Специализированное программное обеспечение для автоматизации процедур внутрилабораторного контроля качества результатов количественного химического анализа

Введение

Подтверждение соответствия выпускаемой продукции заявляемым характеристикам является ключевым моментом обеспечения качества для любого предприятия. Необходимость такого подтверждения диктуется как рыночными отношениями, так и нормативной базой.

В качестве инструмента для подтверждения соответствия на государственном уровне строится система органов по оценке соответствия (OOC), в которую включаются, в том числе и аналитические лаборатории (АЛ). Компетентность последних должна подтверждаться системой аккредитации ООС.

Основным стандартом, требованиями которого руководствуются при подтверждении компетентности лабораторий, является ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2000 [1]. В рамках требований этого стандарта важнейшее место отводится внутрилабораторному контролю (ВЛК) стабильности результатов измерений, процедуры которого должны прописываться в Руководстве по качеству лаборатории.

В качестве руководящих для проведения ВЛК документов Постановлением Госстандарта России № 161-СТ от 23 апреля 2002 были приняты шесть стандартов ГОСТ Р ИСО 5725 [2] (далее стандарт 5725 или просто 5725) с датой введения их в действие с 1 ноября 2002 года. С этого момента стандарт 5725 приобрёл статус обязательного для многих областей промышленности.

Вскоре ФГУП Уральский НИИ Метрологии были разработаны рекомендации МИ 2335-2003 [3] как развёрнутая интерпретация стандарта 5725 в части, касающейся ВЛК. Несколько позже они получили развитие в рекомендациях по межгосударственной стандартизации РМГ 76?2004 [4]. Для краткости эти документы далее в тексте будут обозначаться как система 2335 или просто 2335.

Аккредитация аналитических лабораторий  многих предприятий или организаций производится в органах по аккредитации, для которых система 2335 является предпочтительной (рекомендуемой). Поэтому она была принята этими организациями в качестве основополагающей для разработки своих внутренних, например отраслевых, стандартов, регламентирующих проведение ВЛК.

Сравнительный анализ 2335 и 5725

В настоящее время сложилась терминологическая практика, когда почти всегда в вопросах, связанных с ВЛК, говорят о 5725, хотя очень часто при этом подразумевается та или иная степень реализации 2335. Это связано с тем, на наш взгляд, что стандарт 5725, если на него посмотреть, является, по большому счёту, концептуальным документом. Прежде всего, это внедрение в лабораторную практику полномасштабной системы статистических методов обеспечения заявляемых погрешностей.

С одной стороны, речь идёт об оценивании характеристик погрешности и её составляющих, с другой – определяются способы применения показателей качества (точности, прецизионности, правильности) методик. Последнее означает, по сути, контроль качества результатов измерений при применении в лаборатории  стандартизованных методик выполнения измерений (МВИ). В стандарте вводится ряд новых понятий, очерчивается математический аппарат, предлагаются процедурные алгоритмы, а также приводятся практические примеры.

Подробный анализ стандарта 5725 выходит за рамки данной статьи. Но отметим следующее:

1.      Из шести частей стандарта лишь одна – шестая – непосредственно относится к ВЛК. Остальные (если не считать первой терминологической) относятся, в основном, к межлабораторным экспериментам по оцениванию показателей качества.

2.      В шестой части значительный раздел посвящён методам проверки приемлемости результатов конкретных измерений. Присутствуют также разделы, посвящённые оценке деятельности лабораторий, сопоставления альтернативных методов измерений и некоторые другие. Собственно контролю стабильности результатов измерений – главной задаче ВЛК – посвящено около трети документа.

3.      Материал по контролю стабильности излагается в виде примеров и носит скорее описательный, чем регламентирующий характер. Используются только контрольные карты (КК), перечень которых весьма ограничен: КК Шухарта повторяемости, прецизионности и погрешности с использованием стандартных образцов (СО) или рабочих проб и КК кумулятивных сумм.

Конечным итогом любого внедрения на предприятии должно быть появление строго расписанных процедур выполнения чего-либо. Процедуры ВЛК не является исключением. В этом смысле стандарт 5725 нельзя признать очень удобным для его трактовки с целью преобразования, например, в рабочие инструкции. От метрологов и инженеров-химиков может потребоваться значительная аналитическая работа по созданию адекватных внутренних документов, регламентирующих ВЛК.

Иная картина наблюдается в 2335. Если посмотреть на изложение материала здесь, то можно отметить, что оно в значительной степени формализовано и содержит достаточно ясные указания применимости тех или иных процедур и способы их выполнения в виде пошаговых инструкций. Именно поэтому система 2335 более «технологична» для внедрения, чем стандарт 5725. А поскольку в документах 2335 декларируется, что они базируются на этом стандарте и фактически интерпретируют его, то упомянутая выше терминологическая практика, когда говорится о внедрении или реализации 5725, а подразумеваются 2335, не представляется неожиданной. Это не относится, пожалуй, только к медицине, где ВЛК ведётся по отраслевому стандарту, не имеющему никакого отношения к системе 2335 [5].

«Многомерность» ВЛК – необходимость компьютерной автоматизации

Сейчас компьютерная автоматизация настолько распространена, что обоснование её необходимости, вообще говоря, не требуется. Электронный документооборот, исключение человеческого фактора, автоматизация вычислений и т.д. – всё это достаточно очевидные аргументы. Тем не менее, в отношении ВЛК хотелось бы подчеркнуть следующее.

1.      Обычная лаборатория  промышленного предприятия, скажем, в нефтепереработке, может использовать в своей практике несколько сотен МВИ. Если даже не все из них включаются в ВЛК, всё равно это означает порядка сотни или больше контролируемых методик. То есть ведение такого же количества КК, включая подготовку десятков (с учётом периодичности контрольных процедур) контрольных проб в день, оформление заданий, построение графиков КК, их интерпретацию и оформление отчётности. Это для обычно не очень обширного «метрологического» персонала лаборатории просто физически трудно. Даже при использовании специализированного программного обеспечения (ПО). А без такового – практически невозможно.

2.      Перечень процедур контроля в 2335 значительно превосходит имеющийся в 5725. Прежде всего, помимо контрольных карт в 2335 регламентируется:

  •  оперативный контроль; 
  •  контроль стабильности в форме периодического контроля подконтрольности МВИ; 
  •  контроль стабильности в форме выборочного статистического контроля (ВСК) подконтрольности МВИ.

Кроме того, в 2335 до проведения собственно контроля МВИ предусмотрен этап оценивания её внутрилабораторных показателей качества результатов измерений для их использование при вычислении контрольных пределов. Также предусмотрены периодические оценки показателей качества по результатам контрольных карт (в конце периодов наблюдений) и контроль их допустимости.

3.      Количество разновидностей КК близко к 30. Это связано:

  •  с регламентированием, помимо использования стандартных образцов  или других образцов с известным аттестованным значением, контроля с применением метода добавок, метода разбавления, метода разбавления совместно с методом добавок и метода сравнения с другой (контрольной) МВИ; 
  •  с тем, что контрольные карты (КК) могут строиться не только в единицах измеряемых содержаний (абсолютных единицах), но также в приведённых (нормированных на показатель качества) и относительных (нормированных на измеряемое значение) единицах.

Различные виды КК имеют хотя и похожие, но, тем не менее, собственные формулы расчёта контрольных пределов и результатов контрольных процедур, а также различные отчётные формы представления результатов.

4.      Регламентируются различные правила для проверки корректности процедур контроля, например, задаются допуски на величину добавки или разбавления и т.п.

Всё это приводит к тому, что последовательное и адекватное внедрение ВЛК на базе 2335 без специализированного ПО очень затруднено.

Возможные подходы к реализации программного обеспечения

При реализации специализированного программного обеспечения  для автоматизации ВЛК возникает следующая методологическая проблема.

Цель любой автоматизации – облегчение работы персонала по выполнению каких-либо задач. Как отмечалось выше, в отношении ВЛК такое облегчение могло бы быть связано, помимо очевидной автоматизации статистических вычислений, с упорядочением ведения многочисленных контрольных процедур и составления отчётности по ним.

Программа, автоматизирующая ВЛК, должна работать как со своими собственными объектами: описания процессов контроля, показатели качества, данные контроля, результаты вычислений, КК, журналы, отчёты и пр., – так и со многими объектами, с которыми имеет дело лаборатория  в повседневной своей практике (вне ВЛК): МВИ, СО, оборудование, нормативная документация и т.д. Каждый из таких «повседневных» объектов имеет свои регламенты и правила применения, которые необходимо учитывать при проведении ВЛК.

Если в специализированном ПО полностью реализовывать все объекты, необходимые для ВЛК, со всеми их атрибутами, жизненными циклами (ЖЦ) и регламентами, то постепенно сложность программы приблизится к тому уровню, который характерен для лабораторных информационных систем, известных как LIMS [6] (Laboratory information management systems). Разрабатывать ПО такого уровня ради ВЛК нецелесообразно, поскольку на рынке присутствует достаточно много промышленных LIMS , конкурентоспособность которых будет заведомо выше.

Нельзя не отметить также, что сами LIMS достаточно трудно использовать для ведения ВЛК, не прибегая к их доработке. Это связано с тем, что стандарт 5725 за рубежом ещё не получил настолько широкого распространения, чтобы необходимая для его реализации функциональность включалась в LIMS-продукты. И тем более там нет отечественных алгоритмов 2335.

Нам представлялись очевидными три подхода к реализации ПО для ВЛК:

1.      Разработка «калькулятора», предоставляющего пользователю тот или иной набор вычислительных формул и алгоритмов ВЛК (будь то 5725 или 2335). Достаточно уместным здесь выглядит создание надстройки в MS Excel, реализующей соответствующие формулы листа, а также разработка шаблонов Excel-файлов, скажем, различного вида КК. Хранение исходных параметров и результатов вычислений возлагается на пользователя.

При разумной проработке пользовательского интерфейса и грамотном использовании копирования данных или файлов такой подход может значительно облегчить организацию ВЛК при достаточной простоте исполнения. Нам неизвестны коммерческие варианты такого подхода, но большинство собственных применений Excel для ВЛК в лабораториях  фактически реализуют такой подход, правда, в достаточно ограниченном объёме функциональности.

2.      Дополнение  вышеописанного «калькулятора» базой данных (БД) для хранения параметров контроля и результатов ВЛК. Данные «внешних» для ВЛК объектов: МВИ, СО, контрольных образцов, оборудования, спецификаций продуктов и пр. – хранятся в минимальном объеме. Например, для СО это может быть лишь его шифр, аттестованное значение и его погрешность, для МВИ – название и контролируемый компонент и т.д.

При таком подходе пользовательский интерфейс должен включать, разумеется, и работу с БД и генерацию отчётов, что превращает программу в некоторую разновидность информационной системы, пусть у достаточно простой. Такой подход может оказаться оптимальным для небольших лабораторий из-за небольшой стоимости и сравнительно простого освоения химиками-аналитиками.

3.      Разработка модуля ВЛК в рамках и средствами  промышленной LIMS. В этом случае вычислительные и организационные функции ВЛК ложатся на этот модуль, а полнофункциональное управление «внешними» объектами возлагается на LIMS. Это даёт высокую документированность процессов контроля и позволяет достигнуть полного соответствия их регламентирующим правилам. Интегрированный модуль не позволит, например, зарегистрировать контрольный образец, если используемый для этого СО просрочен. Точно так же LIMS может заблокировать использование МВИ для проведения анализов, если по результатам ВЛК на неё были назначены корректирующие мероприятия и они ещё не выполнены.

Привлекательность такого подхода очевидна. Накладными же расходами является удорожание внедрения, так как оно теперь подразумевает не только автоматизацию ВЛК, но и через внедрение LIMS полную автоматизацию жизнедеятельности лаборатории.

Реализация подхода «калькулятор с БД»

В качества примера информационной системы ВЛК можно привести программу Lab5725X  ЗАО «Аврора-ИТ». Базовые принципы, которые закладывались при её разработке, следующие:

1.      Программа должна максимально полно реализовывать алгоритмы 2335.

2.      Программа должна иметь средства накопления данных.

3.      Программа должна использовать наиболее простые средства разработки и отладки.

В качестве среды разработки был выбран MS Excel, как для выполнения расчётов, так и для хранения данных. Это даёт ряд преимуществ, описанных далее.

Программа Lab5725X состоит из трёх блоков: надстройки Excel для выполнения вычислений, реализации очень упрощённого (по сравнению с традиционными БД) хранилища данных и интерфейсного блока (модельные данные, графики, отчёты).

Надстройка представляет собой книгу, на листы которой загружаются модельные данные или данные из БД для их обработки и построения нужных графиков (например КК) и отчётов. Большинство расчётов, включая многочисленные проверки корректности, выполняются с помощью формул листа. Это позволяет визуально прослеживать весь расчёт при разработке и отладке, а также оперативно обнаруживать ошибки пользовательского конфигурирования процессов контроля при осуществлении технической поддержки.

Как любая надстройка, книга расчётов скрыта от пользователя, но, в принципе, может быть показана для целей отладки. Фактически данная книга является упоминавшимся выше визуальным «калькулятором ВЛК». И только непривычность, большой объём и сложность возникающего здесь «пользовательского» интерфейса не позволяет оформить книгу в виде оконченного  продукта, а использовать её лишь как ядро программы.

Второй блок книг – хранилище данных. Оно представляет собой двухуровневую систему: книга со списком всех процессов ВЛК и отдельно для каждого процесса книга с параметрами и результатами (Рис. 1).

Хранилище данных процессов ВЛК в Lab5725X

Рис. 1. Хранилище данных процессов ВЛК в Lab5725X

На рисунке наглядно видно одно из преимуществ выбранного инструментария: листы Excel фактически являются и БД, и интерфейсом к ней. Это позволяет отказаться от утомительного программирования многочисленных диалоговых окон, что для системы такого уровня сложности весьма характерно.

Также следует отметить, что листы книг процессов фактически реализуют третий уровень иерархии и представляют основные «внутренние» объекты, относящиеся к ВЛК, а именно:

1.      Метрологические характеристики. Это показатели качества результатов измерений, которыми должны сопровождаться МВИ после введения в действие рекомендаций МИ 2336-2002 [8] и РМГ 64-2003 [9] (ещё одна система процедур, интерпретирующая 5725 в части аттестации МВИ).

2.      Установленные показатели качества. Это внутрилабораторные показатели, оценённые по результатам специального эксперимента при реализации МВИ в лаборатории или вычисленные по результатам КК, оформленные в виде Протокола установленных показателей. Процесс может иметь два ряда Протоколов: для контролируемой МВИ, для МВИ сравнения (для соответствующего метода контроля).

3.      Образцы для контроля. Образцы с аттестованным значением контролируемого компонента, например СО.

4.      Серии. Параметры контроля на период наблюдения.

5.      План-график контроля.

6.      Исходные данные серий контроля и результаты интерпретации (например КК).

7.      Оценки. Результаты оценивания и определения приемлемости показателей качества в конце периодов наблюдения (серий).

Книги интерфейсного блока фактически являются визуальной частью калькулятора. С одной стороны, они позволяют моделировать данные для отладки. Но главная их задача – формирование пользовательских отчётов, как на Рис. 2.

Отчёт и КК в Lab5725X

Рис. 2. Отчёт и КК в Lab5725X

Поскольку вся интерфейсная часть, не считая меню и панелей инструментов, выполнена средствами листов Excel, то это позволяет (при соблюдении определённой осторожности) даже самому пользователю изменить вид отчёта или представления данных в БД.

В заключение раздела заметим, что реализованные в программе Lab5725X алгоритмы вычислений аттестованы во ФГУП Уральский НИИ Метрологии.

Реализация полного подхода в STARLIMS [7]

 Описанная выше программа Lab5725X позволяет автоматизировать ведение ВЛК. Но в силу уже отмечавшихся ранее ограничений, она не может полностью документировать и обеспечить требования к процессам контроля, поскольку не управляет «внешними» по отношению к ВЛК объектами.

 Полную реализацию таких требований предлагает решение ЗАО «АВРОРА-ИТ», реализованное на базе STARLIMS с интегрированным модулем Lab5725X.

Технически реализация модуля автоматизации ВЛК Lab5725X выглядит следующим образом:

1.      В БД лабораторной системы STARLIMS сформирована дополнительная структура таблиц, позволяющая вести записи, необходимые для создания специфических для ВЛК объектов (метрологические характеристики, установленные показатели, процессы и серии контроля и т.д.)

2.      Средствами разработки LIMS STARLIMS созданы диалоги, отчётные формы и другие интерфейсные объекты для управления записями ВЛК и интеграции их со штатными объектами LIMS (ЛИМС).

3.      Для регистрации и подготовки образцов контроля используются специализированные объекты LIMS, такие как планы испытаний для ВЛК, подготовительные МВИ введения добавки, регистрация СО и т.д.

4.      Ввод результатов испытаний вводится штатными средствами LIMS.

5.      Вычисления выполняются в описанном выше «калькуляторе ВЛК».

Для иллюстрации ниже приведены диалоги модуля, аналогичные приведённым выше, для программы Lab5725X (Рис. 3, Рис. 4).

Диалоги конфигурирования Процессов и серий ВЛК в модуле Lab5725X STARLIMS

Рис. 3. Диалоги конфигурирования Процессов и серий ВЛК в модуле Lab5725X STARLIMS

Диалог конфигурирования установленных показателей качества измерений в модуле Lab5725X

Рис. 4. Диалог конфигурирования установленных показателей качества измерений в модуле Lab5725X

STARLIMS

В заключение раздела отметим следующее. Поскольку для вычислений используется аттестованный, как указывалось выше, «калькулятор», то тем самым обеспечена аттестация алгоритмов ВЛК и в ЛИМС STARLIMS. Кроме того, правильное конфигурирование «внешних» для ВЛК объектов ЛИМС STARLIMS позволяет обеспечить все требования 2335 по поддержке ВЛК.

Реалии практического использования

Практика внедрения программы для автоматизации процессов внутреннего контроля качества Lab5725X и в особенности модуля ВЛК Lab5725X в рамках лабораторной информационной системы STARLIMS показывает, что автоматизация 2335 значительно упрощает регистрацию образцов, выполнение вычислений и генерацию отчётов, сводя их к простым нажатиям соответствующих кнопок. Не вызывает проблем и планирование контрольных процедур. Однако пользователи испытывают определённые затруднения при конфигурировании Процессов и серий, в особенности, опять таки, в STARLIMS. Это связано с тем, что взамен сложности интерпретации документов 2335 (или 5725) появляются сложности корректного сочетания настроек многочисленных взаимодействующих объектов. Даже если реальный процесс простой и требует установить только некоторые настройки, пользователя может смутить сложный вид диалогов.

По этому поводу можно сказать следующее. Программное обеспечение отражает не собственную сложность, а только сложность реализуемых стандартов. Если в документе имеются 6 видов КК, то выбирать придётся из этих 6 и настраивать каждую по-своему. Если для СО образцов желательно не делать дополнительное испытание для контроля прецизионности, а в других случаях необходимо либо не строить КК прецизионности, либо обязательно указать в настройках проведение дополнительного испытания. Об этом написано в инструкции по эксплуатации, и это необходимо знать.

Из всего разнообразия методов контроля в подавляющем большинстве случаев используется метод контроля с использованием СО. Процентов 30 предприятий использует также метод добавок. И так далее, и так далее.

В результате система настроек сужается кардинальным образом. Используя настройки по образцу и копирование, можно достаточно быстро создать для себя вполне «устойчивую» и быструю систему конфигурирования. Собственно, это задача совета лаборатории  по качеству выработать оптимальную стратегию организации ВЛК, всеохватывающую, но «необременительную».

Литература

1. ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2000 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий.

2. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 – ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 под общим названием «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений».

3. МИ 2335-2003 Государственная система обеспечения единства измерений. Внутренний контроль качества результатов количественного химического анализа. Екатеринбург, 2003 г.

4. РМГ 76-2004 Государственная система обеспечения единства измерений. Внутренний контроль качества результатов количественного химического анализа. Москва, Издательство стандартов, 2004 г.

5. ОСТ 91500.13.0001-2003 Правила проведения внутрилабораторного контроля качества количественных методов клинических лабораторных исследований с использованием контрольных материалов.

6. И.В.Куцевич, «Введение в LIMS», Мир компьютерной автоматизации, № 4, 2002, стр. 32–40.

7. Р.А.Андрющенко, А.В.Юрдик, «Лабораторная информационная система контроля качества STARLIMS», Современная лабораторная практика, №2, 2008 г., стр. 29–31.

8. МИ 2336-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Показатели точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки. Екатеринбург, 2003 г.

9. РМГ 64-2003 Государственная система обеспечения единства измерений. Показатели точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки.

Автор:  Игорь Викторович Куцевич, ЗАО «АВРОРА-ИТ»

 


Тренинг по РМГ 76-2014 с программой для автоматизации ВЛК Lab5725X

Последние события STARLIMS, LIMS Новости
Последние события STARLIMS, LIMS Последние события STARLIMS, LIMS Все новости