大型儀器共享平臺的智能化運行管理分析

李 祥

山東農(nóng)業(yè)大學生命科學學院作物生物學國家重點實驗室 山東泰安 271018

實驗室與實訓基地建設(shè)

大型儀器共享平臺的智能化運行管理分析

李 祥

山東農(nóng)業(yè)大學生命科學學院作物生物學國家重點實驗室 山東泰安 271018

大型儀器共享平臺的建設(shè)和運行管理是國家重點實驗室建設(shè)的核心內(nèi)容之一。在信息化時代，建立智能化的大型儀器平臺運行管理體系是大勢所趨。描述了作物生物學國家重點實驗室大型儀器共享平臺狀況，探討智能化管理的需求和目標，給出了智能化運行管理平臺設(shè)計的基本要求、功能設(shè)計，綜合分析了智能化運行管理的使用效益。

大型儀器共享平臺；智能；運行管理；使用效益

國家重點實驗室是國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，是國家組織高水平基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才、開展高水平學術(shù)交流、科研裝備先進的重要基地［1］，其中大型儀器共享平臺的建設(shè)和運行管理是國家重點實驗室建設(shè)的核心內(nèi)容之一，在高層次人才培養(yǎng)、重大科研攻關(guān)、經(jīng)濟建設(shè)等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。［2］作物生物學國家重點實驗室自2007年建設(shè)以來，取得了一系列突出的成果，作者曾根據(jù)本實驗室情況，從儀器設(shè)備的正確選購、合理布局、管理制度建設(shè)、正確使用與維護等方面闡述大型儀器設(shè)備的管理和維護。［3］隨著國家對科技創(chuàng)新平臺建設(shè)的投入持續(xù)加大，大型儀器設(shè)備的數(shù)量和質(zhì)量顯著改善。隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，大型儀器平臺的傳統(tǒng)管理模式已不能適應(yīng)信息時代高效、便捷的工作要求。多位作者對大型儀器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)進行了設(shè)計和探討，實現(xiàn)了智能管理的預(yù)約管理、資產(chǎn)管理等部分功能［4-10］，但儀器使用的智能管理功能薄弱。所以，深入探討智能管理的需求和目標，建立智能化的大型儀器平臺運行管理體系是大勢所趨。本文就大型儀器平臺狀況、智能化運行管理平臺的設(shè)計要點、功能要求及使用效果進行了綜合分析。

1 大型儀器設(shè)備平臺的傳統(tǒng)管理狀況

本實驗室大型儀器平臺根據(jù)作物生物學研究的需要，建設(shè)了4個子平臺。

1.1 作物生理生態(tài)技術(shù)平臺

包括多種類型的光合儀、熒光儀、水分水勢儀、大氣土壤監(jiān)測、根系掃描系統(tǒng)等儀器，單價20萬元以上的大型儀器11件，主要是光合作用測定系統(tǒng)、多功能植物效率儀、光合熒光測定系統(tǒng)等，為高產(chǎn)栽培生理、逆境生理、光合作用等研究提供技術(shù)支撐。

1.2 分子生物學與遺傳工程技術(shù)平臺

包括多臺熒光定量PCR儀、超/高速冷凍離心機、蛋白質(zhì)分離等儀器一批，單價20萬元以上的大型儀器16件，主要有熒光定量PCR儀、生物大分子相互作用系統(tǒng)、高級蛋白純化與檢測系統(tǒng)等，為作物生長發(fā)育、激素調(diào)控、產(chǎn)量品質(zhì)重要性狀的分子基礎(chǔ)研究提供技術(shù)支撐。

1.3 細胞生物學與染色體工程技術(shù)平臺

包括各類電鏡、顯微鏡、切片機及附屬設(shè)備，其中20萬元以上的大型儀器有12件，主要有激光共聚焦顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、活體成像系統(tǒng)等，為細胞水平的分子生物學研究提供平臺支撐。

1.4 分析測試研究平臺

包括各類質(zhì)譜儀、色譜儀、光譜儀、品質(zhì)檢測類儀器，其中總價20萬元以上的大型儀器21件，主要有液質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)、氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)、毛細管電泳系統(tǒng)等，用于物質(zhì)成分分離鑒定、定量分析，在作物生理生態(tài)、分子細胞生物學和種質(zhì)創(chuàng)新研究上發(fā)揮重要作用。

實驗室建立了大型儀器設(shè)備紙質(zhì)檔案，包括基本信息、采購文件、儀器說明書、操作手冊和維修保養(yǎng)單等。每臺儀器配備“大型精密儀器設(shè)備使用記錄本”，用于儀器的預(yù)約、使用情況記錄等，并配有簡明操作規(guī)程。大型儀器設(shè)備設(shè)專職實驗技術(shù)人員，負責大型儀器設(shè)備的管理、維護和功能開發(fā)，并不定期的開設(shè)大型儀器使用技術(shù)培訓班，研究人員和研究生經(jīng)培訓后可單獨操作儀器。但這種傳統(tǒng)的管理模式存在如下諸多弊端。

（1）紙質(zhì)檔案和記錄本保存不易且占空間，記錄的信息量少，使用情況統(tǒng)計煩瑣，需占用管理人員較多時間，效率低。各項登記可能因為人為因素無法真實反映設(shè)備的使用情況和運行狀態(tài)。［11］

（2）人工預(yù)約或記錄本預(yù)約（使用緊張的儀器）不夠便捷，且可能會因為人為原因造成預(yù)約沖突，從而影響實驗的進行。

（3）無法進行過程監(jiān)管。儀器運行過程中經(jīng)常無人看管，雖然多數(shù)大型儀器有運行狀態(tài)的日志記錄，但一旦有異常情況出現(xiàn)，不能及時處理。

（4）無法進行遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。大型儀器由于系統(tǒng)穩(wěn)定的需要，一般不連接互聯(lián)網(wǎng)，防止病毒入侵，既不能遠程控制，又不能傳輸實驗數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)需要刻錄光盤，既不方便，又增加成本。

（5）浪費人力，降低技術(shù)人員工作效率，難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。雖然是專人專管，但一人管理數(shù)件儀器，煩瑣的協(xié)調(diào)管理工作占用了大部分的時間，管理人員精力分散，難以做好設(shè)備維護及技術(shù)改進。

2 智能管理平臺結(jié)構(gòu)與功能介紹

優(yōu)秀的智能管理平臺應(yīng)該是一個穩(wěn)定性強、外行人非常容易使用和維護的系統(tǒng)，在設(shè)計上應(yīng)滿足以下基本要求。

（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性強。一個穩(wěn)定的系統(tǒng)應(yīng)具備少出問題、快速解決、監(jiān)控系統(tǒng)健康狀況趨勢等特征，要采用容錯設(shè)計和開發(fā)計算結(jié)構(gòu)，可分層隔離。

（2）系統(tǒng)安全性突出。安全性是系統(tǒng)穩(wěn)定運行、少出問題的關(guān)鍵，是在病毒泛濫的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計中必須重視的要求。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計先進。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)備應(yīng)能體現(xiàn)先進性，同時又具有強大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（4）軟硬件系統(tǒng)可操作性強。系統(tǒng)管理員要在不改變系統(tǒng)運行的情況下具備對系統(tǒng)進行調(diào)整的能力。不同層級的管理員可非常容易的掌握使用方法，故障易于排除。

（5）可擴展性、兼容性強。系統(tǒng)應(yīng)采用標準化的設(shè)計，可保證標準規(guī)范下的不同類型軟硬件設(shè)備協(xié)同運行，并可容易的增加管理單元。

這樣一個智能管理平臺可以實現(xiàn)大型儀器的自動化管理，具體包括如下管理功能。

（1）系統(tǒng)管理：系統(tǒng)的核心管理模塊，包括菜單管理、層級管理、權(quán)限管理、用戶管理、系統(tǒng)參數(shù)配置等。在菜單管理中，要能動態(tài)配置系統(tǒng)多級菜單信息，能隨時調(diào)整配置菜單信息；在層級管理中，能根據(jù)工作需要添加、刪除或修改層級信息。在權(quán)限管理中，能為不同層級管理員分配不同的操作權(quán)限，進而保證系統(tǒng)的靈活性及安全性。在用戶管理中，可以為用戶指定所屬角色，以便于享受該角色的權(quán)限配置。對系統(tǒng)參數(shù)進行配置，以保證整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

（2）授權(quán)管理：實驗室儀器管理員對儀器的使用權(quán)限進行管理，實現(xiàn)使用儀器人員的授權(quán)，保證管理和執(zhí)行的動態(tài)一致性。

（3）儀器資料管理：不同層級的管理人員可以對其管轄的儀器設(shè)備編輯、修改儀器基本信息，上傳說明書、操作規(guī)程、注意事項等單獨的文件。

（4）儀器檢索：可以按照儀器名稱、原理、用途等關(guān)鍵詞檢索儀器，以方便網(wǎng)上預(yù)約。

（5）儀器預(yù)約：針對不同大型儀器的使用特點，實現(xiàn)多種預(yù)約模式，可設(shè)定多種形式預(yù)約優(yōu)先級。將儀器預(yù)約使用流程規(guī)范化、信息化，預(yù)約與使用記錄自動關(guān)聯(lián)，預(yù)約未履行應(yīng)按時間收費。采用限時段預(yù)約模式，保證預(yù)約的公平性。完成預(yù)約、受理、測試、收費等多個環(huán)節(jié)的流程化服務(wù)，并記錄儀器的各項使用數(shù)據(jù)，包括測試樣品個數(shù)、使用機時、收費金額等運行信息。實現(xiàn)黑名單管理機制，將惡意預(yù)約用戶加入黑名單，以限制其后期的預(yù)約權(quán)限，進一步提高預(yù)約的公平性。開放程度管理可以根據(jù)不同的管理需求，指定可以預(yù)約使用儀器的人員范圍。

（6）實時自動計費：刷卡后，自動根據(jù)已設(shè)定的儀器收費標準（包括折扣率）進行自動計費和收費。應(yīng)包含多種計費方式，可對儀器及測試項目分別計費。

（7）數(shù)據(jù)文件傳輸：為了儀器軟件系統(tǒng)的安全，在計算機不聯(lián)網(wǎng)、不用U盤、不刻錄光盤的條件下，儀器計算機上實驗數(shù)據(jù)應(yīng)能夠傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心服務(wù)器上，同時提供分級權(quán)限管理，實現(xiàn)方便、快捷、安全地獲取實驗數(shù)據(jù)。

（8）遠程控制：實時記錄顯示實驗儀器電流情況，可在網(wǎng)上遠程控制儀器電腦、電源開關(guān)等，實現(xiàn)遠程控制。

（9）在線培訓：實現(xiàn)培訓資料的在線管理、在線學習及下載，可在線考試，提高培訓效率和效果。

（10）數(shù)據(jù)統(tǒng)計及輸出：系統(tǒng)建立了大型儀器綜合信息庫，包括儀器功能、維修維護、培訓資料、配件、科研成果、使用信息、費用信息等，可根據(jù)需要形成各種統(tǒng)計圖表和報表，實現(xiàn)向上級主管部門的數(shù)據(jù)上報。

（11）應(yīng)急處理：網(wǎng)絡(luò)故障時，應(yīng)急功能自動啟動，授權(quán)用戶仍可使用設(shè)備，并緩存相關(guān)信息，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，數(shù)據(jù)自動上傳至服務(wù)器。

3 智能管理平臺的使用效果分析

3.1 平臺管理信息化 易查易用 方便快捷

智能化的管理平臺保存了所有儀器基本信息、說明書、操作規(guī)程、注意事項等信息，所有用戶都可以方便的查詢、學習，可以開展在線培訓及結(jié)業(yè)考試，使用起來方便快捷。

3.2 平臺管理規(guī)范化 易管易監(jiān) 高效透明

大型儀器智能化管理平臺的建設(shè)是一個資源整合、管理模式改進的過程，通過層級管理、過程監(jiān)督、實驗數(shù)據(jù)傳輸、信息統(tǒng)計等功能確保儀器管理的規(guī)范化，使得設(shè)備數(shù)據(jù)更為規(guī)范，差錯率最大程度降低。整個系統(tǒng)安全高效運行，管理措施、過程、功能透明，各級技術(shù)人員易于管理，也方便學校、實驗室等監(jiān)管部門監(jiān)督。

3.3 平臺管理智能化 降低綜合管理成本

通過智能管理平臺，設(shè)備管理的日常工作能夠由原來的分散管理、局部管理轉(zhuǎn)換為遠程管理、全程管理；實驗室可以通過該系統(tǒng)清晰掌握大型儀器設(shè)備使用狀況，為大型儀器平臺建設(shè)提供重要信息；實驗技術(shù)人員可清楚了解所管轄儀器的狀態(tài)、運行狀況，可合理安排儀器的維護保養(yǎng)及維修。所有這些，避免了重復(fù)勞動，避免了層層統(tǒng)計，減輕了工作量，減少了人員配備，優(yōu)化再造了工作流程，綜合管理成本大幅降低。

3.4 平臺管理綜合化 設(shè)備管理目標容易實現(xiàn)

大型儀器平臺的管理目標是能夠更好地利用精密貴重儀器設(shè)備，保障設(shè)備資產(chǎn)的使用率最大化，并追求運行成本和維護費用的經(jīng)濟性。智能化管理平臺將實驗室大型儀器設(shè)備、綜合管理人員、實驗技術(shù)人員、儀器用戶、專項及維護經(jīng)費及相關(guān)配套設(shè)施等有機整合在一起，設(shè)備管理目標容易實現(xiàn)。遠程控制、過程監(jiān)督等功能可以確保儀器的實時控制，準確了解運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題，以便維護保養(yǎng)及維修。

3.5 解放了技術(shù)人員 改善了時間分配

智能化管理平臺實現(xiàn)了管理人員、實驗技術(shù)人員的解放，預(yù)約管理、遠程監(jiān)控、在線培訓等顯著提高了管理效率，可以將更多的時間用在儀器保養(yǎng)和實驗技術(shù)開發(fā)中，提高了人員的工作效率。

智能管理平臺將大型儀器、管理人員、技術(shù)人員、使用人員有機整合到一起，在改進資源管理模式、簡化設(shè)備管理程序、提高設(shè)備管理工作效率、提高儀器運行效率、增強服務(wù)功能等方面發(fā)揮重要作用。

4 結(jié)束語

隨著計算機、電子、網(wǎng)絡(luò)通信、高密度存儲、聲像等信息技術(shù)的快速發(fā)展，我們已經(jīng)進入到信息化社會，未來社會的發(fā)展將進一步向智能化、集成化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。華東理工大學、北京理工大學、河北農(nóng)業(yè)大學等進行了高校大型儀器設(shè)備信息化管理系統(tǒng)的初步建設(shè)。［6，12，13］所以，建設(shè)智能化的大型儀器管理平臺既是適應(yīng)信息化社會發(fā)展的需要，也是實現(xiàn)大型精密儀器管理的實際需求。智能化運行管理是大型儀器平臺管理的必然趨勢，將顯著提高管理效率，降低管理成本，實現(xiàn)管理目標。

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Analysis of Intelligentized Operation and Management in Large-scale Instruments Sharing Platform

Li Xiang
State Key Laboratory of Crop Biology， College of Life Sciences， Shandong Agricultural University， Taian， 271018， China

The construction and operation management of large-scale instruments sharing platform is one of the core contents of State Key Laboratory. In the information age， the establishment of intelligent platform operation management system is the trending largescale instruments sharing platform. This paper describes the current situation of large-scale instruments sharing platform in the State Key Laboratory of Crop Biology. The needs and goals of intelligent management are explored. The basic requirements and functional designate also given for the design of intelligent operation management platform. A comprehensive analysis of the usingbenefts is conductedbased on the intelligent operation and management.

large-scale instruments sharing platform； intelligent； operation and management； using benefts

2015-05-05

李祥，博士，高級實驗師。