基于物聯(lián)網(wǎng)技術的實驗設備管理系統(tǒng)研究與設計

朱根良　林引盈

摘要：該文通過分析高校實驗設備管理工作特點，并結合物聯(lián)網(wǎng)技術的優(yōu)勢，設計總結一種B/S模式的實驗設備管理系統(tǒng)的系統(tǒng)體系結構模型。利用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)實驗設備的科學和統(tǒng)一的信息化管理，提高管理水平和效率。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；實驗設備； RFID；管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044（2012）30-7381-03

1 高校實驗設備管理的特點及問題

1.1 特點

隨著國家對高校實驗室建設的不斷投入，各個高校的實驗室數(shù)量不斷增加，實驗設備資產(chǎn)也日益增多，幾千萬甚至上億實驗設備資產(chǎn)的高校不在少數(shù)。這樣高速的發(fā)展給實驗設備的管理工作直接帶來了巨大的壓力和挑戰(zhàn)。如果還是使用傳統(tǒng)的手工統(tǒng)計、紙質(zhì)文件記錄存檔這樣主要依靠人力來進行管理的方式已難以滿足現(xiàn)代實驗設備管理的需求。如何準確、實時和高效的管理實驗設備成為很多高校急需改善和解決的重要問題之一。

1.2 問題a

1.2.1 實驗設備管理相對獨立，難以做到資源共享

各院系的實驗設備多以供本院師生使用為主，使用和管理上相互獨立，彼此之間也難以了解設備詳細情況。這就可能造成各院系之間的實驗室資源分配不平衡，使得有的院系設備使用率較低甚至閑置而有的院系的設備資源卻極為短缺。校級職能部門也因無法實時掌握各院系的實驗設備狀態(tài)，從而無法及時進行宏觀的把握和調(diào)配。

1.2.2 實驗設備使用情況難以統(tǒng)計

實驗設備的使用情況多以手工登記為主，統(tǒng)計方式簡陋而繁瑣，可能存在疏漏甚至造假，不利于準確全面的反映設備使用情況。

1.2.3 實驗室隊伍不穩(wěn)定

實驗室隊伍不穩(wěn)定、流動性較大且缺編情況嚴重[1]是一個普遍存在的問題。如果在實驗室人員變動時沒有及時做好相關材料的移交，則有可能造成設備管理上的混亂甚至造成設備的遺失。同時新上崗的設備管理人員，在管理崗位上因得不到相關培訓，所以工作能力有限且缺乏規(guī)范性。如果沒有一套清晰的管理的思路，也容易造成短期的工作上的混亂。

2 物聯(lián)網(wǎng)及其關鍵技術

2.1 物聯(lián)網(wǎng)簡介

現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)是指把所有物品通過射頻識別RFID、傳感器、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)GPS等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理的一種網(wǎng)絡，也是指通過信息傳感設備，按約定的協(xié)議實現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡。其主要特征是通過信息傳感設備等方式獲取物理世界的各種信息，結合互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等網(wǎng)絡進行信息傳送與交互，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制 [2] 。

2.2 關鍵技術介紹

無線射頻識別即RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱電子標簽，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。經(jīng)過多年的發(fā)展，RFID技術已經(jīng)日趨成熟，它作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分之一，被廣泛應用于物流管理、圖書管理、門禁系統(tǒng)等行業(yè)領域。這種非接觸式的自動識別技術，應用到實驗設備管理中可以極大的提高管理效率。對于設備的清點、定位以及外借等工作可以起到事半功倍的作用。

RFID系統(tǒng)主要包括標簽、讀寫器和應用軟件三部分。標簽進入磁場后，接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號，讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央數(shù)據(jù)分析模塊進行有關數(shù)據(jù)處理[3]。因此管理者只要持有一臺小巧的標簽讀寫器即可對實驗室一定范圍內(nèi)的所有帶RFID標簽的設備進行快速清點和定位工作。在幾部分組件中，標簽是數(shù)量最大的部分，標簽的質(zhì)量好壞直接影響整個系統(tǒng)性能。常用的標簽有低頻、高頻、超高頻等多種技術。在幾種不同頻段的標簽中，超高頻標簽最為適合大量設備的管理。因為它閱讀距離大、作用范圍廣、數(shù)據(jù)傳送速度快、數(shù)據(jù)保存時間長，且可單次批量讀取多個電子標簽。

實驗室的環(huán)境監(jiān)控對于實驗室的設備管理也是重要的環(huán)節(jié)。一些對溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)比較敏感的實驗室或庫房需要此類的傳感器進行監(jiān)控，實時掌握室內(nèi)的溫濕度情況，并通過相應設備的聯(lián)動來進行微調(diào)。以此來保證實驗設備能在良好適宜的工作環(huán)境中長期運作或存儲。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的實驗設備管理系統(tǒng)分析與設計

3.1系統(tǒng)功能模塊設計

系統(tǒng)可采用以JAVA為核心的系統(tǒng)，支持跨平臺的應用，整個系統(tǒng)的建設要符合數(shù)據(jù)層、應用層和Web層分開的系統(tǒng)三層架構體系?？梢栽谌魏我粚舆M行更方便的應用擴展，應用的開發(fā)采用組件的技術，通過組件快速實現(xiàn)個性化和靈活的應用。

在應用層管理員可以根據(jù)實際情況自由設置實驗室，并向其中添加實驗設備。因數(shù)據(jù)層開放了與固定資產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，所以也可從其他系統(tǒng)導入設備信息。設備的日常管理和租借主要依靠設備查詢、租借管理、保修管理和環(huán)境監(jiān)控模塊來完成。數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊為用戶提供了一個對設備不同信息的統(tǒng)計報表，便于對工作做出總結和思考。

用戶在終端可通過WEB層使用瀏覽器便捷的對實驗設備管理系統(tǒng)進行訪問；應用層支持標準的J2EE中間件，可以選擇企業(yè)級中間件WebSphere或WebLogic等；底層數(shù)據(jù)層充分運用關系數(shù)據(jù)庫的事物處理能力和檢索能力，在數(shù)據(jù)庫之間通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關實現(xiàn)信息交互和索引的創(chuàng)建，對底層數(shù)據(jù)的訪問采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，提供了與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫如固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)等的對接可能。對用戶來說沒有多種不同數(shù)據(jù)需要分別處理，是一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺。

3.2 網(wǎng)絡拓撲組成

根據(jù)實驗設備管理工作的特點及需求，以物聯(lián)網(wǎng)技術為支撐，采用如圖2所示的網(wǎng)絡拓撲結構。WEB應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器主要作為實驗設備管理系統(tǒng)的部署平臺，必要時可通過服務器集群的方式做冗余及負載均衡。管理者通過采用手持RFID讀寫器掃描，可定期實時的匹配實驗設備的電子臺帳，并且在客戶端還配備了RFID標簽打印機，根據(jù)用戶定義好的編碼規(guī)則，為實驗設備等其他資產(chǎn)打印RFID標簽，實行電子化管理和電子化盤查。實驗室整體環(huán)境則由環(huán)境參數(shù)傳感器進行實時監(jiān)控。安檢門禁是整個實驗室的安全邊界控制，通過對進出實驗室的設備進行RFID標簽掃描來達到安全管理的目的。

4 總結和展望

物聯(lián)網(wǎng)技術在高校實驗設備管理中的應用是個具有長遠意義的研究課題。本文基于物聯(lián)網(wǎng)的特性和高校實驗設備管理的特點及需求，主要分析研究了高校實驗設備管理系統(tǒng)的應用方案。但總體研究偏理論化，實踐不夠。不過卻表達了作者做為實驗工作第一線上的實驗人員，迫切的希望能通過這樣的系統(tǒng)將實驗室相關工作變得更加科學規(guī)范的心愿。相信隨著我國高校實驗室的不斷建設以及物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，這種需求會變得更加強烈，這種應用會變得越加廣泛和成熟。

參考文獻：

[1] 尹立蘋，劉雁紅.大型儀器管理中存在的問題及其對策[J]計量與測試技術，2008（1）：63-64.

[2] 高常水.我國物聯(lián)網(wǎng)技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].中國科學基金，2012（4）：205-209.

[3] 陳亭.射頻識別（RFID）技術在生產(chǎn)線上的應用[D].上海：同濟大學，2009.

[4] 權曉紅，楊景濤.基于WEB的實驗室設備管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].甘肅科技，2007（6）：47-48.