一、概述与设计目标

1. 背景与需求
   随着实验流程复杂度增加，科研或工业生产往往需在同一台 CO₂ 培养箱中运行多项不同培养方案；每项方案可能对应不同温度、CO₂ 浓度、湿度模式、灭菌周期及运行时长。i160 的多实验程序管理功能应运而生，旨在：

• 提高效率：通过预设程序，减少手动重复设置；

• 降低风险：避免运行参数混淆或人为操作失误；

• 保障可追溯：完整记录各程序启动、执行与完成日志；

• 灵活调度：支持并行与串行排队，多方案互不干扰或自动切换。

2. 核心模块

• 程序库（Program Library）：存储用户自定义的培养方案模板；

• 任务队列（Task Queue）：按照优先级排列待执行或正在执行的程序；

• 调度引擎（Scheduler）：负责程序的自动启动、切换与冲突管理；

• 监控界面（Monitor）：实时显示各任务状态及参数曲线；

• 日志管理（Log Manager）：记录所有操作事件与报警信息。

二、程序创建与模板化管理

1. 新建程序流程

• 在 iCAN™ 主界面选择“程序管理→新建程序”；

• 填写程序名称（建议按项目或细胞系命名，如 “HEK293-48h”），并选择模板类别（温度/CO₂/湿度组合）；

• 设定步骤序列：每一步可包含温度、CO₂ 浓度、湿度模式（高/低湿）、运行时长（小时/分钟）；

• 可选附加项：ContraCon 灭菌前置、程序末端快速恢复或自动关门；

• 点击“保存为模板”，该方案即存入“程序库”，供后续调用或分享给其他用户。

2. 模板版本管理

• 每次编辑模板时，系统会自动生成版本号（v1.0、v1.1…），并记录修改人与修改时间；

• 支持“回滚”功能，可将模板恢复至任意历史版本；

• 版本注释：用户可为每次修改添加备注，如“优化快速恢复模式”。

三、任务队列与优先级调度

1. 并行与串行执行

• 并行模式：在容量允许（不同内门隔舱）且无参数冲突时，可同时启动多项程序；各隔舱内门独立控制，互不干扰；

• 串行模式：当程序需要独占全箱资源（如开/关门幅度大或执行 ContraCon），后续程序将自动排队，待前程序结束后启动。

2. 优先级设置

• 默认优先级：按照添加顺序（FIFO）执行；

• 支持用户在“任务列表”界面拖拽调整优先级；

• 可为紧急任务设置“高优先级”，达到高优先权插队启动；

• 系统保护：若高优先级程序与正在执行程序参数冲突（如温度跳变过大），调度引擎会弹窗提醒并请求用户确认。

3. 定时启动

• 支持为每个任务设置“启动时间”或“延迟启动”（如“明日 08:00”或“当前时间 +2 小时”）；

• 定时启动任务在“待激活”状态，倒计时结束后进入“就绪队列”；

• 若培养箱在启动时正处于 ContraCon 或维护模式，任务将自动延后直至条件满足。

四、参数校验与安全锁定

1. 预执行校验

• 在任务启动前，系统检查当前箱内温度、CO₂ 与湿度模式是否已切换至预期状态；

• 如硬件故障或参数越界（温度探头断线、CO₂ 传感器故障、水位不足），任务将自动暂停并发出报警，待维修后恢复。

2. 安全锁定

• 可为关键程序设置“操作锁”（Operation Lock），他人仅能在输入管理员密码后才能修改或删除；

• 支持“双人确认”模式：对于含有 ContraCon 全腔灭菌的任务，需两名用户分别确认才可开始执行；

• 系统自动记录每次确认人、时间及操作类型，满足 GMP/GLP 审计需求。

五、运行监控与交互操作

1. 实时监控界面

• 触摸屏分屏显示当前运行任务及下一排队任务；

• 对正在执行的程序，可实时切换到曲线视图，查看温度/CO₂ 变化趋势；

• 状态图标：绿色（正常），黄色（报警待处理）或红色（严重故障），配合声光提示。

2. 中途调整与插入

• 支持对“就绪”状态的任务进行参数微调，如缩短/延长运行时长，但不可对“执行中”任务修改关键参数；

• 可在运行中临时插入高优先任务，待当前步骤结束后立即切换；

• 取消/暂停：用户可以手动暂停当前程序，切换至其他任务或进入维护模式；暂停后程序进度与剩余步骤保留，可随时恢复。

3. 远程监控与通知

• 选配云监控模块后，实验室内网及手机 App 可实时查看任务队列与运行状态；

• 支持邮件和短信通知：当程序完成、报警触发或用户交互（如需确认）时，自动发送提醒；

• 可接入 LIMS 或电子实验日志系统，实现一键同步。

六、数据导出与归档管理

1. 运行报告生成

• 程序名称、模板版本、启动/结束时间；

• 参数曲线图（温度、CO₂、湿度模式切换）；

• 报警与中断记录；

• 操作确认信息。

• 每个任务执行结束后，系统自动生成 PDF 或 CSV 格式的程序执行报告，包含：

• 用户可自定义报告模板，增减所需字段。

2. 批量导出功能

• 支持按时间段或按模板名称批量导出报告；

• 可一键压缩打包并导出至 USB 或网络存储；

• 导出后自动在本地“归档库”中标记为“已处理”，便于日后检索。

3. 数据库集成

• 每月各模板使用频率；

• 任务平均恢复时间；

• 报警类型与处理时长分布。

• 可选配 SQL 数据库接口，实时将任务与日志写入实验室数据库；

• 管理员可通过 SQL 查询和 BI 工具，实现多维度统计和报表，如：

七、验证及 SOP 建议

1. IQ/OQ/PQ 中的程序管理验证

• 并行执行不同参数程序时，隔舱间是否互不干扰；

• 串行模式下，前后程序切换的恢复时间是否满足规范。

• 在 OQ 阶段，需验证多任务调度与冲突处理：

• 在 PQ 阶段，模拟真实实验负载，连续运行数十项任务，检查系统稳定性与日志完整性。

2. SOP 核心内容

• 模板编制流程：明确命名规范、版本管理及审批流程；

• 任务调度规则：定义优先级设定原则及定时启动需求；

• 应急预案：当硬件故障或网络断连时，如何本地手动暂停/恢复任务；

• 数据归档流程：报告导出、分类存储与审计检查周期。

3. 培训与权限管理

• 定期对操作人员进行“多实验程序管理”功能培训；

• 根据岗位职责分配系统权限：普通用户可创建和查看，管理员可审批、调整优先级、回滚模板。

八、最佳实践与优化建议

1. 合理划分隔舱

• 将高风险、易污染的项目与常规培养项目分舱管理；

• 并行程序之间尽量保持参数接近，降低同时切换带来的环境波动。

2. 精细化模板设计

• 将常用步骤（如开门前延时、开门保护模式）封装为子程序，复用率高；

• 对差异化步骤（如不同细胞系的快速恢复参数）单独管理。

3. 定期评估性能

• 每季度统计任务队列长度、平均等待时间与恢复时间；

• 针对平均等待时间过长或冲突频繁的情况，调整模板优先级或扩充硬件资源。

4. 与实验室信息化对接

• 将培养箱任务队列与 LIMS 或 ELN 对接，实验计划与设备使用同步；

• 利用 API 自动将“任务完成”状态写入实验计划进度中，实现闭环管理。

九、总结

Thermo Fisher i160 CO₂ 培养箱通过强大的多实验程序管理功能，使得在单一设备上同时承载多种培养方案成为可能。模板化管理、优先级调度、实时监控与数据归档等模块相辅相成，不仅提高了实验室运行效率，也大幅减少了人为操作风险。结合完善的验证、SOP 与培训体系，实验室可最大程度发挥 i160 的柔性调度优势，为多项目并行和大批量培养提供可靠保障。