科研院所儀器共享管理平臺(tái)的建設(shè)

文/劉永強(qiáng) 莫達(dá)松 謝安杰 葉蓯佑

隨著科研投入的不斷增加，實(shí)驗(yàn)室購置了大量儀器，特別是大型、貴重儀器設(shè)備資源相對(duì)于大量的研究人員來說仍然緊缺。各單位之間或是單位內(nèi)部各實(shí)驗(yàn)室之間資源分布都難以平衡，儀器設(shè)備重復(fù)購買情況普遍。一些單位或?qū)嶒?yàn)室，沒有專門的經(jīng)費(fèi)采購需要的貴重儀器，嚴(yán)重影響了其自身的發(fā)展。普通科研院所內(nèi)部多個(gè)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備，特別是通用型儀器設(shè)備得不到充分的利用，導(dǎo)致儀器資源閑置浪費(fèi)，使用效率較低，造成相當(dāng)時(shí)段儀器設(shè)備閑置，科研檢測人員卻因無法及時(shí)掌握儀器狀態(tài)信息無法及時(shí)申請使用儀器。另外，目前所采取的人工登記及統(tǒng)計(jì)方式不利于統(tǒng)計(jì)查詢，對(duì)儀器共享管理工作的有效運(yùn)行有一定的影響，不利于儀器管理人員對(duì)儀器設(shè)備的績效統(tǒng)計(jì)。

1 問題原因

制約科研檢測發(fā)展的瓶頸不僅是儀器設(shè)備、特別是大型儀器和專項(xiàng)設(shè)備的缺乏，而更常見于儀器共享信息渠道不暢，儀器設(shè)備利用率低下甚至長期閑置，利用率低下與需求旺盛矛盾激化。普通科研院所原有的儀器管理模式，大多是以科室為單位。這種模式容易形成利益小團(tuán)體，科室及儀器使用人為了保證儀器完好，有時(shí)候甚至設(shè)置了各種人為障礙，不允許其他部門或其他單位使用，降低儀器的使用率。人工記錄統(tǒng)計(jì)儀器設(shè)備使用情況，儀器管理人員工作量大。因此積極推進(jìn)儀器設(shè)備資源共享，成為解決這種不平衡，提高儀器設(shè)備效益的最有效途徑。

2 儀器共享平臺(tái)結(jié)構(gòu)

2.1 平臺(tái)采用易于復(fù)用、可以搭建松散耦合、擴(kuò)展性強(qiáng)應(yīng)用的多層架構(gòu)

除了方便平臺(tái)開放的組織實(shí)施外，也能便于日后系統(tǒng)維護(hù)和擴(kuò)展。系統(tǒng)分為五層主要框架：基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用層和用戶層。以儀器設(shè)備授權(quán)管理為核心，探索儀器設(shè)備共享管理機(jī)制方向，儀器設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)共享建設(shè)服務(wù)平臺(tái)。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層本系統(tǒng)的硬件支撐系統(tǒng)，包括服務(wù)器系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房設(shè)施等信息設(shè)施建設(shè)。

（2）數(shù)據(jù)層主要由用來持久化各種類型數(shù)據(jù)的載體組成。系統(tǒng)運(yùn)行所需的大部分?jǐn)?shù)據(jù)都通過數(shù)據(jù)庫的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，少數(shù)數(shù)據(jù)需要使用文件系統(tǒng)或 XML 的形式。

（3）應(yīng)用支撐層由提供業(yè)務(wù)支撐的成熟中間件組成，主要包括數(shù)據(jù)查詢與分析，通用業(yè)務(wù)構(gòu)件，SOA構(gòu)件，數(shù)據(jù)交換與同步構(gòu)建，安全基礎(chǔ)構(gòu)件，模型工具等。

（4）應(yīng)用層以基礎(chǔ)業(yè)務(wù)構(gòu)件為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)本系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)流程。在應(yīng)用層中，不能直接訪問數(shù)據(jù)，須通過應(yīng)用支撐層的數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件。應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)訪問業(yè)務(wù)的調(diào)用，是通過數(shù)據(jù)訪問接口模塊來完成的，實(shí)現(xiàn)與具體的數(shù)據(jù)訪問邏輯解耦。

（5）用戶層，為用戶提供統(tǒng)一的單點(diǎn)式登陸，本系統(tǒng)在展示層主要有 PC 端 Web 系統(tǒng)和移動(dòng)端 WEB 系統(tǒng)。

2.2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)硬件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)儀器設(shè)備硬件及網(wǎng)絡(luò)要求情況，結(jié)合單位實(shí)際設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

在信息平臺(tái)上進(jìn)行信息整合和接口開發(fā)，使共享管理系統(tǒng)成為信息管理平臺(tái)，提供開放共享的管理、服務(wù)信息。同時(shí)，為用戶查詢、預(yù)約及使用，為儀器的效益評(píng)價(jià)提供 充分的技術(shù)支持。從平臺(tái)的可擴(kuò)展性考慮，儀器共享平臺(tái)管理系統(tǒng)采用了以下關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行開發(fā)：

（1）開放、標(biāo)準(zhǔn)的 Web 服務(wù)計(jì)算架構(gòu)。根據(jù)服務(wù)計(jì)算的思想和技術(shù)，分層架構(gòu)軟件平臺(tái)，向上支持與國家網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)接口，向下支持在線服務(wù)平臺(tái)接口。

（2）個(gè)性化儀器推薦算法。用戶在瀏覽儀器時(shí)，根據(jù)用戶地域、專業(yè)、近期瀏覽信息的不同，為不同用戶呈現(xiàn)不同的推薦儀器列表，方便用戶快速訪問，優(yōu)化用戶體驗(yàn)。

（3）NoSQL 云數(shù)據(jù)庫技術(shù)。為適應(yīng)開放系統(tǒng)不斷擴(kuò)展的需求，以及儀器共享、網(wǎng)絡(luò)訪問大數(shù)據(jù)存在的非結(jié)構(gòu)化、海量、高并行、高并發(fā)、高可用性要求，擬采用 NoSQL 云數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.3 平臺(tái)需求分析與實(shí)現(xiàn)

圖1：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

做好儀器分類，區(qū)分儀器設(shè)備控制需求。將儀器主要分為帶有通用型計(jì)算機(jī)工作站的儀器和無外接工作站的一體化儀器兩大類。將需要共享的儀器設(shè)備名稱、型號(hào)、技術(shù)性能、用途、安裝地點(diǎn)、管理人等信息建立一個(gè)可用儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)庫。儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)服務(wù)器間通過網(wǎng)絡(luò)連接，儀器設(shè)備通過硬件終端控制儀器的使用權(quán)限。

確定對(duì)儀器設(shè)備的驗(yàn)證授權(quán)方式有以下兩種。

（1）對(duì)于不需要預(yù)約的儀器，用戶直接通過刷卡的方式進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）對(duì)于需要預(yù)約的儀器，使用刷卡的方式或者在預(yù)約有效期內(nèi)使用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令來驗(yàn)證用戶身份，再根據(jù)用戶身份查找當(dāng)前時(shí)間是否已預(yù)約此儀器。

其中儀器控制方式有以下兩種：

2.3.1 控制儀器電源

無工作站的小型儀器控制電源。使用電源控制器控制，當(dāng)用戶通過驗(yàn)證后，控制儀器的電源實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器進(jìn)行開關(guān)機(jī)控制。

2.3.2 控制連接儀器的電腦顯示器/鼠標(biāo)和鍵盤

大型儀器電腦控制。使用電腦控制器控制，當(dāng)用戶通過驗(yàn)證后，控制連接儀器的電腦顯示器或鼠標(biāo)和鍵盤來實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器進(jìn)行控制。

接收并存貯服務(wù)器預(yù)約指令，使用前用戶刷IC卡或通過網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)擊上機(jī)，通過IC卡或網(wǎng)絡(luò)息驗(yàn)證用戶合法性，驗(yàn)證通過后用戶方有權(quán)限操作電腦。用戶使用完儀器后再刷IC卡或通過網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)擊下機(jī)，驗(yàn)證通過后電腦將處于無權(quán)操作狀態(tài)。

2.4 儀器共享平臺(tái)需求

平臺(tái)系統(tǒng)中常用的角色涉及以下兩種：

儀器管理員、儀器操作員。每個(gè)角色都發(fā)揮著不同的作用。根據(jù)實(shí)際工作中可將其分為四個(gè)階段：基本信息維護(hù)階段、儀器預(yù)約使用階段、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)階段，在不同的階段中，各角色所起到的作用也不盡相同。

（1）儀器管理員在儀器共享的整個(gè)流程中，主要作用有：管理儀器的基本信息，統(tǒng)計(jì)效益、儀器使用率等功能。在整個(gè)儀器共享的過程中起到樞紐的作用，且還全盤掌控著整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所有儀器使用情況的重要數(shù)據(jù)。在基本信息的編輯階段，儀器管理員主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部各儀器的配置信息編輯及用戶管理編輯；在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)階段，需要統(tǒng)計(jì)儀器效益和儀器的使用率等數(shù)據(jù)。

儀器管理員在儀器共享的整個(gè)流程中，主要作用有：管理儀器的基本信息，統(tǒng)計(jì)效益、儀器使用率等功能。在整個(gè)儀器共享的過程中起到樞紐的作用，且還全盤掌控著整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所有儀器使用情況的重要數(shù)據(jù)。在基本信息的編輯階段，儀器管理員主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部各儀器的配置信息編輯及用戶管理編輯；在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)階段，需要統(tǒng)計(jì)儀器效益和儀器的使用率等數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)運(yùn)行前期，儀器管理員需要完善系統(tǒng)內(nèi)所有的儀器基本信息、儀器配置信息、人員信息等操作；在系統(tǒng)運(yùn)行的中后期，儀器管理員主要的任務(wù)就是管理儀器的預(yù)約，在預(yù)約過程中起到重要的作用，還可按月、按季等統(tǒng)計(jì)條件統(tǒng)計(jì)儀器所產(chǎn)生的效益等信息，并可導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)表。

在系統(tǒng)運(yùn)行前期，儀器管理員需要完善系統(tǒng)內(nèi)所有的儀器基本信息、儀器配置信息、人員信息等操作；在系統(tǒng)運(yùn)行的中后期，儀器管理員主要的任務(wù)就是管理儀器的預(yù)約，在預(yù)約過程中起到重要的作用，還可按月、按季等統(tǒng)計(jì)條件統(tǒng)計(jì)儀器所產(chǎn)生的效益等信息，并可導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)表。

（2）儀器操作員即使用儀器設(shè)備的檢驗(yàn)研究人員。在儀器共享平臺(tái)系統(tǒng)中，至關(guān)重要的就是能夠讓儀器的操作員感受到方便、快捷的操作，即能夠很快的預(yù)約到所需要的儀器。在此階段，儀器操作員主要的需求有：查看系統(tǒng)內(nèi)的儀器信息、預(yù)約儀器，快速查看空閑時(shí)間、時(shí)間沖突檢測。儀器操作員主要的需求有：查看系統(tǒng)內(nèi)的儀器基本信息、預(yù)約儀器（查看空閑時(shí)間、時(shí)間沖突檢測）、查詢預(yù)約情況、查詢歷史預(yù)約記錄、修改個(gè)人信息等。

2.5 功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)功能需求分析，該儀器共享平臺(tái)的功能主要可以分為六個(gè)模塊：儀器管理、預(yù)約管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、部門/人員管理、環(huán)境監(jiān)控、檢驗(yàn)單。

儀器管理部分。儀器管理員可以添加、修改和刪除儀器設(shè)備，錄入儀器各項(xiàng)基本信息?？稍谙到y(tǒng)上信息；可調(diào)整儀器設(shè)備狀態(tài)，如將儀器設(shè)置為維護(hù)狀態(tài)后，其它用戶將不能通過平臺(tái)預(yù)約此儀器；可將普通用戶分配至不同儀器的名下，只有當(dāng)該操作員在指定儀器名下方可有權(quán)限預(yù)約該臺(tái)儀器使用；可設(shè)置儀器的計(jì)費(fèi)方法和單價(jià)。系統(tǒng)提供預(yù)約的日程管理，預(yù)約日程展示為日歷形式，可通過點(diǎn)擊任意儀器后查看該儀器當(dāng)月的預(yù)約情況，根據(jù)目前的預(yù)約情況來計(jì)劃個(gè)人的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

圖2：時(shí)長統(tǒng)計(jì)

預(yù)約管理。平臺(tái)支持PC端Web端及手機(jī)網(wǎng)絡(luò)預(yù)約兩種方式，支持委托檢驗(yàn)、課題、專項(xiàng)三種檢驗(yàn)類型及實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理兩種操作方式。無論檢驗(yàn)類型為何，凡操作方式為“實(shí)驗(yàn)”的，必須填寫樣品單號(hào)。對(duì)于需要預(yù)約的儀器設(shè)備，必須要預(yù)約成功且儀器管理員審核后方可在預(yù)約時(shí)間內(nèi)使用。儀器管理員可通過預(yù)約列表查詢儀器操作員的預(yù)約申請，并進(jìn)行審核。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。儀器管理員可通過按部門、按人員、按儀器三種方式統(tǒng)計(jì)查詢儀器設(shè)備的預(yù)約和使用情況、儀器年度利用率及配置合理水平等。如圖2所示。

部門管理和人員管理。系統(tǒng)管理員可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)用戶進(jìn)行角色及權(quán)限的設(shè)置和權(quán)限的劃分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的有效管理。同時(shí)系統(tǒng)管理員應(yīng)具備用戶的增減、編輯其個(gè)人信息功能。

環(huán)境監(jiān)控。在每個(gè)儀器房間安裝溫濕度傳感器，服務(wù)器可以自動(dòng)采集每一個(gè)儀器房的溫濕度信息。該模塊顯示的內(nèi)容包括該儀器所屬房間內(nèi)的溫濕度設(shè)備的電壓及更新時(shí)間，當(dāng)超過指定的閾值時(shí)自動(dòng)發(fā)送信息至儀器管理員，儀器管理員根據(jù)環(huán)境情況及時(shí)控制。

檢驗(yàn)單（任務(wù)單）。由于在填寫預(yù)約單時(shí)，樣品為必錄字段，故流程及所需要填寫的內(nèi)容較多。為了節(jié)省儀器操作員的操作時(shí)間，也避免預(yù)約者因?yàn)橄到y(tǒng)操作繁瑣而失去了預(yù)約儀器的興趣，特將填寫樣品時(shí)所需的檢驗(yàn)單號(hào)作為單獨(dú)系統(tǒng)開發(fā)出來由專人負(fù)責(zé)錄入。儀器操作員在預(yù)約時(shí)候無須重復(fù)錄入任何樣品信息，僅需根據(jù)單號(hào)進(jìn)行搜索并單個(gè)或批量選擇即可。

3 結(jié)束語

通過儀器共享管理平臺(tái)的建設(shè)，可以讓用戶可方便地了解儀器設(shè)備的基本技術(shù)資料、分布和使用情況并進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)約使用；可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器使用的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，節(jié)省人力資源投入，提高工作效率和管理效益；管理人員可了解儀器設(shè)備的運(yùn)行狀況，為新設(shè)備的購置和管理機(jī)制的創(chuàng)新提供決策依據(jù)，能有效避免儀器設(shè)備重復(fù)購置、低效率運(yùn)行等現(xiàn)象的發(fā)生，有效地提高了儀器的利用率和共享率，節(jié)約了大量的人工、管理成本。通過系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以幫助相關(guān)部門及時(shí)了解儀器運(yùn)行的真實(shí)情況，為決策層做出管理決策提供數(shù)據(jù)支持，也符合國家要求科研院所儀器設(shè)備加快向社會(huì)開放的要求。