高校藥學(xué)實驗室綜合管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

邵彥坤， 陸 濤， 廖 俊

(中國藥科大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 南京 211198)

0 引 言

藥學(xué)是一門學(xué)科范圍廣、應(yīng)用性和實踐性都很強的學(xué)科[1-2]，實驗課在藥學(xué)課程中占了較大比例，在藥學(xué)人才培養(yǎng)體系中處于十分重要的地位。藥學(xué)實驗室中試劑和儀器的種類多、價格昂貴，實驗任務(wù)繁重并且有一定的危險性，各種信息和數(shù)據(jù)繁雜，給實驗室的管理帶來很大的困難[3]。

隨著近幾年高校對實驗室建設(shè)的大力投入，實驗室硬件得到了顯著改善，但實驗室的信息化[4]建設(shè)卻遠遠落后于實驗室硬件的發(fā)展，藥學(xué)實驗室更是如此。因此，針對高校藥學(xué)實驗室的特點，開發(fā)集教學(xué)、科研、管理于一體的高校藥學(xué)實驗室綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)實驗室工作的規(guī)范化、制度化、模塊化和一體化。

1 系統(tǒng)需求分析

目前有關(guān)實驗室管理的系統(tǒng)較多，但專門針對藥學(xué)實驗室的較少，而且大多功能單一，如儀器設(shè)備共享平臺[5]、實驗教學(xué)信息管理[6]、化學(xué)試劑管理、開放性試驗管理等，彼此之間沒有聯(lián)系，信息無法共享，形成信息孤島，導(dǎo)致實驗任務(wù)安排欠科學(xué)，無法滿足學(xué)校素質(zhì)教育的要求，實驗室各類數(shù)據(jù)得不到充分挖掘等，這些都阻礙了實驗室管理的網(wǎng)絡(luò)化和一體化。

通過對我校實驗室的深入調(diào)研，了解到藥學(xué)實驗室實現(xiàn)綜合管理的功能需求，主要包括以下5個管理模塊如圖1所示：實驗基本信息管理、實驗教學(xué)管理、儀器設(shè)備管理、化學(xué)試劑管理和科研信息管理；在校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上，各模塊之間通過接口實現(xiàn)信息的共享，為藥學(xué)實驗室的管理提供全面的解決方案。

圖1 系統(tǒng)功能圖

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)采用三層架構(gòu)[7-8]設(shè)計來實現(xiàn)，三層即數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層。此體系架構(gòu)在實驗室管理業(yè)務(wù)有調(diào)整時，可以調(diào)整相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯層模塊，從而達到快速反應(yīng)的效果，還可以保證模塊之間的低耦合，降低層與層之間的依賴性，提高系統(tǒng)的可拓展性和安全性。

在三層架構(gòu)的基礎(chǔ)上，可將整個系統(tǒng)架構(gòu)分為以下8個模塊，各模塊間交互關(guān)系如圖2所示。

(1) 實體類。是現(xiàn)實實體在計算機中的表示，貫穿于整個架構(gòu)，負責(zé)整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的封裝及傳遞。

(2) 數(shù)據(jù)訪問層接口。抽象出數(shù)據(jù)訪問邏輯，包含了每個要公開的數(shù)據(jù)訪問方法，實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層的完全分離。

(3) 業(yè)務(wù)邏輯層接口。業(yè)務(wù)邏輯層的方法向外暴露的接口和服務(wù)契約。

(4) 數(shù)據(jù)訪問層。完成數(shù)據(jù)訪問層的具體功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問層接口。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

(5) 業(yè)務(wù)邏輯層。不是直接與表示層耦合，而是通過依賴注入機制實現(xiàn)。

(6) 表示層。程序及可視元素的集合，負責(zé)完成表示層的具體功能。

(7) IoC容器。通過反射工廠加載相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問層，負責(zé)依賴注入的實現(xiàn)。

(8) 輔助類。具有全局輔助性功能。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1 實驗室信息管理

信息管理子系統(tǒng)由系統(tǒng)設(shè)置、新聞公告管理、人員管理、權(quán)限管理和充值管理構(gòu)成。系統(tǒng)設(shè)置包括對校區(qū)、學(xué)院、專業(yè)、班級、實驗中心、校歷等信息的初始值設(shè)定，用戶口令管理以及數(shù)據(jù)的備份還原和導(dǎo)出；新聞公告管理用于發(fā)布和維護新聞公告信息；實驗室人員分為五類：超級管理員、管理員、學(xué)生、教師和實驗室工作人員，不同角色的權(quán)限和操作都有所不同，超級管理員主要負責(zé)角色的管理、權(quán)限的管理、角色權(quán)限的分配和回收以及管理員信息的維護；管理員主要負責(zé)其他用戶基本信息的維護以及用戶賬號的管理；其他用戶僅擁有維護個人的基本信息和使用已授權(quán)的系統(tǒng)功能的權(quán)限；充值管理可以實現(xiàn)在線余額查詢和充值操作。

3.2 實驗教學(xué)管理

實驗教學(xué)子系統(tǒng)由實驗課程的管理、課程項目的管理、課程表的管理、教學(xué)日歷的管理、學(xué)生的自動考勤、實驗作業(yè)和實驗成績的管理7個模塊組成。實驗教學(xué)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流如圖3所示。

圖3 實驗教學(xué)數(shù)據(jù)流圖(DFD)

首先由實驗室工作人員設(shè)置實驗課程以及添加課程項目的詳細信息，根據(jù)校歷、學(xué)生信息、教師信息、實驗室信息和課程信息生成實驗課程表；然后由各個實驗教師根據(jù)個人實驗課程表、校歷和課程項目設(shè)置教學(xué)日歷，布置實驗任務(wù)；此時，系統(tǒng)會自動提示學(xué)生本周的實驗項目和待完成作業(yè)，提示實驗室工作人員本周實驗所需要配送的儀器試劑的詳細清單；上課時通過RFID感應(yīng)卡實現(xiàn)學(xué)生的智能考勤，實驗結(jié)束后，學(xué)生可在線提交實驗報告，教師通過批閱實驗報告和查看考勤情況發(fā)布實驗成績。

3.3 化學(xué)試劑管理

試劑管理模塊包括試劑的基本信息管理、試劑庫存管理和樣品的分析管理。此模塊詳細記錄了試劑的信息，如商品名、化學(xué)名、俗名、類別、危險性類別、規(guī)格、包裝類別、存儲要求等，能夠動態(tài)完成試劑的申請、采購、入庫、領(lǐng)用、庫存報警等功能，此外還包含了樣品分析方法庫和分析譜圖庫，可以在線查詢某些樣品的分析方法，樣品分析結(jié)束后，將結(jié)果譜圖與譜圖庫的幾萬張甚至幾十萬張已知的譜圖進行對比，找出譜圖庫中與之最接近的若干譜圖作為檢索結(jié)果，并給以數(shù)字化的定量估計，對實驗結(jié)論的推斷有很大的幫助。

3.4 儀器設(shè)備管理

儀器設(shè)備管理主要包括儀器的基本信息管理、大型儀器的預(yù)約管理、儀器的庫存管理以及儀器的維護和報廢管理。

(1) 大型儀器預(yù)約。儀器預(yù)約主要包括儀器查詢、儀器預(yù)約、預(yù)約管理、網(wǎng)絡(luò)硬盤[9]等功能，用戶可以通過設(shè)置查詢條件查詢到所需要的儀器，進入到儀器預(yù)約界面，儀器預(yù)約和使用流程見圖4，通過查看可預(yù)約的時間和收費標(biāo)準(zhǔn)等信息，正確填寫預(yù)約信息，預(yù)約后需要實驗室工作人員的審核，審核通過之后即可在預(yù)約時間內(nèi)刷卡使用儀器，實驗結(jié)束后將結(jié)果上傳到網(wǎng)絡(luò)硬盤，刷卡下機，系統(tǒng)會自動扣費；若在預(yù)約時間內(nèi)未完成實驗可進行延時申請，在沒有時間沖突的情況下可延時使用；若預(yù)約成功但未在相應(yīng)的時間內(nèi)使用儀器，造成儀器的閑置，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定的扣分規(guī)則對用戶進行扣分，分值的高低直接決定用戶的信譽度，進而影響用戶預(yù)約儀器審核通過的優(yōu)先級高低。

圖4 儀器預(yù)約和使用流程圖

(2) 儀器庫存管理。在藥學(xué)實驗室除了大型儀器外還需要多種小型器具，并且數(shù)量較大，易破損。此模塊可以實現(xiàn)儀器的申請、采購、驗收、貯存、使用等一體化管理[10]。通過運用RFID技術(shù)，對出入庫的儀器進行實時記錄，形成報表，方便實驗室工作人員掌握和統(tǒng)計儀器的流動去向情況。此外，當(dāng)庫存小于設(shè)定的下限值時會自動向?qū)嶒炇夜ぷ魅藛T發(fā)出預(yù)警。

(3) 儀器維護。實驗室管理人員通過儀器RFID標(biāo)簽可實時掌握儀器的存放位置、使用狀態(tài)、使用時間等，能夠及時對出現(xiàn)故障的儀器進行維修或報廢處理，對儀器的維修和報廢信息做詳細記錄，最終可以形成儀器維護報表；此外，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的儀器維護頻度及預(yù)警規(guī)則，達到預(yù)設(shè)的儀器維護時間時，系統(tǒng)可自動向?qū)嶒炇夜ぷ魅藛T發(fā)出預(yù)警。

3.5 科研信息管理

科研管理子系統(tǒng)主要是對科研項目、科研經(jīng)費、科研人員和科研成果的管理。實現(xiàn)科研項目的在線申請以及在研項目進度的實時追蹤，對科研經(jīng)費的收支明細和科研成果進行存檔。系統(tǒng)可方便的查詢研究人員所屬的研究項目、每一研究項目都有哪些人參加、每一研究項目的研究進度、每個人的經(jīng)費使用情況等。

4 關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)選擇

高校藥學(xué)實驗室綜合管理系統(tǒng)是基于C#[11]開發(fā)語言，在ASP.NET 4[11]和SQL Server2008的環(huán)境下，采用B/S、C/S集成模式開發(fā)的Web應(yīng)用程序。該體系結(jié)構(gòu)將B/S、C/S[12-13]有機結(jié)合,針對不同模塊的特點采用不同的管理模式，如基于RFID的學(xué)生考勤、儀器試劑的狀態(tài)追蹤等采用C/S模式，在該模式下系統(tǒng)事務(wù)處理能力強，安全性高，用戶具有較強的交互性；實驗教學(xué)管理、基礎(chǔ)信息管理、儀器預(yù)約等采用B/S模式，可以方便快捷地實現(xiàn)信息高度共享，系統(tǒng)拓展性好，無需安裝維護。

4.2 RFID技術(shù)的應(yīng)用

無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification RFID)技術(shù)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，它是自動識別技術(shù)的一種高級形式[14]。RFID 技術(shù)在學(xué)生考勤管理[15]、實驗室物資[16](儀器設(shè)備和化學(xué)試劑)實時動態(tài)管理等方面具有獨特的優(yōu)勢。

在學(xué)生考勤模塊引入RFID技術(shù)，將記錄有學(xué)生基本信息的RFID標(biāo)簽嵌入到學(xué)生的校園一卡通中，當(dāng)學(xué)生進入考勤地點之后，閱讀器會自動采集標(biāo)簽信息，完成學(xué)生身份識別和簽到功能，跟蹤和記錄學(xué)生在實驗室各區(qū)域的進出情況，實現(xiàn)高效率自動考勤要求。

采用RFID技術(shù)也可以實現(xiàn)試劑和儀器狀態(tài)的全程追蹤，當(dāng)試劑、儀器等在計算機中登錄時，可以生成一個唯一的編號，將編號和一些其他的信息保存在RFID標(biāo)簽中，閱讀器可以和試劑、儀器的標(biāo)簽保持通信，從而實現(xiàn)對試劑、儀器的實時監(jiān)測和狀態(tài)追蹤。這是一種更為科學(xué)高效的實驗室管理方式，也是為用戶提供更為方便快捷服務(wù)的有效運作方式。

5 結(jié) 語

藥學(xué)實驗室綜合管理系統(tǒng)通過對實驗教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化管理實現(xiàn)了實驗教學(xué)的全面無紙化；通過對實驗儀器的動態(tài)化管理提高了儀器的利用率；通過對實驗室信息的規(guī)范化管理大大減少了實驗室管理的工作量。該系統(tǒng)將傳統(tǒng)的實驗室管理從一個獨立的內(nèi)部管理系統(tǒng)升級為對多用戶開放并且各模塊相互通信的全面實驗室解決方案，實現(xiàn)了藥學(xué)實驗室的信息化和一體化管理，提高了實驗室的工作效率和管理水平。

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——牛頓