检测实验室组织结构和岗位设置优化设计.pdf

摘要：虽然目前对实验室信息管理系统（LIMS）研究较多，但是其目的主要是方便管理者了解检验的完成情况， 涉及到实验室管理改善等具体变革改善的研究不够深入，对实验室的检验工作这一主要职能的促进作用比较 有限。从检测实验室的组织结构有序度、岗位设置和检验调度问题两方面进行有针对性地分析，提出优化设 计方案。方案的实施离不开 LIMS 系统的支持，也是 LIMS 实施过程中需要解决的体制和机制问题。 关键词：实验室信息管理系统；组织结构；检验调度；优化设计 收稿日期：2015-12-30 作者简介：殷 杰，男，中煤科工集团上海研究院有限公司，工程师 质量技术监督研究2016 年第 2 期 （总第44期）Quality and Technical Supervision Research NO.2.2016 General NO.44 （中煤科工集团上海研究院有限公司，上海 204101） 检测实验室组织结构和岗位设置优化设计 殷 杰 1 引言 虽然目前对实验室信息管理系统（LIMS）研 究较多，但是其目的主要是方便管理者了解检验 的完成情况，停留在质量体系管理或数据 / 报告 自动生成等软件方面，涉及到实验室管理改善等 具体变革改善的研究不够深入，对实验室的检验 工作这一主要职能的促进作用比较有限。检验管 理才是实验室管理的根基，检验的安排和检验员 的岗位管理至关重要。文中从检测实验室的组织 结构有序度、岗位设置和检验调度问题两方面进 行有针对性地分析，提出改善方案，与读者分享。 2 检测实验室组织结构有序度优化 2.1 组织结构有序度简介 通常组织结构有序度可以描述为 1： m HHR=1 （1） 其中H表示结构熵， m H为系统最大熵，R越 大，组织结构有序度越高。 组织结构有序度通常由代表信息流通时效性 方面的时效有序度和代表信息流通准确性方面的 质量有序度组成，主要有以下几种表达方式： 基于乘积 2 RRR I = （2） 基于范数2 2 2 2 RRR I += （3） 基于权重321 RRRba+= （4） 权重系数ba 一般取 0.5。 1 R为时效 , 用 来表示组织在信息流通时效性方面的时效有序度， 2 R为质量，表示组织在信息流通准确性方面的质 量有序度组成。组织结构有序度越高 , 组织的效 率就越高。 组织结构的时效可以表示为： m HHR 111 1= （5） 其中组织时效熵( ) jiHH 1 1 = ，(i j)；组 织最大时效熵 11 lnA = m H； ( )( )( )ji lnP ji P - jiH 11 1 =； = ji LA1 ，( ij ) ； ( ) A jiP 1 1 = ji L， ji L表示两元素联系的最短路径。 直接相连的长度为1, 每经过一个其它元素则加1。 组织结构的质量可以表示为： m HHR 222 1= （6） 其中组织质量熵( ) iHH 2 2 = ；组织最大质量 熵 22 lnA = m H ； ( )( )( )i lnP i P- iH 222 =； = i KA2 ；( ) A iP 2 2 = i K； 表示该元素的联系幅度（与该元素有直接联系的 元素数量）。 2.2 检测实验室组织结构有序度改善 通常检测实验室的组织结构可以归纳为金字 塔型组织结构。图 1 是较为常见的检测实验室金 字塔型组织结构，其拓扑图为图 2。1 代表中心领 导层，2 代表业务办公室，3 代表技术管理部。 456 代表 3 个所及其办公室，7 13 代表下属的 7 个检验室。省略了与检验业务无直接关系的综 合办公室， 资产财务部， 检测技术研究所3个部门。 图中共有 13 个元素，其中“”表示系统的第 1 个元素，“”表示元素与元素之间具有直接 信息流，即联系。 图 1 金字件型组织结构图 图 2 金字件型组织结构拓扑图 笔者根据扁平化和矩阵式理论，简化了组织 结构见图 3，对应的业务关系见图 4，对应的拓扑 图见图 5。 图 3 矩阵式扁平化组织结构图 图 4 业务关系图 图 5 扁平化组织结构拓扑图 经过式（式 1 6）的计算，比较金字塔型 组织结构和矩阵式组织结构的有序度（见表 1）， 后者都优于前者。 表 1 组织结构有序度计算表 由此可见，由中心领导层直接领导 3 个检测 检验所，业务办公室和技术管理部协同的矩阵式 扁平化组织结构更加科学高效，具有明显优势， 由此产生的管理负担可以通过 LIMS 系统等方式弥 补。 实现以上组织机构变革的同时， 将综合办公室、 业务办公室、技术管理部等职能部门的部分人员 调整到检验室， 补充基层检验人员数量， 一举多得。 3 岗位设置和检验调度问题优化 3.1 问题归纳 检验实验室的工作内容不仅限于简单的数据 测试和试验结果汇总等例行检验工作，往往还承 担图纸和技术审查等型式检验工作。为了保证公 正性通常要求实验过程要有两名检验员在场，通 常实行以产品为对象的产品负责人制度（检验室 的基层员工大都定岗为产品负责人），其工作职 责如图 6 所示。产品的检验任务分配给一个产品 负责人后，由其全权负责随后的检验事项，一方 面要对该产品进行技术审查并参与检验，另一方 面还要找其他同事监督试验过程（如图 7 所示）。 为了完成检验任务 1，产品负责人 1 可以在 g-1 个候选人中任意选择 1 个，即有 g-1 种选择。以 此类推，当全部完成 m 项检验，产品负责人 1 在 g 个候选人中进行了() m g1次选择，然而这种选 择还可以是固定搭档的伪选择（图 8）。这种要 求产品负责人同时负责大量技术审查和检验任务， 并且控制其流程的混连工作就是检验调度问题， 当其超过一定规模是就会超出常人的统筹能力， 太多的无序性汇聚最终会导致混乱。此外由于整 个工作量和协调难度都很大，往往容易受到来自 各方面的影响，仅依靠个人能力和自律性还远远 不够，相应的监管制度也有待完善。笔者将单个 检验项目与整体检验任务之间的相互关系归纳为 图9。 由此可见， 检验调度问题涉及样品、 试验台位、 检验时间、检验人员四项资源的最优安排，而无 特定的检验顺序约束，类似于开放式车间调度问 题 (Open Shop Scheduling Problem,OSSP)。 图 6 产品负责人的职责 图 7 产品负责人的工作 图 8 检验工作的非正常组合 图 9 单个检验项目模型 一般的多目标优化问题，可以大致归结为 F 个可能互相冲突的目标和 G 个可能相互制约的约 束，因此这类问题的求解往往比较复杂，数学上 一般的优化问题均可表示为 4： 目标函数()zyxfF,min=； RF （7） 约束条件()0,zyxG；zyx, （8） 3.2 改善研究 3.2.1 利用视频监控 产品负责人制度中另一名检验员的选择使得 该调度问题的求解范围和难度大大增加。目前视 频监控技术已经非常成熟，利用视频录像可以监 控实验的全过程，因此实验可以由一名检验员独 立完成，省去了选择另一名检验员的步骤。因此 笔者对原检验调度问题进行了简化，描述为：已 知 n 个样品，g-1 个检验员，每个检验样品要在 m 个试验台位上接受一个检验员之一的检验，检验 顺序无要求。某一时刻某一样品最多只能在一个 试验台位上接受一个检验员的检验，任意检验员 和试验台位最多只能检验一个样品 5。 对于简化后的检验调度问题描述，前人已经 归纳提炼了经典的数学模型： 目标函数：( ) JTmaxmin； 约束条件：（从略）。 由于该问题已经被证明是 NP-hard 问题 6， 缺少行之有效的解决方法，在实际 OSSP 问题研究 中常用的方法有精确算法，启发式算法，智能优 化算法等等，此处不展开论述。 3.2.2 固定检验员岗位 张志英指出：由于空间调度问题的复杂性和 NP-hard 特性，对于大规模问题几乎不可能利用 运筹学方法建立数学模型进行优化求解，目前只 能从缩小问题规模和降低求解难度两个方面进行 探索 7。笔者研究和查阅了关于类似问题的多篇 文献 8 11，发现随着调度资源规模的增大，一 方面检验员穿梭在赶往各个试验台位的路上，有 一定的时间损耗。另一方面检验员在一个实验台 位上的时间逐渐增加，即一段时间内只做一种实 验。何克清等人提出了 RGPS 关联元模型理论 12， 受此启发，笔者想到将检验员的角色固定下来可 以减少一个系统变量，该检验调度问题可以简化 为试验台位与检验时间投影所构成的二维平面问 题，求解难度随之降低。具体实施方案是将人员 划分成纵向的技术审查员和横向的检验员两类， 使前文模型中的试验台位与进行操作的检验员合 并成一个角色，笔者称之为岗位负责人制度。岗 位负责制度的角色关系见图 10，岗位负责制度下 的检验工作一般组合如图 11 所示。 图 10 岗位负责人的角色关系 图 11 检验工作的一般组合 3.2.3 流程优化 各个实验室主任收到委托检验任务后，先分 配给技术审查员，待技术审查员参照标准审查完 毕后，提交相关的检验预约申请，经实验室主任 批准后，告知检验员按照批准的检验任务，在指 定的时间地点领取样品进行相关检验，检验员负 责各自的试验台位和检验项目具体操作，按照检 验申请和标准，独立完成各自负责的检验项目及 记录等后续工作。最后将数据和结果等提交给技 术审查员。如果某一产品的检验流程需要经过 m 项检验，那么：为了完成检验任务 1，产品负责 人 1 只需要提交需要检验任务 1 的申请，相关的 检验员原则上就已经确定了。这种检验员与相对 固定的岗位负责人模式有利于降低由于操作人员 变更带来的影响，减小不确定度，提高置信水平， 保证检验的公正、公开、公平。当某检验员请假 等特殊情况发生时，可以短暂等待或者安排经过 专项培训的替补检验员进行检验，不至于拖延检 验周期，该项改善的实可以通过 LIMS 系统等方法 实施。据统计，改善后的平均检验周期比原平均 检验周期有较为明显的缩短。 4 结语 文中运用基础 IE 的相关理论，设计了适合检 测实验室的矩阵式扁平化组织结构，优化了人员结 构，提高管理效率。分析了检验调度和岗位设置问 题，明确了两者之间的辩证关系。总结简化了检验 调度问题的数学模型，分析阐述了项目负责人制 度的弊端，结合 RGPS 思想，设计出岗位负责人制 度，缩短了检验周期。以上方案的顺利实施离不开 LIMS 系统的支持，也是 LIMS 系统实施过程中需要 解决的体制和机制问题，两者相辅相成。 参考文献 1 张凯.扁平化管理在华北石化公司的应用研究;硕 士学位论文 . 天津 : 天津大学 ,2005. 2 洪巍 . 基于信息熵的大型工程项目管理组织结构选 择模型 J. 系统科学学报 ,2012,(11):42-45. 3 朱荣华 .基于熵模型对企业组织结构有序度分析J. 现代管理科学学 ,2007,(3):79-80. 4 郭江， 郑维智.遗传算法在PID控制系统中的应用J. 新疆工学院学报 ,1999,(6):111. 5 王凌 . 车间调度及其遗传算法 . 北京 : 清华大学出 版社 ,2003. 6 T.Gonzalez and S.Sahni,Flowshop and jobshop schedules: eomplexity and approximation. Operations Research,1978,(26): 36-52. 7 张志英.空间调度问题的非线性规划分析求解方法J. 计算机集成制造系统 .2010,(6):1277. 8 王军强 , 银洲 , 崔福东等 . 最大化顾客满意度的婚纱 摄影服务调度优化 . 第三十二届中国控制会议论文 集（B 卷）C.2013:2627-2632. 9 谷峰 . 柔性作业车间调度中的优化算法研究 . 博 士学位论文 . 合肥 : 中国科学技术大学 ,2006. 10 张青 . 基于遗传算法的车间调度问题研究 . 硕士 学位论文 . 长春 : 长春理工大学 ,2012. 11 张晓龙.作业车间调度优化问题