淺析高校院系級(jí)儀器信息化管理系統(tǒng)

姚舸

摘要：高等院校近年來(lái)儀器設(shè)備數(shù)量快速增加，管理問(wèn)題日漸突出，本文分析了學(xué)校、院系和課題組三級(jí)儀器管理的現(xiàn)狀?，F(xiàn)仍有不少院系平臺(tái)以人工管理為主，存在諸多困境，為提高管理水平，筆者設(shè)計(jì)了一套院系級(jí)儀器管理系統(tǒng)，與院系信息化系統(tǒng)融合可有效促進(jìn)開放共享，提高儀器的使用效率，實(shí)踐效果良好。

關(guān)鍵詞：儀器管理;開放共享管理;信息化建設(shè)

中圖分類號(hào)：G647 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2019）22-0013-03

一、引言

儀器設(shè)備已成為高等院校教學(xué)科研的重要基礎(chǔ)設(shè)施[1]，近些年隨著國(guó)家對(duì)高校教學(xué)科研經(jīng)費(fèi)投入的增加，廣大高校在“211工程”、“985工程”和“雙一流”建設(shè)的推進(jìn)下，儀器設(shè)備數(shù)量快速增加，也采購(gòu)了越來(lái)越多的高精尖儀器，為儀器設(shè)備的管理帶來(lái)了新的契機(jī)[2]。儀器設(shè)備的管理與高校的教學(xué)、科研工作密不可分，充分發(fā)揮已有儀器設(shè)備的效能，推動(dòng)開放共享提高設(shè)備的利用率，在一定程度上可以減少重復(fù)購(gòu)置，節(jié)約學(xué)校的設(shè)備經(jīng)費(fèi)支出[3，4]。

二、高校儀器管理現(xiàn)狀

高校儀器設(shè)備主要分布在課題組、院系和校級(jí)平臺(tái)，各高校的校級(jí)公共儀器平臺(tái)一般為校內(nèi)獨(dú)立二級(jí)單位，大多數(shù)已經(jīng)采用信息化手段對(duì)用戶預(yù)約、測(cè)試樣品和儀器使用進(jìn)行全流程管控。校級(jí)公共平臺(tái)儀器數(shù)量多、通用性強(qiáng)、價(jià)值高，有專門的經(jīng)費(fèi)預(yù)算采購(gòu)儀器管理系統(tǒng)，也有專職管理人員操作儀器，儀器管理系統(tǒng)開發(fā)公司將校級(jí)平臺(tái)視為“香餑餑”，特別重視具有標(biāo)桿效應(yīng)的重點(diǎn)高校，并在這些學(xué)校的校級(jí)平臺(tái)投入了大量的精力。例如，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心接入中國(guó)科學(xué)院儀器設(shè)備共享管理平臺(tái)，上海交通大學(xué)分析測(cè)試中心使用的商用管理系統(tǒng)，這些管理系統(tǒng)都為校級(jí)平臺(tái)的良好運(yùn)行提供了系統(tǒng)保障。

院系級(jí)公共儀器平臺(tái)主要為本院系和個(gè)別相關(guān)院系提供服務(wù)，所配備儀器也更聚焦于某一領(lǐng)域。與校級(jí)平臺(tái)相比，院系級(jí)平臺(tái)專門用于建設(shè)儀器管理系統(tǒng)的經(jīng)費(fèi)較少，各儀器管理軟件公司不甚重視或不能提供適用性強(qiáng)的軟件系統(tǒng)。許多院系平臺(tái)還以傳統(tǒng)人工管理模式為主，使用紙質(zhì)臺(tái)賬跟蹤使用情況，這種管理模式存在以下問(wèn)題。

1.儀器信息缺失。由于缺乏統(tǒng)一的儀器信息發(fā)布平臺(tái)，師生無(wú)法掌握本院系的儀器種類和具體參數(shù)，不了解其使用狀態(tài)。通過(guò)學(xué)術(shù)會(huì)議或詢問(wèn)合作伙伴，師生只能獲得片面和滯后的信息，經(jīng)常出現(xiàn)舍近求遠(yuǎn)到外單位使用儀器或重復(fù)購(gòu)置相同設(shè)備的情況，浪費(fèi)了大量的人力和財(cái)力。

2.預(yù)約管理粗放。使用人工對(duì)儀器進(jìn)行預(yù)約管理，以一整天或每天分為三個(gè)時(shí)段進(jìn)行預(yù)約，粒度不精細(xì)造成大量的空閑時(shí)段?，F(xiàn)代大型儀器設(shè)備往往具備全天不間斷工作的能力，只有滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)才能發(fā)揮出儀器的最大使用效能。

3.無(wú)準(zhǔn)入控制。院系公共儀器設(shè)備以用戶自操作為主，隨著科研儀器設(shè)備精密化、自動(dòng)化的發(fā)展，對(duì)用戶的操作規(guī)范也提出了更高的要求。一旦違規(guī)使用造成儀器故障可能產(chǎn)生高額的維修費(fèi)用并造成長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，拖延了科研工作進(jìn)度。用戶應(yīng)該經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并合格后才可以自行操作，但管理人員無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)管。

4.使用記錄不可信。通過(guò)紙質(zhì)臺(tái)賬記錄儀器的使用情況，完全靠用戶自覺(jué)登記，記錄內(nèi)容也不完全可信。用戶因沒(méi)有規(guī)范操作而發(fā)生的儀器損壞，因沒(méi)有可信的使用記錄無(wú)法對(duì)用戶追責(zé)，無(wú)追責(zé)壓力用戶不會(huì)重視規(guī)范操作的重要性，從而進(jìn)入了惡性循環(huán)。

5.存在收費(fèi)漏洞。基于不可信的使用記錄，無(wú)法計(jì)算準(zhǔn)確的使用費(fèi)用。沒(méi)有監(jiān)管措施，用戶隨意登記，甚至有的用戶為了規(guī)避費(fèi)用，不登記或少登記。收費(fèi)的不公平和隨意性容易引發(fā)矛盾，對(duì)公共實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行產(chǎn)生了負(fù)面的影響。

6.使用統(tǒng)計(jì)困難。根據(jù)紙質(zhì)存檔數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)要花費(fèi)大量的人力，數(shù)據(jù)來(lái)源不可靠其結(jié)果可信度不高，無(wú)法為未來(lái)儀器的添置提供決策依據(jù)。

高校實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員短缺，工作任務(wù)繁重已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員不僅承擔(dān)儀器設(shè)備的日常管理和維護(hù)，還要擔(dān)負(fù)起指導(dǎo)學(xué)生操作使用儀器設(shè)備的職責(zé)[5]。近年來(lái)，高校儀器設(shè)備高速增長(zhǎng)，使用頻率提高，但實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員卻未隨之增加，因此將他們從煩瑣、重復(fù)的儀器日常管理中解脫出來(lái)迫在眉睫。

課題組儀器設(shè)備購(gòu)置經(jīng)費(fèi)來(lái)源分為競(jìng)爭(zhēng)性和非競(jìng)爭(zhēng)性兩類。競(jìng)爭(zhēng)性經(jīng)費(fèi)一般指向國(guó)家科技部、基金委等申請(qǐng)的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，非競(jìng)爭(zhēng)性經(jīng)費(fèi)一般指學(xué)校經(jīng)費(fèi)（如“雙一流”建設(shè)經(jīng)費(fèi)）。非競(jìng)爭(zhēng)性經(jīng)費(fèi)的使用分配權(quán)在學(xué)校或院系，既可以用于建設(shè)公共平臺(tái)，也可以支持課題組儀器建設(shè)。課題組設(shè)備一直以來(lái)極少對(duì)外開放共享，其中部分儀器設(shè)備使用面極窄無(wú)開放必要，部分設(shè)備共享會(huì)導(dǎo)致使用效率低下，如某些光學(xué)儀器調(diào)整一次光路要幾天時(shí)間，這類儀器的確無(wú)開放必要。部分可以開放的儀器沒(méi)有共享，一方面有的教師認(rèn)為這是自己的設(shè)備不愿意開放使用;另一方面有些院系普遍沒(méi)有儀器管理平臺(tái)，現(xiàn)有管理軟件也沒(méi)有為這種復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化，從而在一定程度上阻礙了開放。如果能優(yōu)化院系內(nèi)的儀器管理、提高儀器使用效率，從而使有限的經(jīng)費(fèi)可以發(fā)揮在更大的作用上，而不是浪費(fèi)在設(shè)備的重復(fù)購(gòu)置上。

三、院系級(jí)儀器管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

院系級(jí)平臺(tái)不同于校級(jí)平臺(tái)，儀器以用戶自操作為主，除了需要管理共享設(shè)備，還應(yīng)考慮將各課題組可以共享的儀器納入管理。課題組的儀器，特別是使用非競(jìng)爭(zhēng)性經(jīng)費(fèi)采購(gòu)的，學(xué)校和院系應(yīng)該從制度上提倡和要求共享，這也要求院系有針對(duì)性地推出院系級(jí)儀器管理系統(tǒng)。院系建設(shè)自己的儀器管理系統(tǒng)可以解決人工管理面臨的諸多問(wèn)題，提高管理水平實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，可將實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員寶貴的精力從煩瑣的日常管理中解脫出來(lái)。為了實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的全流程科學(xué)管理，院系級(jí)平臺(tái)至少應(yīng)包括以下七個(gè)功能模塊。

1.儀器展示。管理系統(tǒng)網(wǎng)站按照功能分類統(tǒng)一展示儀器，每個(gè)儀器的管理員可自主維護(hù)所管理儀器的頁(yè)面，詳細(xì)介紹儀器的型號(hào)規(guī)格和功能指標(biāo)，公示校內(nèi)外收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，便于用戶快速了解儀器詳情，選擇合適的設(shè)備開展實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)站應(yīng)提供統(tǒng)一服務(wù)的窗口，用戶和管理員均通過(guò)網(wǎng)站對(duì)平臺(tái)內(nèi)所有的儀器進(jìn)行預(yù)約管理和使用。

2.用戶管理。精細(xì)化管理要求每位用戶都擁有獨(dú)立的賬號(hào)，防止賬號(hào)共享帶來(lái)的安全隱患，但基本計(jì)費(fèi)單元是課題組，這就要求管理系統(tǒng)應(yīng)至少實(shí)現(xiàn)課題組和用戶兩級(jí)管理，用戶完善個(gè)人信息后申請(qǐng)加入組，由組長(zhǎng)審批后產(chǎn)生的費(fèi)用計(jì)入該組賬戶?，F(xiàn)在眾多高校已經(jīng)建立了統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)和一卡通系統(tǒng)，對(duì)于校內(nèi)用戶，使用學(xué)校統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)驗(yàn)證用戶身份，使用校園一卡通作為身份憑證，用于門禁和刷卡上下機(jī)。校內(nèi)用戶學(xué)生具有流動(dòng)性，而公共實(shí)驗(yàn)室并不掌握學(xué)生的動(dòng)向，管理系統(tǒng)能夠周期性地與校數(shù)據(jù)中心同步，及時(shí)發(fā)現(xiàn)已畢業(yè)學(xué)生的賬號(hào)，防止發(fā)生已畢業(yè)卻還在用導(dǎo)師經(jīng)費(fèi)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的情況。儀器管理系統(tǒng)和學(xué)校身份系統(tǒng)緊密集成，身份信息可靠且更新及時(shí)，用戶忘記密碼、掛失換卡也由學(xué)校統(tǒng)一處理。對(duì)于校外用戶，由公共實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一管理賬號(hào)，統(tǒng)一發(fā)卡。

3.操作證。實(shí)驗(yàn)室安全越來(lái)越受到重視，用戶應(yīng)首先經(jīng)過(guò)安全培訓(xùn)考試合格后才可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，如需接觸危險(xiǎn)品還應(yīng)增加相應(yīng)的培訓(xùn)和考試內(nèi)容，管理系統(tǒng)應(yīng)具備完善的在線考試功能。用戶需先完成安全培訓(xùn)考試，針對(duì)其所使用儀器進(jìn)行專門的培訓(xùn)，合格后首先頒發(fā)只能在工作時(shí)間使用儀器的見習(xí)操作證，用戶熟練使用后再升級(jí)為全天使用的正式操作證。儀器管理系統(tǒng)對(duì)用戶的預(yù)約和使用通過(guò)操作證控制，并聯(lián)動(dòng)門禁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)儀器操作的準(zhǔn)入控制。

4.預(yù)約管理。合理、靈活的預(yù)約策略有助于提高儀器設(shè)備的使用效率，預(yù)約頁(yè)面采用日歷展示，用不同顏色標(biāo)記狀態(tài)，使儀器的使用狀態(tài)一目了然。不同的儀器對(duì)預(yù)約要求差異很大，從儀器使用角度考慮，根據(jù)儀器實(shí)際使用情況確定預(yù)約時(shí)間規(guī)則，用戶只能按照設(shè)定的要求進(jìn)行預(yù)約，防止預(yù)約時(shí)間明顯不符合正常實(shí)驗(yàn)的用時(shí)。對(duì)于較為稀缺的設(shè)備，可限制每個(gè)課題組在一定時(shí)期內(nèi)的預(yù)約機(jī)時(shí)，盡量為各個(gè)課題組提供公平使用的機(jī)會(huì)。

5.上機(jī)使用。管理系統(tǒng)使用現(xiàn)場(chǎng)控制器對(duì)儀器進(jìn)行控制，控制方式多樣，對(duì)于可以斷電的小型設(shè)備直接操控設(shè)備電源，對(duì)于使用計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備控制顯示器為鍵盤和鼠標(biāo)，對(duì)于不可通過(guò)電源控制的為可控制儀表或開關(guān)樣品門。通過(guò)這些控制手段，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的情況下要求用戶通過(guò)刷卡登錄才能正常使用設(shè)備，這樣系統(tǒng)才能通過(guò)操作證對(duì)儀器的使用進(jìn)行準(zhǔn)入控制，同時(shí)留存可信的使用記錄。近些年，生物識(shí)別技術(shù)越來(lái)越普及，逐步采用指紋識(shí)別、臉部識(shí)別等技術(shù)對(duì)用戶身份進(jìn)行二次確認(rèn)，杜絕借卡代刷的現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)控制器自身具備存儲(chǔ)能力，在與中心服務(wù)器斷開連接時(shí)，能夠根據(jù)最后一次更新的操作證和預(yù)約信息處理上下機(jī)并記錄日志，恢復(fù)連接后自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的一致性。

6.數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在越來(lái)越多的儀器設(shè)備采用計(jì)算機(jī)控制，設(shè)備初次安裝調(diào)試后，為確保儀器穩(wěn)定運(yùn)行，儀器控制計(jì)算機(jī)與校園網(wǎng)隔離，系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行升級(jí)，因此對(duì)病毒和漏洞無(wú)抵抗能力。用戶測(cè)試數(shù)據(jù)需要導(dǎo)出時(shí)，采用刻錄光盤的形式讓用戶外帶實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常不方便，因此儀器管理系統(tǒng)可以作為“中間人”幫助傳遞數(shù)據(jù)，儀器控制計(jì)算機(jī)透過(guò)數(shù)據(jù)傳輸專網(wǎng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集中上傳至儀器管理系統(tǒng)，用戶在校內(nèi)外登錄系統(tǒng)即可自行下載數(shù)據(jù)。

7.機(jī)時(shí)計(jì)費(fèi)。有了真實(shí)可靠的使用和預(yù)約記錄，儀器管理系統(tǒng)就可以統(tǒng)計(jì)機(jī)時(shí)的使用情況并計(jì)算相應(yīng)費(fèi)用，計(jì)費(fèi)時(shí)要考慮預(yù)約和實(shí)際使用不一致的情況，一般按照最長(zhǎng)時(shí)間原則進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段督促用戶預(yù)約時(shí)，盡量匹配實(shí)際的使用情況，提高儀器的使用效率。課題組長(zhǎng)也可以隨時(shí)登錄系統(tǒng)查看組內(nèi)成員的使用情況，掌握測(cè)試費(fèi)的使用進(jìn)度，每年年底系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)生成合同和使用清單，直接用作用戶繳費(fèi)的財(cái)務(wù)憑證，大幅節(jié)約了管理員的精力。

以上可見儀器管理系統(tǒng)復(fù)雜、功能眾多，隨著實(shí)際使用和管理規(guī)范的不斷完善，軟件需求在使用中不斷地摸索完善，故采用敏捷開發(fā)。筆者使用Node.js+Express框架開發(fā)核心系統(tǒng)，后端采用MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)，適應(yīng)不斷變更軟件快速迭代的要求，降低了人力的需求[6，7]。平臺(tái)基于B/S架構(gòu)，用戶和管理員只需使用瀏覽器即可操作，服務(wù)端使用Nginx提供Web服務(wù)，其中動(dòng)態(tài)內(nèi)容反向代理給Node.js，客戶端與服務(wù)端使用https加密鏈接傳輸數(shù)據(jù)，服務(wù)端與校園網(wǎng)之間部署防火墻和WAF對(duì)攻擊進(jìn)行防范。

儀器管理系統(tǒng)依托于院系的信息化建設(shè)是其重要的組成部分?，F(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)高速發(fā)展，高校在工資待遇、職業(yè)發(fā)展等方面無(wú)法與之競(jìng)爭(zhēng)，專業(yè)信息化人才匱乏，院系信息化建設(shè)面臨經(jīng)費(fèi)緊張、人員奇缺的問(wèn)題，因此應(yīng)避免“煙囪式”架構(gòu)的建設(shè)，將儀器管理系統(tǒng)作為院系信息化建設(shè)的一部分通盤考慮、統(tǒng)一建設(shè)。

四、結(jié)論

筆者現(xiàn)已主持研發(fā)了一套院系級(jí)儀器管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了上述大多數(shù)功能，現(xiàn)有一個(gè)公共實(shí)驗(yàn)室使用，迄今已記錄了18128條使用信息，累計(jì)機(jī)時(shí)44502小時(shí)，并且在建設(shè)該系統(tǒng)時(shí)特別注重與各類信息系統(tǒng)的融合。在身份認(rèn)證上，開發(fā)了中間件對(duì)接學(xué)校認(rèn)證中心，院系自行維護(hù)校外人員信息，實(shí)現(xiàn)了多套信息系統(tǒng)共享統(tǒng)一認(rèn)證。通過(guò)與樓宇門禁系統(tǒng)對(duì)接，直接控制門禁持卡人權(quán)限，對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行準(zhǔn)入控制。使用已有的在線考試系統(tǒng)，為各類儀器創(chuàng)建特定的試卷，用戶通過(guò)培訓(xùn)考試合格后才能獲取操作證。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接與云盤集成，直接上傳自動(dòng)同步，利用強(qiáng)大的共享管理實(shí)現(xiàn)協(xié)同研究，完善的數(shù)據(jù)備份和歷史版本保護(hù)了珍貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

以信息化支撐科研工作是現(xiàn)代高校的必然要求，科學(xué)的儀器管理系統(tǒng)能有效提高儀器的使用效率，更好的為基礎(chǔ)科研服務(wù)，同時(shí)也可以提供精確的儀器，使統(tǒng)計(jì)作為將來(lái)設(shè)備采購(gòu)方案的重要依據(jù)。

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