國家重點實驗室儀器平臺智能化管理系統(tǒng)與實踐

付 強(qiáng)， 朱平川， 王志強(qiáng)， 盧春花

(廣西大學(xué) a.亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點實驗室；b.生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南寧 530004)

0 引 言

國家重點實驗室是依托中科院研究所和各重點大學(xué)的科研機(jī)構(gòu)，作為國家科技創(chuàng)新的主體部門，國家重點實驗室是開展高水平基礎(chǔ)研究、舉辦高層次學(xué)術(shù)交流、培養(yǎng)優(yōu)秀人才的重要基地，實行“開放、流動、聯(lián)合、競爭”的運(yùn)行機(jī)制[1-3]。大型儀器平臺是國家重點實驗室內(nèi)獨立于課題組運(yùn)行的重要組成部門，隨著科研對高水平分析測試需求的增加，大型公共儀器平臺在國家重點實驗室的科研支撐作用日益明顯[4-6]。儀器平臺是否完備是衡量實驗室裝備條件的重要標(biāo)準(zhǔn)，同時也體現(xiàn)了國家級科研機(jī)構(gòu)的科研實力[7-8]。因此，充分發(fā)揮大型精密儀器設(shè)備的作用，將會對重大科研攻關(guān)等方面發(fā)揮舉足輕重的作用[5,9-11]。

亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點實驗室(以下簡稱亞農(nóng)國重室)公共儀器平臺于2008年正式成立，在10年建設(shè)期間，通過科學(xué)論證和持續(xù)的經(jīng)費投入，大型儀器設(shè)備的種類和數(shù)量顯著增加，但傳統(tǒng)管理手段的落后加大了技術(shù)員的工作量，造成了部分大型儀器利用率偏低。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和管理理念的不斷進(jìn)步，亞農(nóng)國重室儀器平臺逐漸采用網(wǎng)絡(luò)模式智能化管理儀器設(shè)備，能夠以較低的運(yùn)行成本，規(guī)范化處理儀器使用流程，準(zhǔn)確記錄儀器運(yùn)行情況，實現(xiàn)了公共儀器平臺的信息化管理?，F(xiàn)對儀器平臺的狀況、預(yù)約系統(tǒng)的優(yōu)勢和開放共享的效果進(jìn)行了綜合分析。

1 亞農(nóng)國重室儀器平臺的狀況

自2008年以來，儀器平臺通過科學(xué)規(guī)劃和布局，建立了2 000 m2配備了增壓、過濾和新風(fēng)系統(tǒng)的儀器實驗室。配備專職管理員6名，負(fù)責(zé)平臺大型儀器的管理、維護(hù)和測試服務(wù)工作。圍繞科研方向累計購置價值超過30萬元的大型儀器設(shè)備42臺(套)，其中100萬元以上的核心儀器13臺(套)，儀器總值達(dá)到6 200萬元。根據(jù)生命科學(xué)研究需要，重點建設(shè)了3個子平臺(見表1)。

儀器平臺管理員建立了大型儀器設(shè)備的說明書、操作手冊、招標(biāo)采購合同和維修保養(yǎng)記錄等紙質(zhì)檔案。每臺儀器設(shè)備均制作簡明操作規(guī)程說明上墻，配備使用操作記錄本，用于使用登記、機(jī)時記錄。儀器管理員在每學(xué)期開設(shè)儀器使用培訓(xùn)班，對新入學(xué)研究生開展技術(shù)操作培訓(xùn)，授權(quán)培訓(xùn)合格后，授予研究生獨立操作儀器資格。但是，隨著儀器數(shù)量的增多，這類傳統(tǒng)管理模式出現(xiàn)諸多弊端。①現(xiàn)場預(yù)約可能因人為原因造成使用沖突，或在非工作時段無法提供預(yù)約服務(wù)，影響科研人員實驗的順利開展；②繁瑣的協(xié)調(diào)和管理工作浪費人力物力，降低了管理員的工作效率，特別是年終儀器機(jī)時統(tǒng)計和報送，導(dǎo)致人員精力分散，難以做好設(shè)備維護(hù)和技術(shù)開發(fā)；③實時監(jiān)管難度大，對儀器運(yùn)行狀態(tài)和使用情況無法真實記錄，一旦有異常情況發(fā)生，無法追根溯源。

表1 亞農(nóng)國重室儀器平臺設(shè)備概況

2 智能化管理系統(tǒng)的特點和優(yōu)勢

有鑒于傳統(tǒng)管理模式的諸多弊端[4,12-13]，亞農(nóng)國重室儀器平臺通過引入智能化管理系統(tǒng)，并根據(jù)具體儀器特點，通過二次開發(fā)實現(xiàn)了“網(wǎng)絡(luò)化接入+數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)+設(shè)備終端+視頻監(jiān)控”綜合管理，建立從“使用預(yù)約-上機(jī)操作-評價反饋-費用結(jié)算”的流程模式。借助智能化平臺，設(shè)備管理員能夠通過便捷的管理后臺系統(tǒng)，為儀器使用人員提供多元化的預(yù)約和使用方式，提高了設(shè)備使用效率，提升了平臺管理水平。同時，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以還原使用人操作過程，為故障排除和責(zé)任溯源提供依據(jù)。

2.1 智能化管理系統(tǒng)的特點

該智能化系統(tǒng)具有如下特點：①采用服務(wù)器作為主機(jī)，設(shè)立獨立IP段，與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)端口隔離。系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，安全性高，避免了網(wǎng)絡(luò)中斷造成儀器系統(tǒng)癱瘓和病毒攻擊；②軟硬件設(shè)計先進(jìn)，在儀器室利用無線專用網(wǎng)覆蓋，避免走線的雜亂，保證了儀器室的美觀和整潔，采用賬號和密碼方式登錄，界面友好，易操作。③管理員分級授權(quán)管理，可自由增加管理單元，具有較好的擴(kuò)展性和兼容性。

2.2 智能化管理系統(tǒng)的功能介紹

(1) 系統(tǒng)管理。系統(tǒng)的核心管理模塊包括以下幾類：人員管理、儀器管理、預(yù)約管理和計費系統(tǒng)及等(見圖1)。對不同的用戶角色設(shè)置不同的接入方式，例如教師賬戶，可使用依托單位的工號、密碼登錄，實行實名認(rèn)證管理，學(xué)生賬戶可開放注冊，由導(dǎo)師賬戶審核同意后激活，并與導(dǎo)師賬戶自動關(guān)聯(lián)。對于校外用戶，可通過實名注冊并由管理員審批，在線申請送樣或預(yù)約使用儀器設(shè)備。

圖1 智能化平臺結(jié)構(gòu)圖

(2) 權(quán)限管理。在權(quán)限管理模塊中，可為用戶賬戶授予不同的使用權(quán)限，所有用戶都可以按照儀器編號、名稱、型號等關(guān)鍵詞檢索儀器，方便網(wǎng)上預(yù)約。最高權(quán)限的管理員還可以錄入新設(shè)備，啟用/停用設(shè)備，加入或撤銷共享。次級權(quán)限管理員可以對其管轄儀器編輯、網(wǎng)上審核、上傳說明書和操作規(guī)程等。使用者賬戶只能申請使用并填寫樣品說明，不能更改儀器信息。

(3) 預(yù)約和收費管理。針對大型儀器的操作特點，實行“使用預(yù)約”和“送樣預(yù)約”兩種方式。對經(jīng)過培訓(xùn)和考核的使用者可授予使用預(yù)約功能，系統(tǒng)將打開該設(shè)備的預(yù)約記錄可視化頁面，記錄內(nèi)容包括預(yù)約類型、開始時間、結(jié)束時間、審核時間和審核意見等。使用者在預(yù)約時間段內(nèi)上機(jī)登錄賬號使用，系統(tǒng)記錄測試時間，根據(jù)已設(shè)定的收費標(biāo)準(zhǔn)(可根據(jù)不同使用者類型自定義收費標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行自動計費和扣費，為了保證預(yù)約的公平性，當(dāng)使用者未按照預(yù)約時間上機(jī)分析或爽約后，系統(tǒng)將禁止登錄。對于操作復(fù)雜的精密儀器，實行送樣預(yù)約制度，使用者在預(yù)約頁面填寫樣品信息后，由儀器管理員審核、操作并生成報告，測試完成后確認(rèn)樣品完成情況，可按照收費標(biāo)準(zhǔn)直接扣費。

(4) 監(jiān)控管理。監(jiān)控管理模式的設(shè)計思路是通過監(jiān)控手段，對設(shè)備開機(jī)、賬戶登錄和退出等過程進(jìn)行全面監(jiān)控。根據(jù)被監(jiān)控設(shè)備的不同類型，通過“后臺程序監(jiān)控模式”和“弱電控制監(jiān)控模式”兩種方式實現(xiàn)(見圖2)。對于自帶電腦主機(jī)的智能型儀器設(shè)備，在操作系統(tǒng)上安裝控制軟件，使用者必須通過啟動控制軟件才能完成儀器操作，控制軟件可操作實時監(jiān)控，記錄啟動、結(jié)束時間，并同步至服務(wù)器。對于無電腦主機(jī)的非智能的儀器設(shè)備，例如冷凍干燥機(jī)、高速離心機(jī)等設(shè)備，在儀器取電前端配置弱電控制模塊，使用校園一卡通刷卡方式接通和關(guān)閉設(shè)備電源。此外，在各個儀器實驗室安裝了監(jiān)控攝像頭，在儀器后臺監(jiān)控的同時，通過視頻記錄還原使用者的操作流程。在遇到網(wǎng)絡(luò)故障時，可通過儀器的離線密碼登錄，授權(quán)使用者仍可以正常使用儀器設(shè)備。

(5) 統(tǒng)計管理。在智能化系統(tǒng)后臺建立了儀器信息數(shù)據(jù)庫，包括儀器功能介紹、預(yù)約說明、儀器分析資料、使用者信息和收費標(biāo)準(zhǔn)等，可根據(jù)需要統(tǒng)計機(jī)時率、收費額等指標(biāo)，可制作各種統(tǒng)計圖表和報表，實現(xiàn)向上級主管部門的數(shù)據(jù)報送。

2.3 智能化管理系統(tǒng)的使用效果

上述智能化管理系統(tǒng)于2016年1月正式部署于亞農(nóng)國重室公共儀器平臺。將儀器設(shè)備、管理人員、技術(shù)人員、注冊用戶和配套設(shè)施有機(jī)整合。智能化管理平臺保存了所有儀器的信息檔案、操作說明書、使用規(guī)程等資料，所有用戶均可以查詢儀器狀態(tài)、下載操作方法，也可以通過手機(jī)APP登錄預(yù)約使用。儀器管理員借助智能化系統(tǒng)將過去的分散式、分時段管理轉(zhuǎn)變成集中式、全時段管理，可通過系統(tǒng)后臺了解管轄儀器的運(yùn)行狀態(tài)，合理安排儀器的維護(hù)保養(yǎng)時間，優(yōu)化了工作流程，降低了綜合管理成本。同時，實驗室儀器委員會可以通過該系統(tǒng)獲得儀器設(shè)備的使用狀況，為制定中遠(yuǎn)期的儀器采購計劃提供重要參考信息。

經(jīng)過1年多的推廣運(yùn)行，系統(tǒng)狀態(tài)良好，數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確。大型儀器設(shè)備80%實現(xiàn)對外開放運(yùn)行，注冊使用儀器平臺的師生數(shù)為217人。服務(wù)了依托單位內(nèi)的農(nóng)學(xué)院、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、輕工學(xué)院、化工學(xué)院等7個學(xué)院43個校內(nèi)研究組，有效預(yù)約送樣次數(shù)達(dá)1 513人次。儀器最高共享率達(dá)到45%，比上一年增長10%，儀器的平均機(jī)時數(shù)也比上1年同步增長27%。這些數(shù)字的增長表明，智能化管理系統(tǒng)能夠更好的利用大型精密儀器設(shè)備，保證資產(chǎn)的使用效率，降低運(yùn)行成本和維護(hù)費用。

3 結(jié) 語

目前隨著科技發(fā)展日益進(jìn)步，科技創(chuàng)新的手段越來越依靠大型高端儀器設(shè)備和先進(jìn)實驗技術(shù)[14-16]。亞農(nóng)國重室儀器平臺建立的智能化管理系統(tǒng)有效的解決了設(shè)備共享管理的難點，加強(qiáng)開放共享，優(yōu)化資源的配置，將遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)預(yù)約、過程監(jiān)督和計費核算等

模塊融入整體系統(tǒng)中，把大型儀器、管理人員、技術(shù)人員、使用人員有機(jī)整合到一起，強(qiáng)大的統(tǒng)計功能方便了日常管理工作，顯著提高了管理效率和儀器運(yùn)行效率、解放了實驗技術(shù)人員，在增大儀器共享率和服務(wù)范圍等方面發(fā)揮重要作用。為其他國家重點實驗室開展網(wǎng)絡(luò)化的儀器平臺建設(shè)提供了技術(shù)借鑒。