高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)研究

?楊彥青 宋星 陳迪峰

摘 要：針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室的安全性和高效運(yùn)行要求，筆者分析了實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險(xiǎn)管理因素，并設(shè)計(jì)了適合高校實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程管理記錄系統(tǒng)。將該系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室工作要素的發(fā)現(xiàn)和控制，將實(shí)驗(yàn)室訪問(wèn)控制、功耗安全、視頻監(jiān)控預(yù)警以及資料的動(dòng)態(tài)信息整合在一起，以科學(xué)、透明、高效、安全的方式進(jìn)行高校實(shí)驗(yàn)室管理工作。

關(guān)鍵詞：高校實(shí)驗(yàn)室; 管理系統(tǒng); 研究策略

中圖分類號(hào)：O6-31? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2021）7-060-002

作為高校的固定資產(chǎn)，高校的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不僅是評(píng)估高校綜合能力的重要指標(biāo)，而且是高校師生進(jìn)行教育和科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)。通常，高校中有許多種實(shí)驗(yàn)設(shè)備。全面審查師生之間設(shè)備的使用和合理配置，充分利用投資并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的管理，以促進(jìn)設(shè)備的最大化利用，已成為高校實(shí)驗(yàn)管理工作的重中之重。特別是，高校的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有許多昂貴的零件，很容易損壞或丟失，這意味著對(duì)設(shè)備的購(gòu)買、注冊(cè)、維護(hù)、租賃和退還管理是復(fù)雜且繁瑣的，設(shè)備批準(zhǔn)和借用過(guò)程的實(shí)際工作是極其困難的，并且容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤。因此，有必要改進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)施管理系統(tǒng)并簡(jiǎn)化設(shè)施租賃程序。在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備科學(xué)管理的同時(shí)，延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)教研活動(dòng)的順利開展。

一、高校實(shí)驗(yàn)室安全管理的基本特征

1.儀器涉及內(nèi)容較為復(fù)雜

我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)范圍相對(duì)廣泛，高校擁有許多實(shí)驗(yàn)室儀器和復(fù)雜類型的實(shí)驗(yàn)室硬件和軟件設(shè)備，必須對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)以確保安全[1]。實(shí)驗(yàn)室安全測(cè)試必須全面，才能真正確保實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行。

2.儀器種類繁多危險(xiǎn)性大

高校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)種類繁多，相對(duì)而言，危險(xiǎn)因素較高。隨著許多外部因素的影響，高校實(shí)驗(yàn)室面臨更大的安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。實(shí)驗(yàn)室安全隱患很多，例如危險(xiǎn)化學(xué)品、電氣壓力、軍事科學(xué)研究數(shù)據(jù)等，每個(gè)設(shè)備的安全性都是非常危險(xiǎn)的，并且不允許操作失誤或疏忽大意;例如機(jī)械設(shè)備、焊接機(jī)、機(jī)械加工和其他實(shí)驗(yàn)的隱患是諸如刺傷、高溫和其他安全隱患的隱患。

3.教學(xué)與科研存安全隱患

由于許多外國(guó)高校長(zhǎng)期以來(lái)都重視科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室的安全管理可以確?？茖W(xué)研究的順利進(jìn)行。當(dāng)高校老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，大多數(shù)學(xué)生都會(huì)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行練習(xí)，盡管有危險(xiǎn)，但仍有少數(shù)學(xué)生未經(jīng)許可擅自操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備。教師對(duì)此負(fù)有重大責(zé)任。教師在實(shí)驗(yàn)前對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全意識(shí)教育，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，學(xué)生必須按照程序進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)。

二、高校實(shí)驗(yàn)室安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)架構(gòu)

高校研究所的綜合管理系統(tǒng)由三層結(jié)構(gòu)組成。一是地殼層。各種傳感器與采集器之間的通信協(xié)議采用ModbusRTU協(xié)議，采集器實(shí)時(shí)采集各種傳感器數(shù)據(jù)信息。第二個(gè)是網(wǎng)絡(luò)層。EDP協(xié)議在收集器和云服務(wù)器之間使用。收集器將實(shí)時(shí)收集的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器，然后云服務(wù)器存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。如果需要實(shí)時(shí)接收由業(yè)務(wù)應(yīng)用程序?qū)影l(fā)出的控制命令，則EDP必須保持長(zhǎng)連接。第三層是應(yīng)用程序?qū)?，它將使用HTTP協(xié)議與云服務(wù)器之間來(lái)回傳輸數(shù)據(jù)，查看和分析檢索到的數(shù)據(jù)以及進(jìn)行各種業(yè)務(wù)操作。

2.用電管理模塊

高校實(shí)驗(yàn)室電源監(jiān)控和管理是高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的重要組成部分，旨在實(shí)時(shí)保護(hù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的安全。該模塊包含諸如實(shí)時(shí)監(jiān)控電能統(tǒng)計(jì)查詢以及異常警報(bào)之類的功能。實(shí)時(shí)監(jiān)控主要是實(shí)時(shí)收集三相電壓，三相電流，電能信息等電參數(shù)信息。查詢統(tǒng)計(jì)信息包括基本電氣參數(shù)的查詢，例如電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、線路頻率、功率因數(shù)和能量信息。電能質(zhì)量分析包括三相電壓和三相電流不平衡分析以及三相電壓和三相電流2-21諧波含量分析等，以幫助管理者分析電力是否被調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)科學(xué)的動(dòng)力利用。異常報(bào)警主要是實(shí)時(shí)監(jiān)控電源信息。當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)，會(huì)立即以監(jiān)視警報(bào)或SMS警報(bào)的形式通知管理員。

3.安防系統(tǒng)管理模塊

安全系統(tǒng)的管理包括監(jiān)視環(huán)境的溫度和濕度，監(jiān)視酒精濃度和監(jiān)視煙氣濃度。監(jiān)視環(huán)境的溫度和濕度主要是監(jiān)視科學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫度和濕度是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。當(dāng)超過(guò)閾值時(shí)，將觸發(fā)第一個(gè)SMS推送警報(bào)。如果長(zhǎng)時(shí)間沒有人，將自動(dòng)使用遠(yuǎn)程控制方法。遠(yuǎn)程打開窗戶和空調(diào)，以防止由于高溫和低溫而損壞昂貴的設(shè)備。如果酒精和煙氣的濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，則SMS將通知實(shí)驗(yàn)室管理人員，以防止發(fā)生火災(zāi)或化學(xué)泄漏等事故。上述傳感器通過(guò)收集器實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)，并將收集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆品?wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，客戶端能夠遠(yuǎn)程搜索，顯示和分析。

4.門禁監(jiān)控模塊

門禁監(jiān)控模塊單元主要包括面部識(shí)別系統(tǒng)、指紋識(shí)別系統(tǒng)、NFC、授權(quán)管理、考勤管理、信息管理、訪客授權(quán)等。面部識(shí)別系統(tǒng)主要包括采集、分析、批準(zhǔn)和攝影。指紋識(shí)別和NFC補(bǔ)充了面部識(shí)別。在特殊情況下，無(wú)法使用面部識(shí)別或識(shí)別失敗，可以使用指紋識(shí)別或NFC刷卡輸入。權(quán)限管理主要包括監(jiān)視模塊權(quán)限的管理、添加、刪除、修改和分配。信息管理設(shè)備主要存儲(chǔ)具有或不具有用于記錄與訪問(wèn)控制操作有關(guān)的信息權(quán)限的圖像，并將獲取訪問(wèn)者的信息保存至少30天。參觀者權(quán)利（訪客權(quán)限）是一種臨時(shí)的開放許可證，用于人員在短期內(nèi)進(jìn)入測(cè)試區(qū)域。當(dāng)具有管理員權(quán)限的操作員輸入訪問(wèn)者權(quán)限并且有效期到期時(shí)，將自動(dòng)取消。門禁監(jiān)控模塊設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，通過(guò)UART、RS485、CAN、Wifi、LAN等靈活的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將數(shù)據(jù)上報(bào)給中央服務(wù)器，并執(zhí)行集成的日程管理。

5.視頻監(jiān)控模塊

當(dāng)前，視頻監(jiān)視是大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)室監(jiān)視方法之一，通過(guò)視頻監(jiān)視，可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程了解實(shí)驗(yàn)室的情況。該設(shè)備包括諸如實(shí)時(shí)監(jiān)視視頻配置管理、視頻記錄和回放之類的功能，使用有線攝像機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將視頻信息傳輸?shù)絇C客戶端或移動(dòng)設(shè)備。管理員可以通過(guò)該系統(tǒng)查看每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)視頻信息。該模塊可以對(duì)特定區(qū)域執(zhí)行預(yù)警設(shè)置，并且在發(fā)生異常情況時(shí)，它會(huì)通知安全管理人員使用SMS進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。

6.化學(xué)品管理模塊

化學(xué)品管理模塊包括諸如化學(xué)品存儲(chǔ)、化學(xué)品庫(kù)存查詢和注冊(cè)信息查詢之類的模塊?；瘜W(xué)品存儲(chǔ)和化學(xué)品存儲(chǔ)是對(duì)實(shí)驗(yàn)室化學(xué)品的動(dòng)態(tài)管理，并且記錄了化學(xué)品的進(jìn)出情況。這使管理人員可以檢查化學(xué)品的使用時(shí)間和詳細(xì)信息，并及時(shí)掌握化學(xué)品的使用和清單。

三、高校實(shí)驗(yàn)室安全管理的實(shí)施策略

1.嚴(yán)格實(shí)施準(zhǔn)入機(jī)制

大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)室都有嚴(yán)格的訪問(wèn)機(jī)制。在實(shí)驗(yàn)人員首次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，他們會(huì)進(jìn)行安全意識(shí)培訓(xùn)和嚴(yán)格的評(píng)估。在培訓(xùn)過(guò)程中，雖然實(shí)驗(yàn)者可以學(xué)習(xí)到一些基礎(chǔ)的安全教育知識(shí)，但是缺乏專業(yè)和系統(tǒng)方面的教育。實(shí)驗(yàn)室的開放系統(tǒng)應(yīng)以培訓(xùn)和評(píng)估系統(tǒng)為目標(biāo)，只有通過(guò)培訓(xùn)和評(píng)估的實(shí)驗(yàn)室人員才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際工作。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中各種項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)因素，有必要建立相應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)，這包括使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、化學(xué)和物理物品的安全性、使用后如何處置設(shè)備以及如何保護(hù)自己。在發(fā)生事故時(shí)的安全。同時(shí)，高校應(yīng)開設(shè)安全教育教室，同時(shí)教授實(shí)驗(yàn)理論課程，并結(jié)合理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法，向?qū)W生詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)安全知識(shí)和解決安全問(wèn)題的具體措施，增強(qiáng)學(xué)生事故預(yù)防和安全的意識(shí)。

2.建立專業(yè)管理隊(duì)伍

高校實(shí)驗(yàn)室的主要管理是資產(chǎn)管理部門、設(shè)施部門、實(shí)驗(yàn)室和安全部門。管理部門的大多數(shù)員工是高校第二級(jí)的管理人員。相對(duì)而言，工作人員缺乏對(duì)化學(xué)、物理和機(jī)械設(shè)備方面的專業(yè)知識(shí)。在安全檢查過(guò)程中，無(wú)法快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題，并且還會(huì)間接的使學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險(xiǎn)增加。當(dāng)需要對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)和嚴(yán)格的操作時(shí)，專業(yè)的管理團(tuán)隊(duì)必不可少;實(shí)驗(yàn)室管理人員需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和藥品有更深入的了解，以便可以首先解決安全問(wèn)題。學(xué)校必須訓(xùn)練他們的管理團(tuán)隊(duì)，以確保每位管理者從安全的角度對(duì)預(yù)防工作具有很高的認(rèn)識(shí)。通過(guò)建立專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室管理團(tuán)隊(duì)，不僅可以保護(hù)實(shí)驗(yàn)室安全，還可以幫助高校教職員工和學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，并在發(fā)生安全問(wèn)題之前注意并避免在實(shí)驗(yàn)室中出現(xiàn)安全隱患。

3.完善安全檢查制度

高校必須建立安全檢查系統(tǒng)，在高校實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行定期安全檢查，確保機(jī)械設(shè)備與化學(xué)品完好無(wú)損。另外，安全檢查系統(tǒng)必須針對(duì)個(gè)人實(shí)施，如果在掃描過(guò)程中發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，必須及時(shí)報(bào)告以解決問(wèn)題。因檢查不當(dāng)而造成隱患的，要對(duì)出現(xiàn)的任何問(wèn)題承擔(dān)全部責(zé)任。由于安全檢查是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，它給檢查員帶來(lái)了更高的風(fēng)險(xiǎn)，因此必須仔細(xì)檢查。此外，必須通過(guò)檢查來(lái)監(jiān)視實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的有效實(shí)施，以維護(hù)實(shí)驗(yàn)室的安全管理。

4.規(guī)范管理高危實(shí)驗(yàn)用品

實(shí)驗(yàn)室安全事故的最大隱患之一是實(shí)驗(yàn)室高風(fēng)險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)用品。因此，在安全管理流程的規(guī)范化管理下，高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品可以在避免實(shí)驗(yàn)室事故的同時(shí)發(fā)揮積極的實(shí)驗(yàn)效果。高風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)室耗材要求建立嚴(yán)格的管理規(guī)則，并且必須選擇與其他實(shí)驗(yàn)室耗材分開管理、專人負(fù)責(zé)。高風(fēng)險(xiǎn)物品應(yīng)按照雙門，雙鎖和雙重存放要求分別存放。此外，必須建立完整的臺(tái)賬詳細(xì)記錄，并確保高風(fēng)險(xiǎn)物品只能存放在實(shí)驗(yàn)室中。當(dāng)高風(fēng)險(xiǎn)物品進(jìn)入實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要嚴(yán)格的收集，實(shí)驗(yàn)和使用后銷毀規(guī)定。因此，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)物品的使用與返還或銷毀需要由實(shí)驗(yàn)室管理員統(tǒng)一完成。在實(shí)驗(yàn)中事故發(fā)生后，必須及時(shí)進(jìn)行處理[4]，認(rèn)真對(duì)待，以消除最大風(fēng)險(xiǎn)。

5.數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與備份

在運(yùn)行系統(tǒng)之前，管理員將導(dǎo)入或輸入與相關(guān)國(guó)家及地方政府頒布的相關(guān)法律法規(guī)、學(xué)校相關(guān)的規(guī)章以及學(xué)校級(jí)實(shí)驗(yàn)室管理相關(guān)的原始數(shù)據(jù)和記錄。每個(gè)輔助設(shè)備對(duì)系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并輸入與計(jì)算單位實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)有關(guān)的各種原始數(shù)據(jù)和記錄。輸入數(shù)據(jù)后，將立即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，檢查和備份，以糾正錯(cuò)誤。它主要測(cè)試每個(gè)模塊的查詢和統(tǒng)計(jì)功能的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用，安全性和全面性，并提出新系統(tǒng)測(cè)試情況的改進(jìn)和完整性。通過(guò)意見和建議，可以增強(qiáng)管理系統(tǒng)的應(yīng)用性和易用性。系統(tǒng)測(cè)試和增強(qiáng)功能完成后，實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)將盡可能替代整個(gè)學(xué)校使用的與實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的紙張簽名和蓋印程序，并更換實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)[5]。通過(guò)申請(qǐng)和審核來(lái)提高實(shí)驗(yàn)室管理的效率。

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)側(cè)重于設(shè)備的特定信息的注冊(cè)信息的記錄、維護(hù)以及設(shè)備生命周期的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和記錄分配狀態(tài)，減少實(shí)驗(yàn)室管理員的工作量并提高設(shè)備利用率。引入電子簽核流程，簡(jiǎn)化和規(guī)范實(shí)驗(yàn)室管理工作流程，實(shí)現(xiàn)文件辦公室和綠色辦公室，提高工作效率。根據(jù)二維碼的特性，可以將二維碼用于各個(gè)設(shè)備的識(shí)別，通過(guò)位置和標(biāo)識(shí)可以輕松維護(hù)和管理設(shè)備。該系統(tǒng)可以解決手工管理易出錯(cuò)、記錄少、效率低的不完整設(shè)備使用軌跡跟蹤的問(wèn)題。借助網(wǎng)絡(luò)化的移動(dòng)信息管理方法，實(shí)驗(yàn)室管理流程實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，并且設(shè)備管理，設(shè)備使用情況監(jiān)控等操作已網(wǎng)絡(luò)化，從而使管理更加高效，便捷。

項(xiàng)目來(lái)源：臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院2021年度校級(jí)課題，高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)研究，項(xiàng)目編號(hào)2021YB02

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