膜領域分析測試中心的智能化建設與管理

郭百濤， 陳 敏

（南京工業(yè)大學國家特種分離膜工程技術研究中心，南京211800）

0 引 言

國家特種分離膜工程技術研究中心（國家膜中心）由國家科技部批準組建后，實驗室發(fā)展出現(xiàn)質的飛躍，新型分析儀器與設備高達5 000余萬元，固定資產原值超過億元，能夠使用在水質監(jiān)測、物質定性定量研究、材料微觀結構和宏觀性能測試等研究［1］。國家膜中心是科技部批準的“面向膜產業(yè)集群的科技服務業(yè)試點”依托單位，科技服務業(yè)的重要領域之一即為檢測服務［2］。為了完成資源優(yōu)化配置和分享，提高儀器使用率，深化校園內部和校企合作，提升社會服務能力，國家膜中心融合已有資源，建立面向膜領域的材料微觀與宏觀性能測試中心［3］。面向膜領域分析測試中心的構建，可推動高校學科構建、人才培養(yǎng)和科研服務發(fā)展，促進學科間互相作用，推動邊緣與新型學科發(fā)展。本文提出面向膜領域分析測試中心的智能化建設與管理方法，以期為科研事業(yè)貢獻微薄之力。

1 膜領域分析測試中心的智能化建設與管理

1.1 已有研究基礎與研究條件

國家膜中心以院士為學術帶頭人，年輕的教授、博導為學術骨干，博士及碩士研究生為科研主體。國家膜中心承擔了包括膜領域僅有的3項973項目和1項國家自然科學基金重大項目在內的50余項國家級科研項目，發(fā)表學術論文近千篇，SCI論文700余篇，科研成果獲得國家科技獎勵4項，省部級獎勵20余項，是面向膜領域分析測試中心的科研性能支撐［4］。

國家膜中心高度重視面向膜領域分析測試平臺的構建。近幾年，國家膜中心添置了多套具備世界高水平分析表征能力的大型儀器設備，建立了材料微結構分析測試平臺與材料宏觀性能測試平臺，能夠廣泛應用在環(huán)境分析檢測、材料結構分析、物質定性和定量分析等領域。在膜分離性能測試部門，購置了國內外目前主要品種膜材料的測試系統(tǒng)，以及微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、膜生物分析器以及小試、中試設備，實現(xiàn)膜的泡點、孔徑分布、切割分子量、表面電位和接觸角等性能的檢測，此類膜儀器設備能夠應用于絕大多數膜分離實驗中，實現(xiàn)非相同體系的分離操作［5］。

國家膜中心屬于科技部批準的“面向膜產業(yè)集群的科技服務業(yè)試點”的試點機構。融合地方地府，創(chuàng)新管理模式，建立共享性分析測試平臺、膜領域儀器設備共享服務網絡以及較為全面的共享機制。結合地方政府平臺分析測試膜領域的相關項目，整合分析測試資源。試點工作主要面向分析測試中心的管理制度，構建標準、檢測和認證為一體的開放服務體系。國家膜中心也是中國分離膜標準化委員會副主任委員單位，共起草了7項與分離膜有關的行業(yè)準則，對膜領域標準化建設具有功不可沒的作用［6］。

1.2 面向膜領域分析測試中心智能化建設的優(yōu)勢

（1）提供分離技術檢測平臺。融合已有儀器設備和檢測平臺的資源，著重建立氣固分離膜、有機膜分離膜、陶瓷膜分離膜、滲透汽化膜以及氣體分離膜性能測試平臺，為材料化學工程領域提供分離技術檢測基礎；

（2）構建大型儀器共享平臺。為完成我國大型儀器資源共享，避免大型儀器資源重復浪費的情況出現(xiàn)，提升新型與已有設備資源的整體使用率，提升投資效益。面向膜領域的分析測試中心屬于一個較為完整的主體，配置專人負責，提升大型儀器的共享性，推動共享平臺的構建與發(fā)展［7］；

（3）促進院所合作。促進科研院所與學校間測試技術的共享和合作交流，克服學校與科研院所之間不能實現(xiàn)資源共享的難題，且能夠完成高值化應用。在每所學校、科研院所的面向膜領域分析測試中，根據自身管理與運作模式的共享，實時獲取新穎的方法；

（4）服務于社會。當大多企業(yè)自身的科研和檢測實力未能符合社會經濟持續(xù)快速發(fā)展的需求，面向膜領域分析測試中心的智能化建設便能夠克服此問題。面向膜領域分析測試中心的智能化建設即為綜合服務型實驗室的表率，能夠集合大量高端、大型精密儀器，是我國產學研發(fā)展、輔助地方經濟發(fā)展、培育創(chuàng)新新時代人才的核心平臺，可稱為學校與企業(yè)間的合作橋梁，促進社會經濟發(fā)展［8］。

（5）推進膜分離微觀和宏觀性能檢測的進步。處理此領域非專業(yè)型、高端型分析測試中的問題，高性能膜材料屬于戰(zhàn)略產業(yè)里核心構成成分，大量的企業(yè)投入到膜行業(yè)中，該舉措不僅符合國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃的方向，也可大力促進戰(zhàn)略產業(yè)的行業(yè)規(guī)劃［9］。

1.3 面向膜領域的分析測試中心智能化建設

面向膜領域的分析測試中心能夠分析測試多種膜材料、膜組件及膜裝置信息，可稱為面向膜領域的專業(yè)分析測試系統(tǒng)。面向膜領域的分析測試中心的功能。

（1）管理測試膜材料、膜組件及膜裝置信息數據以及測試用戶數據；

（2）管理測試設備啟動的驅動程度，驅動程度需要通過DLL形式運用［10］；

（3）管理測試程序，在需要時能夠使用外部測試程度完成平臺的分析測試功能；

（4）管理測試結果，測試結果屬于大數據，需要平臺設定快速檢索程度，并將測試結果實行共享，所以需要批準測試結果通過XML數據格式傳輸；

（5）設定可承載數據的人機交互接口，如數據報表打印、用戶協(xié)助文檔等，可輔助用戶盡快熟練操控平臺。面向膜領域分析測試中心平臺的結構圖見圖1。

圖1 面向膜領域的分析測試中心平臺結構圖

其中，面向膜領域的分析測試中心平臺的測試程序模塊示意圖如圖2所示。

圖2 中心平臺的測試程序模塊示意圖

（1）整體信息管理。整體信息管理主要用于展現(xiàn)面向膜領域分析測試中心的整體面貌，實時展現(xiàn)教學、科研以及有關管理的具體情況，完成中心簡介、規(guī)定約束、視頻教學、資料加載、前臺展示、后臺添加、刪除、編輯以及查詢等操作，并提供留言反饋功能［11］。

（2）實驗教學管理。實驗室位置數據、實驗教學數據、實驗教學課件和優(yōu)質課程是實驗教學管理的主要內容。學生使用該程序搜索面向膜領域分析測試中心中每個實驗室的編碼、作用、管理人以及簡介，搜集實驗課程的有關信息，例如周節(jié)次、時間、內容以及學時，還有教師和實驗室信息等，能夠隨時下載教學視頻進行學習［12］。

（3）科研管理。面向膜領域分析測試中心的資源有限，主要面向教師、科研者以及學生，有利于教師和學生獲取所需知識，并對其實行較為松散的管理，不存在嚴格的使用時間約束［13］。但需要制訂必要的管理制度，用于維護面向膜領域分析測試中心的正常運行。面向膜領域分析測試中心的儀器使用預約制度，預約使用的用戶，必須通過培訓獲取“貴重儀器設備操作資格證”，且在儀器設備負責人準許和配合下可上機操作，沒有獲取面向膜領域分析測試中心貴重儀器設備操作資格證的人群不能上機使用。預約時間為1周，學生與教師需要填寫大型儀器預約時間表，方可進入面向膜領域分析測試中心。使用面向膜領域分析測試中心儀器必須做好使用記錄，其中記錄內容包含研究內容、擬使用儀器、使用機時等。此外，實驗中會設定相關專業(yè)的研究生作為輔助指導，實行全天候預約開放制度。

教學改革中的具體體現(xiàn)即為開放實驗教學，不僅可以完全使用面向膜領域分析測試中心的空間與資源，還可以提高學生學習的自主性。開放實驗能夠促進教學信息的與時俱進，將先進成熟的膜領域科研成果作為開放實驗，讓學生積極學習，大力培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力［14］。

（4）試劑管理。高校實驗試劑管理通常是在學期開始時，把每個實驗室反饋的購買方案上傳至學院，學院批準后，讓實驗室自己選取供貨商采購。其中涉及的許多環(huán)節(jié)都較為復雜，人力、財力以及物力都大大消耗。面向膜領域分析測試中心只是屬于校級部門，雖然可以將購置方案直接反饋至校采購部門，而在試劑采購、保存、整理耗損物時也會出現(xiàn)大量的人力、財力以及物力損失，最為合理的方法即為試劑管理。

試劑管理主要內容即為構建試劑資源庫，其中包含試劑編碼、名字、容量、過期時間、單價、保存地點等數據。對日期失效的實驗試劑可設定預警功能［15］。

（5）用戶管理。將用戶設成3種級別，分別是高級負責人、子系統(tǒng)負責人以及普通人員。高級負責人可編輯全部實驗室內容。將有關面向膜領域分析測試中心的全部信息整理后建立報表，授權用戶使用以及約束用戶使用。老師與學生即為面向膜領域分析測試中心里的普通人員身份。當使用人經過注冊后，得到負責人的批準后方能變成正式用戶。學生用戶能夠通過該功能搜索各類大型儀器信息和使用預約情況，并能夠自主選取實驗項目。教師用戶不僅能夠有權開放學生的全部使用功能，還能夠評價學生的實驗成績。

1.4 管理措施

（1）具備較高的責任心與服務第一的理念。全部大型儀器設備和文檔資料都需要通過專人負責，其中包含每個儀器的信息資料、平時維護保養(yǎng)、功能研發(fā)等。管理人員需要對機器的基本狀況了如指掌，需要掌握使用儀器的正確方法與處理故障的應急方法，記錄應用與修理情況，出現(xiàn)故障時實時維修。管理人員各個學年都需要整理統(tǒng)計儀器的使用率、損壞率等數據。負責人最好能長期工作，若出現(xiàn)工作變動，需要通過實驗技術室負責人組織對接工作。鼓勵技術負責人創(chuàng)新研發(fā)儀器的功能，針對功能研發(fā)工作較為出色的人員實行相應的獎勵，對相關技術人員提供對應的優(yōu)惠政策。

（2）不斷提升技術人員的水平。針對新購置的儀器設備必須第一時間對技術人員進行培訓。針對面向膜領域的分析測試中心里原始設備，也需要讓相關人員參與技術交流會來提升操作技能的知識水平。學科間的相互融合是未來實驗室發(fā)展的一種趨勢，必須設定統(tǒng)一性的培訓，提升技術人員的知識水平。

培訓知識需要具有全面性，專業(yè)技術培訓面向全體人員。培訓的目標主要是技術員骨干，使用研修的形式，提升他們的知識結構，擴寬他們的分析思路，與時俱進，提升他們自身的職業(yè)歸屬感。當然，也接收校外專業(yè)人員培訓。

（3）提高實驗室儀器的使用率。針對必須使用儀器操作的科研人員，掌握了儀器的性能和相關使用方法，通過儀器負責人批準后，便能上機使用，使用完后需要記錄儀器狀態(tài)并通過儀器負責人審核后才可離開。儀器使用過程匯總，需要實時關注儀器的異常情況，若出現(xiàn)異常，需要立即分析原因，實時處理。

每個大型儀器都可為權威科研、教學以及臨床醫(yī)院提供大量測試工作，測試的種類高于5萬多種，成為學校大量科研論文發(fā)表的數據基礎和技術支撐。

（4）提升學生的創(chuàng)新能力與實際操作能力。學校不單需要提升學生常規(guī)實驗的操作能力，也需要提升學生對現(xiàn)代化大型貴重精密儀器熟練操作水平，以此促使學生畢業(yè)后快速適應和符合社會工作崗位的要求。根據儀器的特征，優(yōu)化教學內容與方法，將學生的創(chuàng)新思想與行動作為培養(yǎng)核心，理論與實際相結合進行開放性實驗。開放性教學不僅可以讓學生體驗自主學習的氛圍，也可讓學生盡情發(fā)揮自己的想象力。學生自己選取實驗題目以及設計方案直至實驗完成，學生的自主性得以提升。

（5）服務社會，服務地方建設。在維持教學質量、科學工作不出現(xiàn)異常的背景下，通過相關部門允許后能夠承接校外實驗分析測試工作，獲取的經濟收入根據學校規(guī)定執(zhí)行。

面向膜領域的分析測試中心內的儀器設備需要進行收費使用，獲取的費用由財務統(tǒng)一記錄。面向膜領域的分析測試中心已經克服了求生存階段，目前屬于求發(fā)展階段。儀器設備共享、資源安全穩(wěn)定、專業(yè)技術與行業(yè)監(jiān)測等多個優(yōu)勢讓其在智能化實驗室建設中得到重點關注。

（6）加強大型儀器耗材的科學管理。耗材存貨量大意味著可以維持供應，但不僅占用空間，也存在浪費的弊端。存貨較小便有可能出現(xiàn)供不應求的情況。因此針對具備通用性消耗品儀器，可積存一部分，維持供應；針對?？菩詢x器，因為使用儀器不具備復雜性，使用度較低，倉庫積存較小?？筛鶕枚仍O定購買量，此舉措雖然工作量有所增多，但是可減少資源的浪費，還可采用分離管理，例如液相耗材，可設定液相專門管理人負責，需要進行進貨記錄、使用記錄以及存貨記錄。

2 結 語

面向膜領域分析測試中心的智能化建設主要圍繞智能化、共享性為主題。面向膜領域分析測試中心的大型精密儀器的科學化管理，是當前科研實驗室管理問題中的重中之重，面向膜領域分析測試中心的管理從人員以及儀器的角度入手，構建嚴謹的管理制度，提升儀器的使用率，降低儀器的耗損度，并提升人員整體素質，增強技術力量，充分發(fā)揮儀器的整體性能。

目前分析測試中心已正常運行近2年，智能化的建設及管理給分析測試中心帶來規(guī)范化、便利性及社會效益，用戶普遍反映良好。分析測試中心的智能化建設及與管理，提升了校內外用戶對膜領域分析儀器的認識和了解，既促進了校內外合作，提升了服務社會能力，也促進了人才培訓及學科交叉發(fā)展，同時，極大地提高了儀器使用率。