虛擬仿真技術(shù)在高校大型儀器共享平臺管理中的應(yīng)用研究

陶冬冰，梁莎莎，張 旋，張 琦，趙瑛博，張佰清

（1. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110866； 2. 東北大學(xué) 工商管理學(xué)院，遼寧 沈陽 110819）

大型儀器是高校進行教學(xué)、科研、創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化、服務(wù)社會的重要支撐[1]，也是培養(yǎng)高層次人才、發(fā)展高科技的重要工具，并已成為衡量高校教學(xué)科研水平的重要標(biāo)志[2]。習(xí)近平總書記在中央深化改革小組第六次會議上指出：“科技資源配置分散、封閉、重復(fù)建設(shè)問題比較突出，不少科研設(shè)施和儀器重復(fù)建設(shè)和購置、閑置浪費比較嚴(yán)重，專業(yè)化服務(wù)能力不高。要從健全國家創(chuàng)新體系、提高全社會創(chuàng)新能力的高度，通過深化改革和制度創(chuàng)新，把公共財政投資形成的國家重大科研基礎(chǔ)設(shè)施和大型科研儀器向社會開放，讓它們更好地為科技創(chuàng)新服務(wù)、為社會服務(wù)[3]?！?/p>

目前，大多高校存在著大型科研儀器、設(shè)施重復(fù)購置建設(shè)，使用效率低下，閑置浪費現(xiàn)象嚴(yán)重等共性問題[4]，如何最大限度地發(fā)揮大型儀器的使用效益，提高儀器使用率，推動資源的有效共享[5]，進而滿足教學(xué)、科研和社會服務(wù)的需要，是高校大型儀器共享管理所關(guān)注的焦點[6]。

1 高校大型儀器共享管理中存在的問題

（1）大型儀器管理人員數(shù)量不足，專管共用無法實現(xiàn)。大型儀器管理對人員的專業(yè)技術(shù)水平、操作熟練程度、維護維修經(jīng)驗等都有特殊要求，應(yīng)由專人管理[7]。但實驗技術(shù)崗位人員通常被定義為輔助高校教學(xué)科研工作，領(lǐng)導(dǎo)重視程度不夠，數(shù)量嚴(yán)重不足，這就導(dǎo)致了大型儀器很難按要求實現(xiàn)專人管理，很多大型儀器是由儀器所在實驗室的研究生代為管理[8]。此外很多高校實驗技術(shù)人員不被重視，職稱晉升困難，缺乏獎勵、激勵辦法，人員離職轉(zhuǎn)崗較多，無法調(diào)動實驗技術(shù)人員的工作積極性，只是機械完成實驗室日常管理工作，沒有對大型儀器進行創(chuàng)造性開發(fā)的主觀能動性，造成很多大型儀器的功能沒有被充分使用，降低了大型儀器的使用價值[9]。

（2）目前高校大型儀器使用培訓(xùn)多是由負(fù)責(zé)教師或會使用的學(xué)生對將要使用的學(xué)生進行一對一培訓(xùn)，這種培訓(xùn)方式效果較好，但耗時，占用儀器使用時間較長，并且負(fù)責(zé)教師的時間有限，這樣就影響了儀器使用的時效性[10]。如果由儀器負(fù)責(zé)教師進行統(tǒng)一培訓(xùn)，雖節(jié)省了時間，但很多學(xué)生沒有親自動手操作，等到使用時還是不敢動手操作，效果不好，影響了儀器設(shè)備的使用效果。

（3）大型儀器使用、維護方法檔案管理混亂、存檔資料不完整、不齊全。原因主要有：①學(xué)?；?qū)W院沒有統(tǒng)一、規(guī)范的整理流程，管理人員對技術(shù)檔案歸檔的重要性認(rèn)識不足，導(dǎo)致很多大型儀器的說明書、配置單等丟失[11]；②由于人員流動性大，技術(shù)檔案管理登記制度不嚴(yán)格，技術(shù)檔案交接沒有硬性規(guī)定，借出沒有及時歸還，丟失沒有及時補充等，資料陸陸續(xù)續(xù)有遺失現(xiàn)象[12]。③很多大型儀器設(shè)備是由設(shè)備購置后參加使用培訓(xùn)的師兄師姐去教以后使用設(shè)備的師弟師妹，一級教一級，這樣教與學(xué)的方式造成了很多儀器操作流程、使用時的注意事項、日常維護方法的丟失，很多時候認(rèn)為會操作使用就可以了，而忽略了大型儀器設(shè)備是需要定期維護保養(yǎng)校準(zhǔn)的，嚴(yán)重影響了儀器的使用年限和實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度[13]。

（4）大型儀器設(shè)備重復(fù)購置，高校內(nèi)、高校間共享水平低。由于儀器共享觀念沒有深入人心，大部分科研人員還存在“儀器放在我這就是我的”“用別人的儀器搭人情”的思想，造成很多大型儀器重復(fù)購置。另外，大型儀器管理人員對儀器共享的重要性認(rèn)識不足，認(rèn)為共享是給別人做嫁衣，增加了自己的工作量，對個人發(fā)展也沒有什么好處，做和不做沒有區(qū)別，所以很難在學(xué)院和學(xué)校間實現(xiàn)真正意義上的共享[6]。另外由于大型儀器維修維護價格高，管理人員怕過多使用損壞后沒有經(jīng)費及時維修被追責(zé)，所以不愿給別人用，甚至設(shè)置阻力讓想共享使用的教師不敢用或者難申請使用，最終大型儀器成了個別教師的專用設(shè)備或閑置在實驗室，造成資源嚴(yán)重浪費[5]。目前大型儀器共享管理模式架構(gòu)及存在問題見圖1。

圖1 目前大型儀器共享管理模式架構(gòu)及存在問題

2 虛擬仿真技術(shù)在大型儀器設(shè)備共享管理中的應(yīng)用

虛擬仿真（virtual reality）是用一個可創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)通過對現(xiàn)實世界的再現(xiàn)或?qū)ΜF(xiàn)實中難以實現(xiàn)或根本無法實現(xiàn)的構(gòu)想世界的模擬，使人通過視覺、聽覺、觸覺等多種感知手段，利用輔助傳感設(shè)備實現(xiàn)與虛擬世界的交互，具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性的特點，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境。隨著計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、立體顯示技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、人工智能技術(shù)、軟件工程、語音識別與合成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在城市建設(shè)規(guī)劃、數(shù)字校園建設(shè)、旅游、娛樂、教育、體育、醫(yī)療、石油化工、工業(yè)培訓(xùn)等領(lǐng)域[9]。目前，國內(nèi)多家虛擬仿真軟件開發(fā)公司為高校、科研院所開發(fā)了很多大型儀器操作的虛擬仿真軟件，如核磁共振、電鏡、液相質(zhì)譜、氣相質(zhì)譜等大型貴重儀器設(shè)備，并投入使用。大型儀器虛擬仿真軟件的使用可以解決高校大型儀器共享管理的很多問題。

（1）培訓(xùn)效果突出。通過大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件的使用，可以讓使用人員在任何時間任何地點通過電腦學(xué)習(xí)儀器操作，通過虛擬仿真軟件設(shè)計的各步驟的交互操作進行反復(fù)學(xué)習(xí)，還可以對操作進行評分，評分合格后進行上機實驗操作。

（2）降低資源損耗，節(jié)省儀器負(fù)責(zé)教師的時間。通過大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件進行儀器設(shè)備使用培訓(xùn)，減少了因為培訓(xùn)而大量占用設(shè)備使用機時的現(xiàn)象，減少培訓(xùn)期間的設(shè)備及資源損耗，負(fù)責(zé)教師反復(fù)進行培訓(xùn)的時間減少，可以將更多的精力用在設(shè)備的技術(shù)開發(fā)、維護保養(yǎng)工作上，使大型儀器設(shè)備實現(xiàn)創(chuàng)造性應(yīng)用，這樣可以提高大型儀器設(shè)備的使用效率和創(chuàng)新應(yīng)用水平。

（3）解決大型儀器設(shè)備管理人員不足、水平不高的問題。通過引進虛擬仿真軟件進行大型儀器設(shè)備的培訓(xùn)、管理，充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢，使儀器設(shè)備使用培訓(xùn)系統(tǒng)化、專業(yè)化、精準(zhǔn)化，有效避免實驗人員相互培訓(xùn)時造成的使用方法及步驟缺失，注意事項與使用經(jīng)驗不能相互傳授的問題，通過虛擬仿真軟件的使用可以提高大型儀器設(shè)備的使用效率和使用年限，減少大型儀器設(shè)備因操作不當(dāng)、維護不及時而損壞的現(xiàn)象，由于部分大型儀器使用量較大，用戶對大型儀器的使用時間和緊迫性提出高的要求，他們希望能自主測試和可能在晚上或周末時間進行分析測試。在這樣的背景下，能夠利用虛擬仿真軟件培訓(xùn)儀器用戶，考核評分合格后，方能進行自主測試。儀器培訓(xùn)不僅能夠提高儀器管理員的分析測試水平，而且能夠提高學(xué)生的專業(yè)知識水平，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，使高校大型儀器設(shè)備更好地服務(wù)教學(xué)科研。

（4）虛擬仿真培訓(xùn)資源長期留存，解決大型儀器設(shè)備使用維護方法檔案的丟失問題。由于高校實驗人員流動性大，儀器設(shè)備檔案管理程序混亂，造成很多大型儀器設(shè)備說明書丟失，會操作的人員轉(zhuǎn)崗離職后儀器設(shè)備就無法正常使用的現(xiàn)象時有發(fā)生，不僅是資源浪費，也制約了科研發(fā)展。大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)說明書，對儀器設(shè)備的使用、維護說明更直觀形象，更易被實驗人員接受，軟件存檔也比較容易，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)傳播，有效解決了傳統(tǒng)檔案查找困難，傳播困難的問題。

（5）有利于實現(xiàn)大型儀器設(shè)備共享。通過虛擬仿真技術(shù)在大型儀器設(shè)備共享管理中的應(yīng)用，可以解決儀器設(shè)備管理人員不愿意為非本專業(yè)、本學(xué)院的其他教師服務(wù)，占用個人時間進行儀器使用培訓(xùn)、甚至進行樣品測定的問題；可以解決因共享服務(wù)培訓(xùn)占用機時而影響本專業(yè)本學(xué)院其他科研任務(wù)完成的問題。任何實驗人員有使用大型儀器設(shè)備需求時，可以先通過虛擬仿真軟件進行操作培訓(xùn)，并根據(jù)虛擬仿真軟件設(shè)定的實驗項目進行預(yù)操作，在完全掌握后，向儀器設(shè)備負(fù)責(zé)教師申請使用即可，既不會因培訓(xùn)占用大量大型儀器設(shè)備使用機時，又不會因操作不熟練而造成反復(fù)測樣，影響科研進度，有利于大型儀器設(shè)備在高校內(nèi)、高校間的共享。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在大型儀器共享管理的模式架構(gòu)及特點見圖2。

圖2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在大型儀器共享管理的模式架構(gòu)及特點

3 虛擬仿真技術(shù)在大型儀器設(shè)備共享管理中的發(fā)展模式探討

（1）高校在購置大型儀器設(shè)備時可以將虛擬仿真培訓(xùn)軟件作為設(shè)備必須的附件隨機招標(biāo)采購進來，這樣可以減少后續(xù)購置軟件的成本及經(jīng)費不足的問題，一次性完成采購。

（2）大型儀器設(shè)備公司、虛擬仿真軟件開發(fā)公司、設(shè)備用戶三方共同推動大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件的開放，實現(xiàn)三方共贏，這樣可以降低軟件開發(fā)成本，每個軟件隨機銷售可以節(jié)省采購經(jīng)費，也有助于儀器公司銷售。

（3）用戶在設(shè)備使用過程中可以不斷開發(fā)充實實驗項目，完善虛擬仿真軟件的內(nèi)容，并可根據(jù)儀器操作中的使用問題與儀器生產(chǎn)廠家、虛擬仿真軟件設(shè)計方合作開發(fā)儀器設(shè)備簡單維修，更換配件等方面虛擬仿真培訓(xùn)，解決大型儀器設(shè)備公司維修人員不足、設(shè)備用戶等待維修時間長的問題，可以大大提高設(shè)備使用效率。

（4）通過大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件的引入，實現(xiàn)大型儀器設(shè)備虛擬仿真軟件的開放共享，服務(wù)相關(guān)高校、企事業(yè)單位，有利于解決浪費資源、設(shè)備重復(fù)購置的問題。

4 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)作為一種現(xiàn)代化教學(xué)手段，將其應(yīng)用在大型儀器共享管理中，既可以解決大型儀器管理人員不足，使用培訓(xùn)水平不高、資源閑置浪費、共享使用困難、社會服務(wù)能力不強等高校大型儀器共享工作開展中的諸多現(xiàn)實問題，也是高校實驗室管理向信息化、現(xiàn)代化、智能化轉(zhuǎn)變的發(fā)展方向。