一、引言与定义
“运行状态”是指培养箱在不同工况下的功能组合与控制策略，包括温度、湿度、气体控制、风道循环、门体与安全逻辑、数据与告警等子系统的协同结果。清晰理解运行状态与状态间切换逻辑，有助于缩短调机时间、减少批次偏差、提升设备可用率与审计合规度。

二、状态总览（逻辑分层）
为便于管理，可将3131培养箱的状态划分为四层：

1. 基础层：上电、自检、时间同步、权限验证。

2. 环境层：预热、预湿、恒定、程序段运行、扰动恢复、节能待机。

3. 安全与服务层：预警、严重告警、维护、校准、检修、消杀（如配置）。

4. 数据层：记录、导出、网络同步、远程会话、审计追踪。
   各层状态并非完全互斥，系统以“安全优先级”进行仲裁，例如严重告警可强制中断程序段运行，转入安全处置状态。

三、上电与自检状态

1. 触发：接通电源或软重启。

2. 行为：

• 控制板、传感器、执行器、存储、界面服务、时钟源依次检查；

• 读取上次关机前的设定与日志索引；

• 外接模块（CO₂、压差、紫外等，如配置）握手。

1. 判据：所有关键子项通过后进入“待机/预热”；若有非致命异常，置预警并允许进入限定功能模式；致命异常则保持在“故障待处置”。

四、预热与预湿状态（环境建立前置段）

1. 目的：将腔体温度与相对湿度快速带入工艺窗口，减少后续样本暴露于非目标环境的时间。

2. 特征：

• 温控以较高比例增益起步，但设有限制以避免超调；

• 加湿单元按目标湿度—温度的露点关系动态配给；

• 风道循环从中等功率起步，平衡均匀性与能耗。

1. 结束条件：温度、湿度同时进入带宽并保持一定时间（如连续N个采样点满足），或倒计时达阈而进入“恒定运行”并继续微调。

五、待机与节能状态

1. 场景：无样本或长时间空载；夜间与假期策略。

2. 策略：

• 降低风扇功率与加热占空比；

• 保持门体加热与防露逻辑；

• 降频采样但保留关键事件高频打点；

• 保持告警联动与远程心跳。

1. 退出：任何设定值变更、门开、程序启动、告警均可唤醒进入“环境层”活动状态。

六、恒定运行状态（稳态培养）

1. 定义：在单一设定点下，系统以小幅控制动作维持温度、湿度、气体浓度的稳定。

2. 关键指标：

• 稳态波动（标准差与P-P值）；

• 门开后恢复时间T90/T95；

• 设定点漂移与长期趋势；

• 均匀性（多点探头或验证期数据）。

1. 控制要点：

• 使用带死区的PI/PID或前馈补偿，抑制频繁微调；

• 结合门体状态与负载估计进行自适应补偿；

• 低幅度扰动以积分优先，高幅度扰动以比例+前馈主导。

七、程序段运行状态（多段曲线工艺）

1. 组成：由若干时间段构成，每段定义温度/湿度/气体的目标、斜率、保持与过渡规则。

2. 展示：主界面显示当前段号、已运行时长、剩余时长、下一段目标；趋势图叠加段界线。

3. 约束：段内优先满足安全带宽与告警阈值；跨段切换遵循“安全优先，其次时间准确”，必要时允许进入“延迟切换”以等待参数就位。

4. 中断与续跑：告警解除后可选择原位续跑、起段重跑或从前一稳定段回退，视SOP规定执行。

八、门开与扰动恢复状态

1. 触发：门磁检测到门体打开或压力/温度突变超过阈值。

2. 行为：

• 冻结短时安全逻辑，避免把瞬时偏差误判为控制故障；

• 启动“恢复序列”：前馈补湿、加热补偿、风道均衡；

• 启动恢复计时器并记录最大偏离与回归曲线。

1. 验收：达到设定点带宽并稳定若干采样周期后，恢复至“恒定/程序段”。

2. 优化建议：缩短门开时间、分批取放、预设略高湿度策略（如工艺允许），在高频操作时减少偏移面积。

九、预警与严重告警状态

1. 分级定义：

• 信息：完成导出、维护提醒、校准到期提示；

• 预警：接近越界、滤网寿命将尽、水位偏低、阀开度异常偏高；

• 严重：温度/湿度/气体实测超出安全窗口且无法短时回归、传感器失效、门长开、过温保护动作、通信中断。

1. 处置：

• 预警不打断控制，仅弹窗与日志；

• 严重告警触发降级控制或停机保护，并要求确认与备注；

• 必要时导出诊断包以支撑根因分析。

1. 审计：所有告警记录包含编号、时间戳、持续时间、确认人、处置动作与恢复时间。

十、维护状态

1. 条件：达到维护里程或手动进入。

2. 内容：水路清洁与除垢、风道与滤网维护、门封条检查与更换、阀体与管路自检、固件升级（如需）。

3. 限制：维护状态下限制升温与加湿，部分动作需界面二次确认；完成后生成维护记录并重置里程计数。

十一、校准状态

1. 目标：修正温度、湿度、气体通道的零点、斜率或非线性系数，确保计量溯源。

2. 流程：选择通道→输入参考值→比对实测→计算修正→写入系数→生成校准条目与有效期。

3. 管控：校准前冻结当前工艺并导出最近数据；校准后进行短期稳定性验证，确认无系统性偏移再恢复运行。

十二、消杀/高温灭菌状态（如配置）

1. 目的：在维护期进行腔体消杀，减少微生物风险。

2. 行为：温度或紫外/臭氧（若有）按固定程序执行，并记录周期与累计次数。

3. 注意：消杀结束需执行通风与恢复，确认无残留影响再投入样本。

十三、数据记录与同步状态

1. 记录：按采样周期写入过程数据；门开、告警等事件以高频打点附加记录。

2. 同步：USB导出、网络共享、API上传等任务在后台进行，冲突时以控制优先。

3. 完整性：生成哈希与清单文件，写入导出日志与操作者信息；失败重试与告知机制在“数据层”状态中体现。

十四、联网与远程会话状态

1. 联网：设备处于“联机可达”或“离线缓存”两种；离线时本地缓存并定时重试。

2. 会话：远程读取趋势、事件、设定快照；涉及参数变更需权限校验与二次确认。

3. 安全：会话日志记录来源、操作范围与签名。

十五、状态机与优先级（简化模型）

1. 优先顺序：严重告警/保护 > 维护/校准 > 程序段/恒定 > 预热/恢复 > 待机/节能。

2. 互斥关系：

• 校准与程序段互斥；

• 消杀与样本在位互斥；

• 维护与高功率加热/加湿互斥；

• 严重告警可打断任何状态并进入安全态。

1. 切换原则：先确保安全边界，再追求时间准确；必要时允许“延迟切换”或“受限功能”。

十六、运行状态关键绩效指标（KPI）

1. 稳态波动σ（温度、湿度、气体）。

2. 扰动恢复时间T90/T95与最大偏差Δmax。

3. 门开事件频次与平均时长。

4. 预警与严重告警的百小时频率。

5. 维护完成后30天内的稳定性对比值。

6. 数据丢失率与同步成功率。

7. 能耗与单位时间阀开度均值（如记录）。

十七、典型异常与状态判读

1. 升温慢或过冲：可能为风道阻塞、负载热容量大、控制参数过激或传感延迟。

2. 湿度摆动大：补湿与加热耦合未调优、水位/水温不稳、腔体漏气或门密封老化。

3. 气体偏低难回：钢瓶压力不足、调压阀或流量路径异常、阀开度耗尽仍不达标。

4. 门开恢复慢：预热不足、负载布局影响气流、门体闭合不严。

5. 误告警多：探头老化、线缆干扰、时间基准漂移、带宽设定过紧。

6. 数据不同步：网络策略冲突、凭据失效、导出目录权限变化。

十八、状态驱动的SOP要点

1. 启动前：确认上次维护与校准有效期；检查水位、耗材、门封；设定时钟源与带宽。

2. 预热期：不开门或最小化开门；利用趋势观察升稳行为；达到带宽后才投样。

3. 恒定期：按批记录门开事件；每日浏览KPI摘要；必要时微调带宽与前馈参数。

4. 程序期：在跨段节点前检查条件是否达成；异常进入延迟切换并记录原因。

5. 扰动恢复：将取放样合并执行；使用门开计时器评估改进效果。

6. 告警应对：信息/预警就地处理，严重告警按预案停机或转移样本；完成后生成偏差报告。

7. 停机与交接：导出趋势与审计包；填写交接清单；切换至节能待机或完全断电。

十九、不同实验场景的状态策略

1. 长周期细胞培养：优先稳定性与水分平衡；带宽收紧，门开批量化；夜间维持恒定而非节能。

2. 快速筛选实验：重视恢复时间与过渡准确；程序段斜率与前馈补偿更激进；允许略高湿度预补偿。

3. 高价值样本：严格告警联动与远程通知；双人复核参数；门开阈值更低并强制记录备注。

4. 方法学开发：高频采样、全量导出；频繁观测状态切换行为并收敛控制参数。

5. 多设备并行：统一时钟、统一带宽、统一KPI口径；用状态对齐法验证批间可比性。

二十、运行状态与能耗的平衡

1. 状态选择影响能耗：高斜率段、频繁恢复、过紧带宽都会提升功耗。

2. 优化路径：

• 减少无效开门与重复扰动；

• 在不影响质量的前提下放宽带宽微幅度；

• 合理安排程序段切换时点，避免高峰叠加。

1. 监控：用周度能耗图与阀开度均值评估策略成效。

二十一、日志与审计中的状态证据

1. 必备字段：状态进入/退出时间、触发原因、参与子系统（温/湿/气/门/风/数据）、操作者。

2. 证据链：趋势片段、门开叠加、告警条目、处置备注与签名。

3. 审阅要点：状态切换是否遵循优先级；严重告警是否在SLA内处置；偏差是否闭环。

二十二、培训与角色分工

1. 管理员：配置权限、带宽、告警策略、计划任务与模板。

2. 操作者：执行SOP、监控状态、记录偏差、完成批次导出与交接。

3. 维护人员：在维护/校准状态下执行项目、对比维护前后KPI、提交健康报告。

4. 质控与审计：抽查状态证据、复核偏差闭环、评估长期稳定性。

二十三、状态可视化与人因工程

1. 仪表板：将“当前状态标签”“恢复计时器”“段号与剩余时间”“告警角标”置于主视区。

2. 趋势页：提供状态着色条带，便于回放时快速定位状态边界。

3. 交互：对状态切换提供“双确认+影响摘要”，减少误触导致的状态漂移。

4. 无障碍：支持高对比与色弱友好模式，用线型与标记符区别不同参数与状态。

二十四、常见误区与修正建议

1. 误把预热当稳态：预热达带宽一次并不代表长期稳定，需观察持续性与波动指标。

2. 过度收紧带宽：带来频繁微调与能耗上升，且易触发假阳性告警，建议以工艺敏感度反向设定。

3. 忽视门开结构化管理：缺少清单与批量化动作会显著拉长恢复时间。

4. 程序段斜率设得过快：负载热惯性限制导致“迟到到点”，宜配合前馈与延迟切换策略。

5. 忽略时钟一致性：跨设备或跨班次的状态比对出现错位，必须定期校时并标注时区。

二十五、状态驱动的持续改进闭环

1. 采集：周度导出KPI与状态切片。

2. 分析：识别最常见的偏差状态与其触发条件。

3. 改善：调整带宽、前馈、斜率、门开SOP与维护周期。

4. 验证：对比改善前后30天的KPI分布与显著性。

5. 固化：更新SOP与培训材料，纳入审计基线。

二十六、术语与缩写（节选）
T90/T95：扰动后回归到目标偏差10%/5%所需时间。
带宽：允许的偏差范围，用于预警触发而非硬性告警。
前馈：根据已知扰动提前给出的补偿控制量。
延迟切换：跨段条件不满足时，推迟程序段切换直至满足或超时。
SLA：针对告警处置或恢复的时限要求。
KPI：描述运行状态质量的关键指标。

二十七、结语
运行状态并非单一开关，而是跨层协同的系统行为。掌握状态定义、触发条件、优先级与互斥规则，配合数据证据与SOP，就能在不同实验场景下稳定、可审计地复现目标环境。将状态管理与KPI监控纳入日常工作，可以持续缩短恢复时间、降低告警频率、优化能耗，并把设备的性能优势转化为可量化的工艺可靠性。