垂直旋转货架系统在医院药房中的应用

赵雪峰，贠 超

（1.贵州大学 机械工程学院，贵阳 550003；2.北京航空航天大学 机器人研究所，北京 100029）

0 引言

目前国内医院药房的药品存储方式主要为固定式货架，药品存储分散，空间利用率低，因此药房工作费时费力，处方处理效率低。而随着医疗体制改革和医院改革向着信息化方向发展，医院药房实现自动化、数字化管理已经成为药房发展的趋势。垂直旋转货架目前由于其先进性被广泛应用于办公文件、档案、机械或电子零部件、工具及刀具等多种物品的仓储与管理。本文在垂直旋转货架的基础上通过添加操作面板和保护装置等所开发的智能存取系统用于存放盒装、针剂类、袋装、瓶装等各种包装的药品，实现了药品的上药、储药和出药的智能化。

智能存取系统是集信息、自动化管理和密集存储于一体的高科技集成系统，它有机的结合了机器人技术、计算机信息与物流技术、通信网络和自动控制技术等。智能存取系统有许多优点，主要体现在以下六点：1）存取药品方便，是药品到人，而不是人到药品，存取效率高，节省时间；2）提高空间利用率，减少占地面积，充分利用空间高度；3）降低劳动强度，提高系统效率；4）由于只有出入库口开放，可使药品免受灰尘或阳光等的侵害；5）操作安全性能高，在存取口设置有安全光幕保护，运行部位有安全保护开关以及紧急制动等功能；6）实现药品的智能管理，满足按照药品效期，不会存在药品长期存放而失效。

1 智能存取系统的工作原理

智能存取系统的工作原理如图1所示。系统运转时，由动力驱动机构的电动机提供动力，通过减速器和一级链传动减速后，带动传动轴转动，驱动大链轮，而大链轮经过二级链传动减速后通过胀套和传动轴相联结，带动箱斗做循环运动。药品放置在箱斗中，接收存取指令后，箱斗按最短路径运动，将药品送至出药口。

图1 系统传动原理图

2 智能存取系统监控管理系统

智能存取系统是在三个垂直旋转货架的基础上，通过添加适合医院的保护装置、人性化操作装置和与医院HIS系统接口的管理系统实现异型包装药品的存取。系统采用C/S架构，分为四级功能模块：管理级、监控级、控制级和执行级。

图2 智能存取控制系统功能架构图

管理级：药品出入库信息、库存信息的管理中心。响应智能存储系统上药终端的入库申请和医院HIS(Hospital Information System)系统的处方信息，将出入库任务下达给监控级，并实时与监控级进行反馈信息通讯。管理级硬件平台为智能存储系统服务器。

监控级：处于中间层，与管理级进行信息交互，接收管理级上药和处方信息，对各执行装置进行任务调度，将监控程序生成的控制指令发送给控制级；与控制级进行反馈信息通讯。监控级硬件平台为嵌入式主板。

控制级：按照监控级发送的控制指令调用相应的底层控制程序，利用I/O开关量控制执行级各部件。主要功能有：控制变频器调速，控制电机正反转，采集编码器脉冲，控制各开关、按钮和指示灯动作。控制级硬件组成为：I/O卡。

执行级：接受控制级程序指令，控制设备执行各种操作，达到控制要求。主要功能有：通过交流电机实现回转柜的正反转，通过变频器控制电机运行速度，通过编码器反馈回转柜运动距离，通过货物指示灯提示在回转柜何处取药。执行级硬件组成为：变频器、交流电机、编码器和各种开关及指示灯。

2.1 智能存取系统监控系统

智能存取系统监控系统根据从管理系统获取的处方和上药信息，完成以下功能：按照系统服务器的出入库信息，控制执行机构进行存取操作；实时监控系统的各种信号，主要包括编码器脉冲值、I/O卡输入输出状态、电机参数、变频器参数等；提供友好的人机交互界面，便于操作。

在监控系统中，主要有上药监控模块和出药监控模块，两模块的流程及软件结构模式基本一致，采用多线程技术，模块中线程之间的通讯方式采用事件的方法来处理，通过事件的操作来实现线程间的同步，线程间的通讯则是采用消息的模式来完成。出药监控模块的流程图如图3所示。

其中出药监控模块主要有三个线程组成：1）与PCI2310进行通讯的线程ThreadCom，监控系统通过与PCI2310的通讯控制输入和输出，主要功能是读取输入点状态：零位信号、手动和自动信号、上升和下降信号、前后屏切换信号等，控制输出点的状态：正反转信号、电机抱闸信号、电机急停信号、变频器速度切换信号、指示灯亮灭信号、前后触摸屏电源信号等。2）采集出药信息线程ThreadReadDataBase，本线程通过查看数据库接口表中是否有需要处理的处方信息，如果有处方处理需求，监控级获取管理级分配的货位信息，最短路径规划方法决策出运行的最短路径。当系统处于手动状态时，本线程结束，等待联机信号而重新启动。3）运动线程ThreaMotion。本线程按照最短路径控制电机旋转至目标层，在运动控制中需要控制电机的正反转、变频器的速度切换、电机制动等。本线程在检测到有安全保护信号或手动信号时终止，以免逻辑混乱甚至发生安全事故，直至下一次出药任务到来或确定运行安全时才重新启动线程。

2.2 智能存取系统管理系统

药房管理信息系统主要由五个子模块组成，分别是：用户管理模块、系统维护模块、出入库管理模块、查询打印模块和参数设置模块。

系统维护模块主要实现对智能存取系统的各种信息进行维护，从而实现对药品及储位信息的管理，为提高各个货架的利用率，在不同时段需要根据需求实现对三个货架的药品分配。查询模块用于操作人员随时根据不同查询条件查看特定时间段内的药品出入库情况、药品库存情况、储位占用状态等，并可针对各种查询条件进行相应的排序及生成报表打印，报表生成模块用于生成各种标准的统计报表，便于管理人员对储药库进行合理的调配，从而在以后的使用中提高效率，并可以把相关信息存档便于查阅。出药查询模块如图4所示。

图3 出药监控模块流程图

图4 出药查询模块

出入库管理模块是管理系统的核心，可以分为入库、出库以及命令执行三部分。其中出入库管理是按照一定的原则进行库存管理，命令执行是将命令以最优的顺序下达到监控系统，并且与监控系统实时交换任务完成的信息，从而判断下一步的任务如何进行。该模块的主要任务包括以下几个方面：根据系统终端的请求，按照各个子系统的出入库原则分配需要存取的储位和相应数量；对各子监控系统进行任务调度；根据子监控系统反馈的信息实时更新库存表，保证药品出入库的实时性，提高药品存放效率；针对不同药品的使用情况自动动态分配储位，并且与医院增加新品种或者删除旧品种保持同步，确保药品发放的准确性和及时性。在出库模块中又分为接口模块、出药分配等子模块。接口模块是整个系统数据信息的来源，主要实现以下功能：1）与医院HIS系统药品信息的同步更新；2）将HIS系统的处方信息及处方接收状态保存至本地数据库；3）将处方完成情况反馈给HIS系统，进行数据交换。接口模块首先进行数据通讯，将HIS系统的出入库信息实时读入本地数据库，为能够实时处理多任务，采用多线程技术，系统通过AfxBeginThread（）函数启用接口线程ThreadConnect，并选择Event同步对象来实现线程间的同步。然后，更新HIS数据库出药接口表OutMedTableHIS的处理状态，采用触发器将已经处理的出药信息删除，提高数据库检索效率，并将处方信息完成状态反馈给HIS系统，通过读取系统时间，更新本地数据库药品信息表。在退出程序时，也需要将进程中的子线程全部退出，通过Event实现线程的运行与同步。

3 结论

将本系统应用于国内某大型三甲医院，完成整个药品的吞吐流程，极大地缩短了处方的拣选时间，减轻了药剂师的劳动强度，使得药房管理自动化、科学化、规范化，提高了系统的整体效率，具有显著的社会效益和一定的推广前景。

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