基于数字化理念的医院医疗器械仓储设施的硬件设计与实现
杨焱1，蒋庆1，郭兵1，徐海岩2，祖贺飞1
1.解放军总医院 器械供应中心，北京 100853；2.威高集团，山东 烟台264200
[摘 要]为保证医疗物资供应的连续性和稳定性，本文介绍了基于数字化理念的医院医疗器械供应链的优化方案，采取开发-试运行-再开发-再运行的螺旋试错方式，顺利完成了从以人力为主到以软件智能引导为主的无缝切换，基本实现了快速、高效、无差错的设计目标。阐述了在供应链的仓储和供应环节中，以作业流程为导向的硬件设计和实施，展示了该方案的实施效果，并对需要改进的问题进行了分析。由于仓内硬件基本由仓储管理系统驱动，整个硬件系统的设计经受了全面的考验并达到了设计要求。
[关键词]医疗器械；供应链；仓储硬件设施；数字化库房；医院资源计划
引言
随着现代物流业的发展，仓储设施的硬件设计从主要关注物品存储的容量和安全，逐步转向优先关注如何适应库房运转的流程以加快流转速度并提高效率。这一硬件服务于软件的思路也是仓储设施“数字化”思想的重要组成部分[1-4]。
对于大型医院的医疗器械库房，如果对仓储场地和硬件设施进行重新规划，必须以科学化的流程设计为基础，同时需要一定的周转空间，此次笔者所在医院医疗器械库房的数字化实践，缘于医院医疗用房的调整，这在客观上为库房硬件的改造升级提供了可能[5-6]。借此机会，我院逐步完成了数字化库房的建设规划、经费申报、招标采购、硬件进场和物资搬迁。为保证医疗物资供应的连续性和稳定性，采取开发-试运行-再开发-再运行的螺旋试错方式，顺利完成了从以人力为主到以软件智能引导为主的无缝切换，基本实现了快速、高效、无差错的设计目标。
本文设计建设的数字化库房，系统硬件是软件运行的基础，要先于软件开发铺设，因而硬件设计需要有一定的超前意识和较为精细的规划。
1 硬件系统目标设计
新硬件系统的设计必须以流程设计的科学化为基础，因此，应当首先完成两个步骤：其一，对原供应流程的梳理和问题分析；其二，对现有物流技术的市场调研。
进而基于以上两点，确定原供应流程的核心问题和解决办法，再根据理想流程进行硬件系统目标设计和后备方案的研讨（图1）。
图1 硬件系统设计流程图
1.1 对原供应流程的梳理和问题分析
我院应用的医院资源计划（Hospital Resource Planning，HRP）系统是在2011年上线运行的，与之前运行的“军卫一号”信息系统相比，实现了医疗器械院内供应链的数字化。但是，在医疗器械供应中心内部工作流程上，该系统仅提供了基础的入出库、库存查询和物料凭证清单汇总功能，并未重塑工作流程以提升仓内作业的数字化和专业化水平，医疗器械供应依旧沿用以人力和手工为主的运作模式，效率较低而差错率较高，其主要问题包括：① 货位凭拣货员记忆，拣货路径复杂；② 以纸质单据为依据进行拣货，当拣货员一次进行多单拣货时，需要手工进行合并同类项计算；③ 拣货单没有合单、分单功能，无法实现多人合作拣货，也无法按需进行聚合交付；④ 未对高值医疗器械进行重点管理；⑤ 难以进行有效期管理；⑥ 码放和仓内运输困难；⑦ 盘点困难。
随着工作量日益增大，特别是峰值工作量的急速攀升，以上问题日益突显，使得原有运作模式越来越难以为继。
1.2 现有物流技术市场调研
面对既有问题，通过了解先进物流企业的运作模式、查阅中外文期刊、网上检索等多种方式，对现有物流技术进行了广泛的调研，得到以下启发[6-10]：
1.2.1 转变模式-“人到货”与“货到人”
在库内操作上，“人到货”是常规模式，即拣货员主动到货位上取货。“货到人”则不同，一般是在软件系统的控制下，由特殊设备或机器人将货送至拣货员面前，再由拣货员完成取货的动作[1]。在劳动力成本较低且工作量较小的环境下，“人到货”的模式是理性选择[2]。
1.2.2 拓展服务-领用与配送
之前，常规医疗器械的供应主要采用领用的模式，即各科室派人到器械供应中心按需领取物品。这种模式对于供应部门的作业流程相对简单，其弊端是常常在前台形成人员聚集，重复操作多，效率低，科室人员等待时间长。
现代物流企业基本采用配送的模式，通过自有库房内部软硬件的升级，提升单位时间内的吞吐和组货能力，达到对外服务质量和效率的提升。
1.2.3 协同作业-软硬件的组合效应
孤立的硬件，无论是常规货架、地拍、传送带，还是立体货架系统、电子标签、移动手持终端、电动转运车、智能旋转货柜、理货机器人等，离开了成功的整体布局和软件系统，无法形成协同效应并达到成本控制效果的最大化[11]。
1.3 原有物料供应流程核心问题和解决办法
综上，原流程的核心问题应该是：
（1）以人工和手工为主。
（2）以领用模式为基础。
（3）没有按货品特点进行特殊管理的功能。
考虑空间利用率、成本控制和灵活性之后，提出的解决办法如下：
（1）从以人工和手工为主到以软件智能引导为主。
（2）从以领用模式为基础到适应领用与配送相结合并可转向全配送。
（3）依靠特殊硬件进行按货品特点的特殊管理。
1.4 硬件系统目标设计和后备方案研讨
新库房为长方形面积约1500 m2，其中库区面积800 m2，层高3 m。在主库区一侧安排了办公用房、出入库等候区、临储室和值班室。由于层高有限，主库区以普通货架和地拍为主，辅以便于进行有效期管理的流利式货架和对高价值耗材进行特殊管理的水平回转货柜。在所有货位配置电子标签以配合移动手持终端上下货。在库区一侧布置了可以双向运转的传送带。
为了优化库位布局，减少库内移动，我统计了常用物资的领用频度，并综合考虑包装尺寸、重量、发放方式等因素，制定了存储布局方案。表1中列出了部分平均日领用次数超过1次的物料。
表1 常用货品布局分析表
由于库内物料品种和科室偏好会发生一定的变化，常用物资是会随时间推移有所变化的，如果单纯考虑库内操作的效率，应该采用非固定货位。但考虑到软件系统崩溃等不可控风险，该方案的设计底线（即后备方案）应当是，在软件系统无法运行的情况下，仍可依靠人工实现较快拣货。这就要求硬件设计尽量选择固定货位，物资按属性分类放置。
2 硬件系统实现
按照硬件系统目标要求，货架、流利式货架、地拍、传送带等设施先期到货，仓储管理系统（Warehouse Management System，WMS）软件随后开发[11-14]。因此，当库房搬入新址时，在货位安排上必须采取按物资属性分类放置的固定货位模式。在此基础上根据其他要素对具体货位进行调整，形成了最初的主库区布局，见图2。
图2 主库区布局示意图
完成物料上架之后，系统软件开发逐步展开，为保证物料供应的连续性和稳定性，采取了开发-试运行-再开发-再运行的螺旋试错方式，分为4个阶段：
（1）对货位的编号和电子标签调试工作。
（2）入出库模式研究和调试。
（3）智能旋转货柜与RFID标签运转模式研究和调试。
（4）与HRP系统的接口设计和全系统联调。
配合软件开发，硬件系统经受了考验，在软件的驱动下逐步实现了正常运行。由于整个系统较为庞杂，不再赘述，现将较为有特色的部分介绍如下。
2.1 电子显示标签
电子显示标签在无线局域网络环境下运行，由WMS软件驱动，可以实时显示对应货位的物料名称、规格和库存数量。电子显示标签所能显示的信息，特别是经常变化的库存数量信息，使上下货和盘库时确认物料、确认规格、确认库存数量等工作变得简单方便。发货作业时，标签上的LED指示灯还会闪烁，便于拣货员定位。
当物料数量较少或整包装时，电子显示标签使得动态盘库成为可能，即可以利用拣货员上下货的时机，消耗较少的时间完成对相应物资的盘点，及早发现库存与实物不符的问题，从而为纠正错误争取时间。
2.2 移动手持终端
移动手持终端是日常仓内作业的平台，也是仓内作业从以人力为主到以软件智能引导为主的硬件基础，其使用的稳定性、便利性、易用性都会直接影响作业效率。在极端情况下，移动手持终端平稳高效运转的能力决定了整个库房在单位时间内的最大吞吐能力。
移动手持终端依靠仓储管理系统的支持，其拣货模式是软件系统开发的最重要方面。针对不同的领用和配送模式以及单位时间内的工作量可以选择效率相对较高的拣货模式，既可以单个终端运行也可以多终端合作运行，其运行的逻辑和具体调试方法主要与系统软件开发有关，限于篇幅，这里就不做详细介绍了。
2.3 智能旋转货柜和RFID标签
智能旋转货柜和RFID标签的应用代表了库房运行的未来方向，主要涉及两个问题，“货到人”的模式和物料全寿命管理[15-16]。
“货到人”的作业模式具有效率优势，目前市场上运行较多的是自动化立体库系统。“货到人”的拣选技术的最新代表是美国亚马逊公司仓库的KIVA智能机器人系统，3000多台KIVA机器人依靠软件系统的指引并凭借自身智能识别能力，穿梭于数万平米的货架仓库之中，准确地将货架搬运到复核包装人员面前，再由复核包装人员完成拣选、二次分拣、打包复核3项工作，最大程度上压缩库内操作人员数量[3]。
无论是自动化立体库系统还是智能机器人系统，其特点都是规模越大效率提升越明显，硬件投入也越大。医院的器械库房规模相对很小，不适合以上两种系统的应用。因此，本文选择了智能旋转货柜，仅占据约20 m2的封闭空间，可以提供96个货位，能够满足对高值医疗器械的特殊管理要求。在仓储管理软件的支持下，智能旋转货柜可以按出入库流程需要将相应货位旋转至拣货员面前，当操作涉及多个货位时，它还会自动选择最短路径运行。
置于旋转货柜出口的RFID检测器，使货柜具备了自动计数的功能。在为物料的最小包装粘贴了RFID标签之后，这些物料出入旋转货柜将为系统自动记录，不需要人工点验。
与此同时，贴有RFID标签的物料相当于具备了可以被快速识别的身份证。下一步，如果从存储到使用的各个环节也具备了由HRP及HIS系统软件驱动的RFID检测器，对这些高值医疗器械的全寿命管理也就有了低成本高效率的解决方案，从而使得医院内部物料流转的灰箱变得透明。
3 硬件系统设计效果评估和遗留问题
整个软硬件系统经过逐步调试，系统目标一一达成。
但受限于HRP软件开发方有关系统稳定性的顾虑，WMS软件与HRP软件的接口选择了最为简单明了的方案，未能实现无缝连接。不过，这种区分也使得系统具备了更大的灵活性，在WMS故障时，可以迅速退回依靠HRP单据人工出入库的模式，保证了医疗器械供应的安全底线。
由于仓内硬件基本由WMS驱动，整个硬件系统的设计经受了全面的考验并达到了设计要求。有一点不足之处，传送带系统基本处于停用状态。其主要原因是库房工作流程目前还是以领用模式为主导，无法在某一时间点汇集足够的发货需求，也就无法进行大规模拣货。当库内运输依靠双层拖车可以完成时，固定位置的传送带就失去了意义，沿传送带布置的地拍区也无法做到效益最大化。当然，这种冗余设计并非多余设计，一旦库房转入配送模式，传送带系统自然有了用武之地。
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本文编辑 苏欣
Design and Implementation of the Hospital Medical Consumables Warehouse Facilities Hardware Based on the Concept of Digitalization
YANG Yan1, JIANG Qing1, GUO Bing1, XU Hai-yan2, ZU He-fei1
1.Medical Devices Supply Centre, PLA General Hospital, Beijing 100853, China; 2. WEGO, Yantai Shandong 264200, China
Abstract：To ensure the continuity and stability of medical supplies, this paper introduced an optimization solution for medical consumables supply chain in hospitals based on digitization, adopted developmentcommissioning-redevelopment-again run spiral way of trial and error, and successfully completed from human oriented to software intelligent guided seamless switching, basically achieved rapid, eff i cient and error-free design goal. The workf l ow oriented hardware design and application in the storage and supply were elaborated, and its effect was also analyzed. Meanwhile, the aspects which needed to be improved were also discussed. Due to the warehouse hardware is basically driven by the warehouse management system, the design of the whole hardware system has been tested and achieved the design requirements.
Key words：medical consumables; supply chain; warehouse facilities hardware; digital warehouse; hospital resource plan
[中图分类号]R197.39
[文献标识码]A
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2017.04.003
[文章编号]1674-1633(2017)04-0007-04
收稿日期：2016-12-26
基金项目：解放军总医院科技创新苗圃基金（14KMM48）。
通讯作者：祖贺飞，工程师，解放军总医院器械供应中心主任。
通讯作者邮箱：zuhefei@163.com