基于PEMM建設(shè)高校實驗室開放管理系統(tǒng)

施鎮(zhèn)江，朱 蕾，章宦耀，史同娜，朱冰潔，吳文華

（東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620）

0 引 言

近年來，高校為提高實驗室儀器設(shè)備開放共享率，做了大量探索和實踐工作，制定了一系列的實驗室儀器設(shè)備開放管理制度，建設(shè)了各種實驗室儀器設(shè)備開放管理系統(tǒng)，取得了明顯的效果［1］。但隨著儀器設(shè)備數(shù)量增加、高校擴招、師生科學(xué)研究方向多樣化，而實驗室教師編制數(shù)并未擴大，高校實驗室又面臨實驗室開放運行工作量成倍增長，人員不足導(dǎo)致儀器設(shè)備開放受限，開放工作與實驗室安全要求矛盾日益突出等“新常態(tài)”問題［2-3］。

2008 年，材料科學(xué)與工程學(xué)院＆纖維材料改性國家重點實驗室儀器設(shè)備公共平臺（以下簡稱平臺）聯(lián)合上海萬欣計算機信息科技有限公司研發(fā)的智能實驗室開放管理系統(tǒng)，通過對實驗室開放工作流程化管理，實現(xiàn)了實驗室全天候（24 h）自動運行開放［4］。10 余年來，平臺基于流程和企業(yè)成熟度模型（Process and Enterprise Maturity Model，PEMM），構(gòu)建智能實驗室管理系統(tǒng)PEMM 框架，持續(xù)評估和建設(shè)實驗室開放系統(tǒng)。在平臺管理的儀器設(shè)備總價值由2008 年的60 余臺（單價10 萬元以上）、總價值4 000 余萬元，增加到2021 年的310 余臺（單價10 萬元以上）、總價值17 000 余萬元；實驗人數(shù)增加（研究生由2008 年的300余人增加到2021 年1 400 余人）；使用量增加（使用總機時由2008 年的2.83 萬余機時增加到2021 年的8.82 萬余機時）。在實驗室教師編制不變的“新常態(tài)”下，加強開放系統(tǒng)的智能化、功能化、人性化模塊建設(shè)，實現(xiàn)了實驗室全天候按需安全開放。該系統(tǒng)現(xiàn)已推廣至300 多家高校及研究所使用。

1 PEMM與智能實驗室開放管理系統(tǒng)

1.1 PEMM概念

2007 年，Hammer M［5］提出了流程和企業(yè)成熟度模型（Process and Enterprise Maturity Model），該模型從業(yè)務(wù)流程和整體能力成熟度評估公司績效。PEMM的構(gòu)架為：公司根據(jù)5 個流程能動因素（設(shè)計、執(zhí)行者、負(fù)責(zé)人、基礎(chǔ)設(shè)施、衡量指標(biāo)）的定義和對應(yīng)的組成要素定制流程成熟度級別（P1～P4）；根據(jù)4 種企業(yè)能力（領(lǐng)導(dǎo)力、文化、專業(yè)技能、治理）的定義和對應(yīng)的組成要素定制企業(yè)能力成熟度級別（E1～E4），如圖1所示［6-9］。

圖1 PEMM框架體系

構(gòu)建業(yè)務(wù)流程及企業(yè)能力成熟度模型框架，對影響成熟度評級的變量調(diào)查，有助于公司從管理層角度發(fā)現(xiàn)需要優(yōu)化提升的環(huán)節(jié)，提升公司績效。PEMM 是一種普適性的分析評估模型，沒有限制的定義，適用于構(gòu)建和評價任何行業(yè)的業(yè)務(wù)流程與企業(yè)整體能力［10-12］。

1.2 智能實驗室開放管理系統(tǒng)

平臺建設(shè)的實驗室開放管理系統(tǒng)，是對實驗室“人”“物”“事”的綜合管理體系，“人”指實驗室管理教師和進入實驗室使用儀器設(shè)備的師生；“物”指實驗室各種儀器設(shè)備；“事”指實驗室開放管理工作。通過智能實驗室開放管理系統(tǒng)，實驗室自動開放運行的業(yè)務(wù)分為：實驗室安全管理業(yè)務(wù)、儀器設(shè)備開放業(yè)務(wù)、儀器設(shè)備培訓(xùn)與考核業(yè)務(wù)、儀器設(shè)備預(yù)約與審批業(yè)務(wù)、儀器設(shè)備使用業(yè)務(wù)5 部分。運行流程為：實驗室管理教師設(shè)置儀器設(shè)備開放時間→實驗室管理教師定期發(fā)布儀器設(shè)備培訓(xùn)與考核計劃→師生報名參加儀器設(shè)備培訓(xùn)與考核→師生自主預(yù)約儀器設(shè)備，導(dǎo)師及實驗室教師審批→師生進入實驗室使用儀器設(shè)備→實驗結(jié)束后，退出實驗室。實驗室管理教師全程管控開放流程中安全事務(wù)，如圖2 所示。

圖2 實驗室開放管理系統(tǒng)運行流程

1.3 PEMM對建設(shè)智能實驗室開放管理系統(tǒng)建設(shè)的借鑒

平臺實驗室開放管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，在確保安全（功能化）的前提下，通過實驗室管理系統(tǒng)自動運行（智能化），實現(xiàn)儀器設(shè)備全天候按需開放使用（人性化）。智能實驗室管理系統(tǒng)自動運行可借鑒PEMM中流程成熟度概念，實驗室儀器設(shè)備全天候開放使用可借鑒PEMM中企業(yè)能力成熟度概念，智能實驗室管理系統(tǒng)自動運行成熟度與實驗室儀器設(shè)備全天候開放使用能力成熟度共同組成了一個完整的智能實驗室開放管理PEMM框架。該模型結(jié)合各成熟度級別的定義，用于評價智能實驗室開放管理系統(tǒng)建設(shè)后的開放工作自動運行和實驗室儀器設(shè)備開放使用能力成熟度級別。同時，根據(jù)PEMM低級別成熟度對流程及整體的影響，如何提升成熟度級別等，平臺管理層可通過PEMM明確實驗室開放管理系統(tǒng)需要提升的成熟度和改進的要素［13-16］。

2 智能實驗室開放管理系統(tǒng)的PEMM 框架構(gòu)建

將平臺智能實驗室開放管理系統(tǒng)的所有流程融入PEMM框架中，分別構(gòu)建5 個動能因素與4 個能力，對應(yīng)的組成要素、成熟度指標(biāo)與評估辦法。

2.1 智能實驗室開放管理系統(tǒng)成熟度模型的框架體系

智能實驗室開放管理系統(tǒng)PEMM 框架，P 定義為實驗室自動運行成熟度，包含5 個流程能動因素及各因素的組成要素：

能動因素1系統(tǒng)設(shè)計，定義為智能實驗室開放管理系統(tǒng)自動運行流程設(shè)計，組成要素為開放、培訓(xùn)、預(yù)約、使用；

能動因素2系統(tǒng)使用者，定義為進入實驗室使用儀器設(shè)備全體師生，組成要素為規(guī)章制度認(rèn)識、操作使用技能；

能動因素3系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，定義為負(fù)責(zé)儀器設(shè)備開放管理工作的實驗室教師，組成要素為角色權(quán)限、管理技能；

能動因素4系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，定義為支持智能實驗室開放管理系統(tǒng)運行的硬件，組成要素為儀器設(shè)備硬件、智能系統(tǒng)硬件；

能動因素5系統(tǒng)衡量指標(biāo)，定義為智能系統(tǒng)自動開放使用程度，組成要素為安全管理、自動化程度。

E定義為實驗室儀器設(shè)備全天候開放能力，包含4 種能力及各能力的組成要素：

能力1開放執(zhí)行力，定義為智能實驗室管理系統(tǒng)開放能力，組成要素為開放流程執(zhí)行、開放制度執(zhí)行；

能力2開放文化，定義為開放工作中各制度建設(shè)，組成要素為開放管理制度；

能力3開放專業(yè)技能，定義為實驗室全體師生的專業(yè)技能能力，組成要素為負(fù)責(zé)人技能、使用者技能；

能力4開放治理，定義為對開放工作整體管理與考核，組成要素為開放效果、人性化管理、師生認(rèn)同度。

2.2 智能實驗室開放管理系統(tǒng)成熟度模型的級別體系

根據(jù)PEMM中流程成熟度級別定義，構(gòu)建智能實驗室開放管理系統(tǒng)的實驗室自動運行成熟度級別（P）和實驗室儀器設(shè)備全天候開放能力成熟度級別（E）模型。在PEMM定義中，0 級別代表業(yè)務(wù)處于自然未管理狀態(tài)，本文中代表實驗室開放工作處于未開放或人工開放狀態(tài)，在已建設(shè)開放管理系統(tǒng)的模型中，該級別可省略，實驗室自動運行組成因素成熟度級別（P）如表1 所示。實驗室儀器設(shè)備全天候（24 h）開放能力成熟度級別（E）如表2 所示。

表1 實驗室自動運行成熟度級別（P）

表2 實驗室儀器設(shè)備全天候開放能力成熟度級別（E）

2.3 智能實驗室開放管理系統(tǒng)成熟度模型的評價體系

PEMM通過在被調(diào)查企業(yè)中挑選職員，以成熟度評估問卷調(diào)查的形式，評價企業(yè)能動因素與能力成熟度，尋找改進成熟度的辦法［11］。平臺的智能實驗室開放管理系統(tǒng)記錄了實驗室各儀器設(shè)備開放、培訓(xùn)、預(yù)約、使用詳細(xì)數(shù)據(jù)，可對系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)進行研究分析，挑選常使用實驗室儀器設(shè)備的師生（年均200 人以上），問卷調(diào)查使用情況，建立智能實驗室開放管理系統(tǒng)成熟度模型評價體系，如圖3 所示。

圖3 智能實驗室開放管理系統(tǒng)成熟度模型的評價體系

實驗室各儀器設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析與師生問卷調(diào)查，對智能實驗室開放管理系統(tǒng)的實驗室自動運行成熟度級別（P）和實驗室儀器設(shè)備全天候開放能力成熟度級別（E）不同指標(biāo)進行評價，評價對應(yīng)項目如表3所示。

表3 智能實驗室開放管理系統(tǒng)成熟度模型評價指標(biāo)

平臺定期對實驗室自動運行成熟度和實驗室儀器設(shè)備全天候開放能力成熟度開展評價工作。找到影響開放工作的關(guān)鍵點及提升成熟度的方案，指導(dǎo)智能實驗室管理系統(tǒng)建設(shè)。

3 智能實驗室開放管理系統(tǒng)建設(shè)

3.1 智能實驗室開放管理系統(tǒng)成熟度模型的評價結(jié)果與分析

（1）智能實驗室開放管理系統(tǒng)成熟度模型的評價結(jié)果。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析與問卷調(diào)研評價，平臺智能實驗室開放管理系統(tǒng)自動運行成熟度評價如表4 所示，全天候開放能力成熟度評價如表5 所示。

表4 智能實驗室開放管理系統(tǒng)自動運行成熟度評價

表5 智能實驗室開放管理系統(tǒng)全天候開放能力成熟度評價

（2）成熟度影響分析。對智能實驗室開放管理系統(tǒng)自動運行成熟度評價分析可知，平臺智能實驗室管理系統(tǒng)，已實現(xiàn)實驗室全天候開放運行。但隨著實驗室儀器設(shè)備數(shù)量和種類、科研需求與測試要求的增加，而實驗室教師人數(shù)不變，導(dǎo)致使用者與負(fù)責(zé)人，開放制度，系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施成熟度下降，影響了實驗室開放能力。因此需要持續(xù)建設(shè)提升智能實驗室管理系統(tǒng)、加強技能培訓(xùn)、修訂開放制度、達到根據(jù)實際需求進行實驗室開放、培訓(xùn)、預(yù)約、使用工作，提高實驗室開放效率，實現(xiàn)智能化、功能化，人性化實驗室開放。

3.2 智能實驗室開放管理系統(tǒng)自動運行能力建設(shè)

通過成熟度評價，平臺持續(xù)開發(fā)智能實驗室管理系統(tǒng)新功能模塊，提升實驗室開放成熟度，如圖4所示。

圖4 智能實驗室開放管理系統(tǒng)自動運行能力功能模塊建設(shè)

（1）實驗室自動運行開放模塊建設(shè)?；谠械膬x器設(shè)備開放模塊，平臺開發(fā)了儀器設(shè)備開放分級模塊。即根據(jù)儀器設(shè)備操作難易程度，使用者預(yù)約使用量大小，加工測試類型等數(shù)據(jù)反饋，將儀器設(shè)備開放權(quán)限分級，部分加工設(shè)備僅在工作時段開放，部分儀器設(shè)備可在非工作時段開放，具體開放時間根據(jù)預(yù)約排隊量來確定。此模塊可按需設(shè)置儀器設(shè)備開放時間，提升儀器設(shè)備開放成熟度。

（2）實驗室自動運行培訓(xùn)模塊建設(shè)?；谠械呐颗嘤?xùn)，平臺加強培訓(xùn)報名管理，開發(fā)了新的培訓(xùn)報名模塊，統(tǒng)一安排儀器設(shè)備培訓(xùn)時間，每周通過智能系統(tǒng)發(fā)布培訓(xùn)計劃，使用者登錄系統(tǒng)后可報名參加培訓(xùn)。負(fù)責(zé)人可限定每臺儀器設(shè)備培訓(xùn)報名人數(shù)，每位使用者每周可報名次數(shù)，通過“小班制”培訓(xùn)考核，確保培訓(xùn)質(zhì)量，提升使用者操作技能掌握的成熟度。

（3）實驗室自動運行預(yù)約模塊建設(shè)?；谠械膬x器設(shè)備預(yù)約模塊，平臺開發(fā)了預(yù)約權(quán)限分級模塊，即根據(jù)使用者對儀器設(shè)備使用頻率、實驗室規(guī)則遵守程度、科研論文及專利發(fā)表情況、信譽積分、實驗室貢獻度等綜合表現(xiàn)進行評分，負(fù)責(zé)人根據(jù)分?jǐn)?shù)高低授予使用者不同級別的權(quán)限，高級別權(quán)限的使用者可預(yù)約已開放非工作時段的儀器設(shè)備，低級別權(quán)限的使用者只能預(yù)約開放工作時段的儀器設(shè)備。同時授予教師最高權(quán)限，鼓勵教師親自進入實驗室做實驗。此模塊優(yōu)化了實驗室全天候開放的目的，提升了使用者對規(guī)章制度認(rèn)識的成熟度。

（4）實驗室自動運行使用模塊建設(shè)?；谠械膬x器設(shè)備使用模塊，平臺開發(fā)了信譽積分管理模塊，通過門禁刷卡系統(tǒng)記錄使用者刷卡時間，電源控制器自動斷電，以及負(fù)責(zé)人定期巡視檢查，確保使用者本人按時做實驗，按時退出，培養(yǎng)守時的氛圍。對于部分表現(xiàn)突出的使用者，給予一定信譽積分獎勵。對于遲到和延時的使用者，信譽積分模塊將按照遲到和延時的不同時間自動扣分。對于違反實驗室規(guī)定的使用者，負(fù)責(zé)人根據(jù)具體違規(guī)情況手動扣分。平臺每學(xué)年將所有使用者信譽積分設(shè)置為100 分，當(dāng)信譽積分低于60 分時，禁止登錄系統(tǒng)和刷卡開門，使用者須寫好一份帶導(dǎo)師簽名的檢查，交給負(fù)責(zé)人，經(jīng)討論后，方可將信譽積分加至80 分；當(dāng)?shù)诙螌憴z查時，使用者原有的儀器設(shè)備培訓(xùn)記錄清零，即需要重新進行培訓(xùn)。通過信譽積分管理制度，在儀器設(shè)備使用階段進行安全提醒，提高使用者儀器設(shè)備預(yù)約開放使用整體成熟度。

（5）實驗室自動運行數(shù)據(jù)管理模塊建設(shè)。平臺開發(fā)的數(shù)據(jù)管理模塊，主要用于協(xié)助負(fù)責(zé)人統(tǒng)計儀器設(shè)備預(yù)約排隊情況、使用率、共享率、損壞頻率等，便于負(fù)責(zé)人參與實驗室開放的全流程管理，通過數(shù)據(jù)分析可歸納總結(jié)實驗室各類安全問題規(guī)律，便于預(yù)報或提前排查安全隱患。通過不同儀器設(shè)備開放數(shù)據(jù)對比，為管理者決策提供各儀器設(shè)備使用機時、排隊情況、維護頻率、投入產(chǎn)出等量化數(shù)據(jù)，提升基礎(chǔ)設(shè)施與衡量指標(biāo)成熟度。

3.3 智能實驗室開放管理系統(tǒng)全天候開放能力建設(shè)

（1）實驗室全天候開放管理建設(shè)。平臺持續(xù)加強智能實驗室開放管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，更新智能實驗室準(zhǔn)入模塊、監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊等，提升實驗室開放執(zhí)行力成熟度。平臺開展實驗室開放文化建設(shè)，制定和優(yōu)化各類規(guī)章制度，如：平臺儀器設(shè)備損壞賠償條例，師生培訓(xùn)管理條例等。通過學(xué)院教授委員會討論，黨政聯(lián)席會決議等，確保各項規(guī)章制度順利執(zhí)行，提升開放文化成熟度。

（2）實驗室全天候開放專業(yè)技術(shù)建設(shè)。平臺定期舉辦儀器設(shè)備操作培訓(xùn)會議，聘請專家講解各儀器設(shè)備操作技能及數(shù)據(jù)分析知識，優(yōu)化不同儀器設(shè)備培訓(xùn)周期，培訓(xùn)側(cè)重點，提供管理教師與助管聯(lián)系方式等，提升開放專業(yè)技能成熟度。

（3）實驗室全天候開放數(shù)據(jù)反饋建設(shè)。平臺通過數(shù)據(jù)分析，問卷調(diào)查等方式，建立數(shù)據(jù)反饋，及時了解儀器設(shè)備使用情況，使用者滿意度，及時準(zhǔn)備所需耗材，定時開展儀器維護，測試校正等，提升開放治理成熟度。

4 結(jié) 語

經(jīng)過十幾年的儀器設(shè)備開放歷程，平臺基于PEMM理念，持續(xù)開發(fā)智能實驗室開放管理系統(tǒng)各功能模塊、培訓(xùn)師生使用智能系統(tǒng)、明確實驗室教師管理權(quán)限、升級智能系統(tǒng)硬件、收集師生意見反饋，從而提高實驗室自動化運行程度。對影響實驗室儀器設(shè)備全天候開放能力成熟度的4 種能力，持續(xù)修訂實驗室開放管理制度、建設(shè)實驗室開放文化、提升全體師生技術(shù)業(yè)務(wù)能力、加強開放全流程管控，從而提升儀器設(shè)備開放管理效率。

實驗室全天候按需安全開放是智能實驗室管理系統(tǒng)建設(shè)的最終目標(biāo)，如何智能化、功能化、人性化的開放實驗室儀器設(shè)備，是一個值得不斷探索的問題。平臺將繼續(xù)依托PEMM模型開發(fā)新的功能模塊，新的智能硬件，新的規(guī)章制度，持續(xù)提升實驗室開放成熟度。