基于IOT技術(shù)的大學(xué)實驗室管理

李玉榮，劉 英，吳志威

(南京林業(yè)大學(xué) 機械電子工程學(xué)院，南京 210037)

基于IOT技術(shù)的大學(xué)實驗室管理

李玉榮，劉 英，吳志威

(南京林業(yè)大學(xué) 機械電子工程學(xué)院，南京 210037)

文章在介紹大學(xué)實驗室管理現(xiàn)狀和概述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對實驗室的進一步科學(xué)管理。分析了IOT技術(shù)應(yīng)用于實驗室管理的可行性，搭建了系統(tǒng)軟硬件構(gòu)架 ，挖掘了該模式的優(yōu)點，提升了大學(xué)實驗室管理的效率和自動化程度。

高校；實驗室；物聯(lián)網(wǎng)(IOT)；管理

大學(xué)實驗室是學(xué)校進行教學(xué)及科研的重要場所之一，是科技產(chǎn)地、人才培養(yǎng)的基地。實驗室管理主要是指對實驗室的環(huán)境條件、儀器設(shè)備、實驗室人員、實驗物資等各類活動進行研究和管理[1]。隨著招生規(guī)模的擴大，大學(xué)實驗室的資產(chǎn)規(guī)模也日益擴大，實驗室的儀器設(shè)備數(shù)量也與日俱增。實驗室的科學(xué)管理變得尤為重要。

1 大學(xué)實驗室管理現(xiàn)狀

大學(xué)實驗室根據(jù)功能可分為教學(xué)活動、科學(xué)研究、結(jié)果演示實驗室三大類。一般來說，大學(xué)實驗室管理長期依靠手工記賬、標簽的形式進行管理，導(dǎo)致存在以下常見的問題：信息系統(tǒng)自動化程度還較低、管理監(jiān)督力度不夠、小型儀器易丟失、大型設(shè)備的維護困難、資產(chǎn)共享開放程度不夠等[2]。貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的王瑾在基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理技術(shù)一文中建議通過采用先進的物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)對實驗物品的基本數(shù)據(jù)、實驗過程及實驗設(shè)備的全生命周期進行全方位的系統(tǒng)管理，以改進實驗室的管理。但作者只是簡單提及了RFID技術(shù)在上述在三面的應(yīng)用考慮，至于如何具體的實現(xiàn)上述方案、如何綜合的運用除RFID技術(shù)外的其他各類關(guān)鍵技術(shù)以及實驗室內(nèi)各管理系統(tǒng)之間如何綜合互動管理等問題都尚需探討和回答[3]。同時，國外的其他大學(xué)，歐美等當前較為先進的實驗室也僅限于大型儀器設(shè)備的預(yù)約系統(tǒng)、實驗人員操作危機報警等純網(wǎng)絡(luò)化的管理方式[4]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)(IOT)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上將通信的對象延伸到物品之間。它具有全面感知、可靠傳遞、智能處理的特點，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推進了射頻技術(shù)(RFID)，人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新研究[5]。IOT技術(shù)主要包括四項：射頻識別、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能技術(shù)和納米技術(shù)[6]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的用途非常廣泛，遍及智能家居、路燈監(jiān)控、智能消防、環(huán)境監(jiān)控、資產(chǎn)管理、物流管理、工業(yè)監(jiān)測管理等諸多的領(lǐng)域。

3 基于IOT技術(shù)的大學(xué)實驗室管理

將IOT技術(shù)應(yīng)用于實驗室環(huán)境中，首先要考慮應(yīng)用在實驗室的可行性，分析技術(shù)自身優(yōu)勢、相關(guān)實驗室人員對于技術(shù)的了解程度和接受程度以及投資軟件硬件的成本。

3.1 我校自動化實驗室相關(guān)人員調(diào)查

根據(jù)南京林業(yè)大學(xué)機電院自動化實驗室的具體情況，通過對教師、本科生、研究生的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，自動化實驗的相關(guān)人員對于IOT技術(shù)有一定的認識，了解到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是電力電子、通信、計算機控制、測控等多領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)知識融合成，但是對于物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有應(yīng)用案例以及在大學(xué)實驗室管理中的可能應(yīng)用等方面，他們的認識和了解程度都還相對比較低。在不完全考慮成本的前提下，相關(guān)人員大部分歡迎借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對實驗室進行管理，他們看好物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠提高管理效率、提高自動化和智能化的程度。同時，少數(shù)人也持有對于IOT技術(shù)本身面臨的難點和挑戰(zhàn)的顧慮。

3.2 系統(tǒng)軟硬件投資成本分析

以機電院自動化系的實驗室為例，進行成本的核算，自動化系實驗室包括教學(xué)實驗室和科研實驗室，占地面積250 m2，現(xiàn)有實驗室管理人員3名(主任1名，管理員2名)。采用IOT技術(shù)對自動化實驗室進行管理，需要投入的硬件主要包括：射頻識別標簽;無線網(wǎng)接入點;認證服務(wù)器和閱讀器等。射頻識別標簽的成本很低，按照10年的使用年限，折舊額忽略不計。為了降低成本，可采用手持式的閱讀器；一個約1.5萬元；無線局域網(wǎng)已經(jīng)存在，不用新投入成本。數(shù)據(jù)處理的服務(wù)器需要接入Internet，對數(shù)據(jù)進行存儲、分析與加密等，可使用已有的計算機進行改造，維護費用也不必投入太多。人員投入成本，原有的實驗室管理員可以通過學(xué)習進修的方式學(xué)習軟件功能，代替專門的軟件工程師。

4 基于IOT技術(shù)的大學(xué)實驗室管理系統(tǒng)架構(gòu)

本文考慮的實驗室管理系統(tǒng)主要基于IOT技術(shù)的應(yīng)用，整體架構(gòu)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，如圖1所示。

根據(jù)硬件部分的流程圖得知，具體的數(shù)據(jù)流程為手持的讀寫器將RFID的標簽信息通過無線通信技術(shù)傳輸?shù)綗o線設(shè)備接入點，接入點繼續(xù)將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，對采集的實驗室相關(guān)數(shù)據(jù)進行存儲、整理分析等。RFID在信息存儲量、抗干擾能力、安全性和實時性方面的優(yōu)勢是傳統(tǒng)的磁卡和條形碼不可比擬的。軟件部分的核心是中央處理器，它負責提供強大的數(shù)據(jù)分析和處理功能，在人員管理中心、實驗室環(huán)境中心及設(shè)備物資采購中心架起橋梁的作用。將每個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、流向互動連接起來，進行實時的反饋。

圖1 基于IOT技術(shù)的大學(xué)實驗室管理系統(tǒng)架構(gòu)

從該架構(gòu)圖中可以看出，實驗室管理員可以輕松地通過界面觀察到目前的分中心運作情況，進行設(shè)備數(shù)據(jù)更新、實驗室預(yù)約、維修管理等；并且能便捷的與物資供應(yīng)合作商進行數(shù)字化聯(lián)絡(luò)，了解新產(chǎn)品動態(tài)。

5 結(jié)束語

本文采用IOT技術(shù)對大學(xué)實驗室管理進行研究，挖掘了該模式的優(yōu)點：1) 相對提高大學(xué)實驗室管理的效率，在傳統(tǒng)的人工記載的基礎(chǔ)上，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線傳感器技術(shù)、智能控制技術(shù)等實現(xiàn)了實驗室管理的智能化，提高了自動化水平。2) 提高實驗室的安全系數(shù)，傳統(tǒng)的安全檢查模式是依靠技術(shù)人員的定期安檢，而本系統(tǒng)所采用的方法減少了技術(shù)人員的辛苦，當實驗室的溫度濕度或者空氣凈化度發(fā)生改變超過設(shè)定參數(shù)，中央處理器會及時控制安置在實驗室的智能裝備，解決安全隱患。3)實現(xiàn)人機對話，傳統(tǒng)意義上的實驗，在沒有指導(dǎo)書的情況下，學(xué)生不能獨立完成實驗，但有了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，師生通過手持閱讀器就能獲得實驗說明和步驟，快速實現(xiàn)人機對話。

從理論角度上，本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實驗室管理中的應(yīng)用做了探討，但是技術(shù)層面上需要解決的問題，如大量的傳感器布置、無線傳輸統(tǒng)一的通信標準、信息梳理軟件的編制等都是進一步研究的重點。

[1]李偉.基于產(chǎn)權(quán)理論的高校大型儀器設(shè)備管理研究[D].武漢：華中科技大學(xué),2007:15-20.

[2]和彥苓.實驗管理學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2008:20-25.

[3]王瑾.基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理技術(shù)[J].Computer Knowledge and Technology,2010,6(21)：5741-5742.

[4]加州大學(xué)采用RFID傳感器追蹤酒廠發(fā)酵桶[EB].RFID世界網(wǎng)，(2010-12-13).http://3g rfidworid.com.cn/News View.aspx/32011.

[5]張鐸.物聯(lián)網(wǎng):大趨勢[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010: 7.

[6]談峰.基于RFID技術(shù)的物流跟蹤系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].杭州：浙江大學(xué),2008:25-30.

Laboratory Management of University Based on IOT

LI Yurong，LIU Ying，WU Zhiwei

(College of Mechanical and Electronic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

This paper has an overview of the basic situation of university laboratory management and networking technology.An implementation of Internet of Things technology to further scientific management of laboratory is put forward. The feasibility of the application of IOT technology in the laboratory management is analyzed. The system’s hardware and software architecture are built. The advantages of this system are dug.This research enhances the efficiency and the automation of university laboratory management.

colleges and universities；laboratory; internet of things; management

2014-02-24

南京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生實驗室創(chuàng)新項目——基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗室管理探究(nlsycx201306)。

李玉榮(1986-),女,碩士,實驗員,研究方向:網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控。

G482；O4-33；TP399

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.058