The Development and Design of Laboratory Information Management System Based on J2EE

Dechuan Kong, Xiaoqin Ma,Yong Huang, Li Li

Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang, Henan, China, 453003

Email: kdc@hist.edu.cn, xiaoqinma@hist.edu.cn, huangkyong@shou.com, lil@hist.edu.cn

Abstract: Aiming at the characters of laboratory management of Experiment Center of Henan Institute of Science and Technology, object-orientation technology and modularization design method are used; MVC three layers design thought and software engineering method are applied to realize B/S model laboratory management information system. This article gives a set of complete solutions and system realization method. The operation of this system can improve the quality of work and broaden the range of service. It is propitious to realize resource sharing and has a good impact of improving the work efficiency, so it has a certain practi-cal and spreading value.

Keywords: J2EE; LIMS; MVC

基于 J2EE 的实验室信息管理系统的开发设计

孔德川，马孝琴，黄勇，李莉

河南科技学院，河南新乡，中国，453003

Email: kdc@hist.edu.cn, xiaoqinma@hist.edu.cn, huangkyong@shou.com, lil@hist.edu.cn

摘 要：针对河南科技学院实验中心实验室管理的特点，采用面向对象技术和模块化设计方法，应用

MVC 三层设计思想和软件工程方法，实现 B/S 模式的实验室管理信息系统，给出了一套完整的解决方

案和系统的实现方法。该系统的运行，为改善工作质量、扩展服务范围，有利于实现资源共享，提高

工作效率发挥很好的作用，具有一定的实用价值和推广价值。

关键词：J2EE；LIMS；MVC

1 引言

实验室信息管理系统(Laboratory Information Man-

agement System)是以实验室为中心，将操作人员、仪器

设备、实验方法、设施环境等影响分析数据的因素有机

结合起来，采用先进的计算机网络、数据库技术和标准

化的实验室管理思想，组成一个开放的分布式体系，为

实现分析任务网上分配、检测数据采集、快速发布、信

息共享、分析报告自动生成、质量保证体系顺利实施、

成本严格控制、人员量化考核、实验室管理水平整体提

高等各方面提供技术性支持，是连接实验室、管理部门

及客户的信息平台。

在现代实验室中，随着仪器设备自动化程度的不断

提高以及，使实验室的功能得到不断加强，由此产生的

数据量和信息量迅速增大，作为一种信息资源，实验室

的分析数据应该有规范的贮存和再加工能力，这就对现

有实验室的管理提出了更高的要求。对于我院，传统上

基于人工管理的实验室管理模式肯定不能满足实验室

管理的需求，所以开发适合本单位实验室实际情况的基

于网络平台的河南科技学院实验室信息管理系统

(HIST-LIMS )成了当务之急。

2 技术背景

近年来，J2EE 平台发展迅速，己成为开发企业级

应用的事实标准和规范。该平台是应用程序编程接口、

服务和协议的统一集合。伴随着 Internet 技术的飞速

发展，Web 技术己从 初简单的文档浏览发展到如今

复杂的企业级应用。J2EE 平台凭借其良好的可移植

性、可扩展性等特性，得到了广大 Web 应用系统开发

人员的广泛关注。将 J2EE 平台与 Web 技术相结合，

开发具有良好移植性和扩展性的企业级 Web 应用，己资助信息：河南科技学院实验室建设与管理改革资助项目

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成为当今 Web 技术发展的主流趋势。

传统基于 J2EE 的 Web 应用软件开发过程中，

J2EE框架用 JSP / Servlet / EJB的三层结构来分离Web

信息系统的界面显示/业务处理/数据信息三层逻辑，实

践证明这种简单的分离在 Web 应用开发中使得 Html

和 Java 代码强耦合在一起，显示逻辑和业务逻辑混淆

不清，Web 界面和业务逻辑交叉在一起，这样就会导

致我们开发出来的程序难于重复使用，系统维护工作

专业性太强不利于用户使用等诸多问题。由于企业级

Web 应用系统的开发通常要求有一个良好的软件体系

结构、更多的技术和经验的积累、更强的项目管理，

而传统 Web 应用系统的开发方式却不能很好的满足

这些要求。为了解决这一问题，许多开发者提出了基

于 Web 应用框架的 Web 应用开发方式。

HIST-LIMS 系统的开发采用 MVC 模式以及两个

开源框架 Struts 和 Hibernate，然后结合这两种技术构

建 Web 应用，Web 应用的表示层由 Struts 框架来实现，

Hibernate 框架完成了对象和关系之间的映射，从而实

现业务层和数据库层之间的交互。这两种框架结合起

来充分发挥了两者的优点，使基于二者的 Web 应用开

发简洁、结构清晰、有很好的可扩展性和可维护性，

非常适合面向对象的设计和开发。

3 系统概述

3.1 系统的总体要求

本系统在开发中要采用技术先进的硬件、网络平

台、操作系统、数据库、应用开发工具。建立规范的

实验室信息处理数据库，具有数据纠错和自动修复能

力。系统操作灵活方便，一般实验人员经短期培训即

可使用。系统开发采用三层的 B/S 体系结构，具有可

维护性和可扩充性，使其能够适应不断发展的业务需

要。系统采用一定的安全措施，有数据备份等功能，

能确保系统的安全可靠性；对使用用户有严格的分级，

对不同用户配置不同权限和密码。

3.2 系统功能需求分析

河南科技学院 LIMS 系统的主要用途，是对实验

中心管理的各实验室的日常的工作流程进行管理，以

便提高工作效率。通过对教学科研实验中心的初步调

研和分析，根据实验室的实际情况制定开发的目标：

实现实验中心所有测试项目实验数据的统一采

集、管理。

采用手工输入的方式输入分析结果，实现按规

程自动计算的功能。

针对不同类型实验设备的数据进行智能化数据

分类、统计，并按实验室规程进行计算，导出

各类分析、统计报表，很好地进行数据挖掘。

对科研项目的前期调研、立项、中间过程和成

果审核全套流程等进行管理。

加强实验仪器设备、药品试剂和备品备件等物

资的管理。

做好与实验室相关文献管理。

能将中小型 DCS 系统和数据采集系统结合起

来，完成联合数据分析。

为色谱工作站以及今后的各类仿真系统，留出

数据接口。

3.3 数据库系统的选择

根据需求，实验中心对数据库系统提出了以下几

点技术要求：

基本要求：在用户大量多线程、多进程并发查

询的情况下，保证系统稳定和可靠；具有良好

的可伸缩性，可以对系统资源扩充时对负荷自

动分配和调整。

网络结构：支持客户端、应用服务器、数据库

服务器三层客户/服务模式体系结构。

开放性：支持开放的主流硬件平台、操作系统

平台、支持 TCP/IP 网络协议；支持基于关系型

模型的数据库访问和通过 ODBC 对数据库进行

访问。

安全性：提供多级数据库安全机制，并支持数

据加密存储和传输及冗余控制。

可靠性：支持软硬件容错，支持数据库逻辑备

份/恢复和物理备份/恢复，支持磁盘镜像，支持

数据库日志，具有在线联机备份和恢复功能。

根据以上要求，我们决定 HIST-LIMS 系统采用

Microsoft SQL Server 2000 作为数据库系统，具有使用

方便、可伸缩性好、与相关软件集成程度高等优点。

并可跨越多种大型多处理器的服务器平台使用。

3.4 功能模块的划分

根据用户的需求分析河南科技学院实验室信息管

理系统（HIST-LIMS）主要包括：样品检测管理、辅

助资源管理、日常办公管理、质量体系管理、仪器通

信管理、仪器设备管理六大功能模块。HIST-LIMS 系

统功能模块如图 1 所示。

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Figure 1. The modules of HIST-LIMS

图 1. HIST-LIMS 系统功能模块

3.4.1 样品检测管理模块

日常样品分析和实验过程中运行 为频繁的模

块。该模块也是实验中心日常运行的核心业务的模块。

它为样品分析所涉及的所有业务提供了支持，包括实

验安排、样品登录、分样、送检、数据登录、资料提

交、审核、报告打印、争议请求与处理、原样管理、

原始记录查询等等各个方面。

3.4.2 辅助资源管理模块

该模块是针对着实验室的实验药品、试剂、耗材

等进行管理，分为物资管理模块、计划管理模块和库

存管理模块三个子模块，使实验室的物资管理成本降

到 低。

（1）物资管理模块

主要为物资管理员提供物资领用、调配、管理功

能，方便实验人员使用物资，同时能及时了解物资使

用情况，避免浪费现象的出现。

（2）计划管理模块

主要是针对实验室内所需的材料提出购买申请，

交由有关领导进行审批的过程进行管理。当实验人员

通过物资管理模块发现自己所需实验辅助物资缺少

时，可提出物资购买计划申请，由物资管理员对物资

计划进行初步审核，并通过库存管理模块查询库存情

况，如果库存确实无法满足实验人员需要，则直接送

交领导进行审批，领导审批后再将审批结果反馈给物

资管理员，由物资管理员将审批结果录入到

HIST-LIMS 中，并通知采购人员进行物资采购，当采

购人员采购回物资以后，再通知实验人员领取相关物

资。

（3）库存管理模块

向物资管理员提供了基本的输入、输出和数据管

理的功能。利用网络的便利性，可实现实验人员权限

范围内的数据共享，使实验人员及时了解当前实验中

心内药品、试剂、耗材的库存情况，及时上报物资采

购计划，对物资资源管理可以起到不可替代的作用。

HIST-LIMS

3.4.3 日常办公管理模块 仪器设备管理

样品检测管理

辅助资源管理

质量体系管理

日常办公管理

仪器通信管理

主要实现实验中心日常工作管理和系统维护等功

能。该模块对保证 HIST-LIMS 系统的正常运行具有重

要的意义。通过这个模块中系统管理员可以在

HIST-LIMS 系统内进行信息发布、人员管理、房屋管

理、文献档案管理、系统初始化、设定用户权限、系

统设定和数据维护等工作。

3.4.4 质量体系管理模块

主要用来保证测试质量的可靠性。测试质量差异

或波动一般是由人、设备、样品、操作方法和环境条

件等因素的影响造成的。按照它们对测试质量的影响

不同，可分为不可避免和可避免的两类因素。前者是

经常存在的，对测试质量影响较小，带有随机性或偶

然性，后者是突然发生的，对测试质量影响较大，或

前后不一致，带有系统性。这两种不同性质的因素可

凭数理统计的理论和实际经验加以识别。若测试质量

差异全是由随机因素所引起，则测试质量特征的分布

一般形成正态分布，若测试质量特征的分布离开正态

分布很远，我们就可以断定对产品质量影响的因素里

含有可以避免的部分。在获得足够的信息之后，就能

够确定产生系统性因素的原因，并加以消除，从而保

证测试结果的准确。

3.4.5 仪器通信管理模块

主要为色谱工作站、电化学工作站等今后各类仿

真系统，留出数据接口，为以后实现测试数据直接从

仪器设备采集及虚拟实验室的建立做准备。

3.4.6 仪器设备管理模块

主要用来管理实验中心所辖价值 500 元以上仪器

设备，配合学校资产部门，做好固定资产的管理工作。

实现仪器设备信息登记、保管人变更、维修维护情况

查询以及设备报废处理等功能。

3.5 系统权限的分配

根据不同用户在本系统运行过程中的不同需求，

HIST-LIMS 针对不同的用户提供了不同的权限设置，

具体设置如表 1 所示

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Table 1. The User’s Permission settings

表 1. 用户权限设置

用户类别 用户权限

中心主任 拥有查询、修改、打印输出全系统信息权限。有审核

实验项目、物资购置计划、实验数据等权利。

科室主任 拥有查询、修改、打印输出本实验室相关信息权限

系统管理员 拥有人员管理、权限设定、系统参数设定等系统管理

员权限。

物资管理员 拥有物资管理系统的录入、修改、查询、打印、物资

购置计划审核上报等权限

设备管理员 拥有设备管理系统的录入、修改、查询、打印等权限

实验人员 拥有样品检测管理系统的样品录入、实验数据录入、

修改、上报等权限

一般人员 拥有查询、浏览系统公开信息的权限

3.6 系统网络设计

由于本系统软件采用 B/S 模式开发，采用 MVC

三层结构，需要配置 WEB 服务器、数据库服务器，

根据实验中心现有计算机设备和网络设备情况，我们

将这两个服务器放在同一台服务器内进行配置。

Web 服 务 器 我 们 选 择 为 符 合 J2EE 规 范

Tomcat5.2.4 服务器、客户端浏览器为 IE6.0 以上版本，

数据库服务器采用 Microsoft SQL Server 2000。

今后随着实验中心业务量的增加，可以再增加一

台服务器，把 WEB 服务器和数据库服务器分开在两

台服务器上配置，并在它们之间采用高速网络连接，

从而使在有大量数据交换时，数据将被平衡到两台服

务器上，使两台服务器负载均匀，使用户端在使用时

可以获得很快的响应速度

4 成效与不足

我国实验室的总体技术水平和管理水平与发达国

家相比还有相当的差距。LIMS 技术就是网络时代提

高实验室整体水平的一个重要工具，是实验室必然的

发展趋势，将会给实验室管理和工作质量控制产生较

大的效益。

通过 HIST-LIMS 系统的使用大大提高实验室的

管理水平，提高了工作效率。为样品检测数据的保存、

交流和加工提供了高效和科学管理的平台，并实现了

实验室各环节的全面量化和质量管理。借助计算机网

络，实验室内部实现网络化管理，实现了对管理和检

测工作的有效监督管理，为下一步申请实验室资质认

定打下了坚实基础。

由于国内外研究实验室信息管理系统理论的文献

有限，同时实施实验室信息管理系统管理的高校较少，

对 LIMS 管理实践的研究过于简化。由于没有实际的

应用经验，在应用 J2EE 体系结构分析和设计建模时

必定存在一些错误和偏差，希望在以后的工作中继续

积极运用并积累经验及时进行开发完善。

References（参考文献）

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