hé)将來(lái)數據的(de)可(kě)利用(yòng)程度。

以上是從靜态的(de)角度講針對(duì)每一個(gè)不同的(de)用(yòng)戶群體，不同的(de)研究領域，需要根據其數據的(de)特點設計滿足需要的(de)記錄方式。當然這(zhè)也(yě)是在實驗模闆設計中主要考慮的(de)方面，但實驗室中協作是避免不了(le)的(de)。除非你完全忽視其存在，否則這(zhè)種協作關系最終也(yě)會影(yǐng)響到實驗模闆的(de)設計形态。

3  實驗記錄工作流分(fēn)析

僅僅在ELN中實現實驗記錄的(de)功能在現在這(zhè)個(gè)時(shí)代背景下(xià)是不能充分(fēn)滿足用(yòng)戶需求的(de)。這(zhè)個(gè)需求既是管理(lǐ)上的(de)，也(yě)是技術上的(de)。ELN項目實施的(de)成功想要獲得(de)管理(lǐ)人(rén)員(yuán)的(de)認可(kě)，僅僅去展示如何去做(zuò)實驗記錄是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的(de)。說到底，實驗記錄太接地氣了(le)。從技術上講，日常人(rén)員(yuán)之間協作産生的(de)數據交換本身也(yě)是在ELN中建立這(zhè)種流程體系的(de)内在需求。

電子實驗記錄的(de)工作流分(fēn)成兩種，一種是實驗記錄的(de)審簽流程，一種是實驗人(rén)員(yuán)之間的(de)協作流程。

對(duì)于第一種工作流來(lái)說，屬于鋼性需求。不管對(duì)于任何行業，紙質記錄的(de)見證人(rén)簽字都是必須的(de)，這(zhè)一點如果馬虎對(duì)待，發生專利糾紛時(shí)就有苦頭吃(chī)了(le)。紙質記錄遷移到電子記錄同樣要遵循見證人(rén)簽字的(de)流程。如果你去調研實驗人(rén)員(yuán)，他(tā)們對(duì)這(zhè)個(gè)需求不會太敏感，甚至不會太在乎。如果去調研法務部門或者知識産權部門，回答(dá)就會截然不同。除了(le)見證人(rén)簽字，有些單位還(hái)要求進行審核，包括實驗方案的(de)審核和(hé)實驗結果的(de)審核，這(zhè)種情況下(xià)就要在一般的(de)兩級見證人(rén)簽字的(de)工作流中增加節點。

對(duì)于第二種工作流，主要是指人(rén)員(yuán)與人(rén)員(yuán)之間在數據上的(de)協作。不同的(de)領域，不同部門之間的(de)協作方式往往不一樣。與前述的(de)文檔審批工作流不一樣的(de)是這(zhè)種數據協作的(de)工作流還(hái)往往會影(yǐng)響到實驗模闆的(de)設計。下(xià)面分(fēn)别說明(míng)。

在一個(gè)實驗由多(duō)個(gè)人(rén)協作完成的(de)情境中，在創建實驗後，主要負責人(rén)和(hé)實驗的(de)參與人(rén)都需要在實驗中補充數據。實驗記錄在實驗人(rén)員(yuán)之間逐次傳遞，數據補充完整的(de)實驗記錄最後回到實驗創建者手中。舉個(gè)例子說明(míng)一下(xià)，一些工藝學研究就屬于這(zhè)種類型。不管是化(huà)學工藝還(hái)是生物(wù)工藝，往往執行輪班作業。采用(yòng)紙質記錄時(shí)往往在記錄工藝參數之後要寫上記錄人(rén)，而電子記錄則會從登陸系統的(de)人(rén)的(de)身份上去判斷。

很多(duō)實驗室都會有一些資源上的(de)共享，例如分(fēn)析配制的(de)母液，緩沖液，中間體、載體、細胞系等等，這(zhè)些資源大(dà)家都可(kě)以用(yòng)，但這(zhè)些資源創建的(de)過程是實驗室中某一些人(rén)做(zuò)的(de)，隻有他(tā)們那裏才有詳細的(de)記錄。當我們需要使用(yòng)這(zhè)些資源時(shí)就需要引用(yòng)其創建過程，以表明(míng)物(wù)品和(hé)數據的(de)源頭。體現在ELN中就需要根據這(zhè)些資源的(de)編号能快(kuài)速獲取其制備過程的(de)記錄，或者将這(zhè)些記錄鏈接到使用(yòng)者的(de)實驗記錄上。

這(zhè)裏還(hái)要說到的(de)一種是樣品的(de)傳遞，既包括實物(wù)的(de)傳遞也(yě)包括信息的(de)傳遞。這(zhè)些樣品的(de)去向主要有兩個(gè)，一個(gè)是傳統的(de)分(fēn)析實驗室，一個(gè)是活性評價實驗室（或者叫性能評價實驗室）。對(duì)于分(fēn)析實驗室已經配備了(le)LIMS系統的(de)用(yòng)戶來(lái)說，需要的(de)隻是ELN與LIMS之間做(zuò)好整合:以前在LIMS中提交樣品轉移到ELN中提交樣品，分(fēn)析結果也(yě)直接返回到eLN中來(lái)。對(duì)于沒有任何信息系統的(de)用(yòng)戶來(lái)說，此時(shí)很可(kě)能會提出要求在ELN中實現樣品提交和(hé)結果返回的(de)功能。對(duì)于提交到活性評價實驗室的(de)樣品，即便上了(le)LIMS的(de)用(yòng)戶也(yě)很少将這(zhè)種合作關采用(yòng)LIMS去實現，此時(shí)就需要用(yòng)戶權衡放在哪個(gè)系統中了(le)。

4  對(duì)需求進行分(fēn)級

搜集到的(de)需求一般有三類:

       •    必須有

       •    期望有

       •    最好有

搜集到這(zhè)些需求之後，首先要與軟件本身所有的(de)功能做(zuò)差異分(fēn)析。把那些軟件現有功能滿足不了(le)的(de)需求單獨列出來(lái)，再按照(zhào)上面的(de)三個(gè)層次進行分(fēn)級。這(zhè)裏重點是第一個(gè)層次，也(yě)就是剛需“必須有”。滿足這(zhè)個(gè)條件的(de)需求必須符合兩個(gè)關鍵标準，第一是軟件本身無法通(tōng)過配置實現，二是該項功能能顯著提高(gāo)用(yòng)戶的(de)工作效率，或者對(duì)數據完整性十分(fēn)必要。滿足這(zhè)兩個(gè)條件，就必須通(tōng)過二次開發實現了(le)，好在現在很多(duō)ELN都提供二次擴展的(de)功能。把必須實現的(de)功能開發完成，ELN就可(kě)以開始部署了(le)。”期望有”和(hé)“最好有“的(de)需求在用(yòng)戶實際體驗之後再逐步實現，有些甚至可(kě)能都不需要實現了(le)，因爲用(yòng)戶在軟件使用(yòng)後想法也(yě)會發生改變。用(yòng)戶在不了(le)解軟件的(de)時(shí)候提的(de)一些想法可(kě)能并沒有實際意義，停留在紙面上，看起來(lái)比較美(měi)好而已。

在功能實現方面，在國外早期做(zuò)ELN實施時(shí)有一個(gè)提法叫“Paper on Glass”,,意思是僅僅是把原來(lái)紙質的(de)換成了(le)玻璃屏幕的(de)，換句話(huà)說就是把用(yòng)筆寫僅僅換成鍵盤輸入。這(zhè)樣做(zuò)的(de)目的(de)就是盡量不改變現有的(de)記錄習(xí)慣，讓用(yòng)戶更快(kuài)地上手用(yòng)起來(lái)，然後在用(yòng)的(de)過程中逐步把相關的(de)功能加進來(lái)。當然這(zhè)是很早期的(de)做(zuò)法，現在的(de)ELN，即便功能最簡單的(de)也(yě)會或多(duō)或少要用(yòng)戶做(zuò)些改變，例如說原來(lái)直接寫的(de)變成讓用(yòng)戶下(xià)拉選擇的(de)，原來(lái)要自己用(yòng)計算(suàn)器算(suàn)一下(xià)的(de)變成了(le)自動計算(suàn)的(de)，這(zhè)些小的(de)方面的(de)變化(huà)不僅沒有使用(yòng)戶感到太突兀，反而帶來(lái)了(le)很多(duō)便利，大(dà)家樂(yuè)于接受，從數據管理(lǐ)的(de)角度來(lái)說規範了(le)數據錄入，避免了(le)錯誤，改善了(le)檢索的(de)效度。僅僅把手寫輸入改爲鍵盤錄入，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是ELN 的(de)最終目的(de)，如今的(de)産品經過十多(duō)年的(de)發展早已具備适應各個(gè)領域的(de)特色化(huà)功能，包括化(huà)學反應的(de)錄入和(hé)計量學計算(suàn)，溶液配制、計算(suàn)與統計等諸多(duō)功能。

總之，實施的(de)策略就是逐步添加功能，先加上比較簡單的(de)，易于使用(yòng)的(de)，後續再采用(yòng)錦上添花的(de)方式不斷加入。這(zhè)是一個(gè)不斷進化(huà)的(de)過程，即便再先進智能化(huà)的(de)東西一步到位會讓很多(duō)的(de)實驗人(rén)員(yuán)一時(shí)茫然無措，反而會起到反作用(yòng)。