国家重点实验室仪器平台智能化管理系统与实践
付 强a， 朱平川a， 王志强a， 卢春花b
(广西大学 a.亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室；b.生命科学与技术学院，南宁 530004)
摘 要 ：大型仪器设备是重要的科研资源，智能化管理是推进资源共享、提高仪器利用率的重要手段。亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室基于数据库和网络技术建立了智能化管理系统，该系统将仪器管理、预约管理、收费系统和监控系统进行整合，实现了仪器设备实验室无人值守的全天候开放运行，显著增加了仪器运行效率和服务范围。为国家重点实验室的网络化、信息化、自动化的平台建设提供了技术支持与借鉴经验。
关键词 ：国家重点实验室； 仪器平台； 智能化管理系统； 预约系统
0 引 言
国家重点实验室是依托中科院研究所和各重点大学的科研机构，作为国家科技创新的主体部门，国家重点实验室是开展高水平基础研究、举办高层次学术交流、培养优秀人才的重要基地，实行“开放、流动、联合、竞争”的运行机制[1-3]。大型仪器平台是国家重点实验室内独立于课题组运行的重要组成部门，随着科研对高水平分析测试需求的增加，大型公共仪器平台在国家重点实验室的科研支撑作用日益明显[4-6]。仪器平台是否完备是衡量实验室装备条件的重要标准，同时也体现了国家级科研机构的科研实力[7-8]。因此，充分发挥大型精密仪器设备的作用，将会对重大科研攻关等方面发挥举足轻重的作用[5,9-11]。
亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室(以下简称亚农国重室)公共仪器平台于2008年正式成立，在10年建设期间，通过科学论证和持续的经费投入，大型仪器设备的种类和数量显著增加，但传统管理手段的落后加大了技术员的工作量，造成了部分大型仪器利用率偏低。随着网络技术和管理理念的不断进步，亚农国重室仪器平台逐渐采用网络模式智能化管理仪器设备，能够以较低的运行成本，规范化处理仪器使用流程，准确记录仪器运行情况，实现了公共仪器平台的信息化管理。现对仪器平台的状况、预约系统的优势和开放共享的效果进行了综合分析。
例如，在学习了《图形的运动》这部分知识以后，我就给学生布置了这样一个作业，让学生根据学过的轴对称、旋转、平移等知识，运用家里常见的墙纸、桌布或者彩纸，充分发挥自己的想象力拼接一个图形，然后，拿到课上来进行评比，在评比的过程中，还要说出自己运用了哪些数学知识。这样的课后作业，更加注重对学生动手能力的锻炼，并且在动手实践的过程中，充分地发挥了学生的学习主动性，把书中的知识运用到了实践中去，同时也加深了对学到知识的理解和记忆，学生在课上讲解自己作品的过程，又很好地锻炼了学生的语言表达能力，我通过这样巧妙地设计课后作业，使得趣味性教学取得了突破性的进展。
1 亚农国重室仪器平台的状况
自2008年以来，仪器平台通过科学规划和布局，建立了2 000 m2配备了增压、过滤和新风系统的仪器实验室。配备专职管理员6名，负责平台大型仪器的管理、维护和测试服务工作。围绕科研方向累计购置价值超过30万元的大型仪器设备42台(套)，其中100万元以上的核心仪器13台(套)，仪器总值达到6 200万元。根据生命科学研究需要，重点建设了3个子平台(见表1)。
仪器平台管理员建立了大型仪器设备的说明书、操作手册、招标采购合同和维修保养记录等纸质档案。每台仪器设备均制作简明操作规程说明上墙，配备使用操作记录本，用于使用登记、机时记录。仪器管理员在每学期开设仪器使用培训班，对新入学研究生开展技术操作培训，授权培训合格后，授予研究生独立操作仪器资格。但是，随着仪器数量的增多，这类传统管理模式出现诸多弊端。①现场预约可能因人为原因造成使用冲突，或在非工作时段无法提供预约服务，影响科研人员实验的顺利开展；②繁琐的协调和管理工作浪费人力物力，降低了管理员的工作效率，特别是年终仪器机时统计和报送，导致人员精力分散，难以做好设备维护和技术开发；③实时监管难度大，对仪器运行状态和使用情况无法真实记录，一旦有异常情况发生，无法追根溯源。
表1 亚农国重室仪器平台设备概况
2 智能化管理系统的特点和优势
(5) 统计管理。在智能化系统后台建立了仪器信息数据库，包括仪器功能介绍、预约说明、仪器分析资料、使用者信息和收费标准等，可根据需要统计机时率、收费额等指标，可制作各种统计图表和报表，实现向上级主管部门的数据报送。
2.1 智能化管理系统的特点
上述智能化管理系统于2016年1月正式部署于亚农国重室公共仪器平台。将仪器设备、管理人员、技术人员、注册用户和配套设施有机整合。智能化管理平台保存了所有仪器的信息档案、操作说明书、使用规程等资料，所有用户均可以查询仪器状态、下载操作方法，也可以通过手机APP登录预约使用。仪器管理员借助智能化系统将过去的分散式、分时段管理转变成集中式、全时段管理，可通过系统后台了解管辖仪器的运行状态，合理安排仪器的维护保养时间，优化了工作流程，降低了综合管理成本。同时，实验室仪器委员会可以通过该系统获得仪器设备的使用状况，为制定中远期的仪器采购计划提供重要参考信息。
2.2 智能化管理系统的功能介绍
(1) 系统管理。系统的核心管理模块包括以下几类：人员管理、仪器管理、预约管理和计费系统及等(见图1)。对不同的用户角色设置不同的接入方式，例如教师账户，可使用依托单位的工号、密码登录，实行实名认证管理，学生账户可开放注册，由导师账户审核同意后激活，并与导师账户自动关联。对于校外用户，可通过实名注册并由管理员审批，在线申请送样或预约使用仪器设备。
图1 智能化平台结构图
(4) 监控管理。监控管理模式的设计思路是通过监控手段，对设备开机、账户登录和退出等过程进行全面监控。根据被监控设备的不同类型，通过“后台程序监控模式”和“弱电控制监控模式”两种方式实现(见图2)。对于自带电脑主机的智能型仪器设备，在操作系统上安装控制软件，使用者必须通过启动控制软件才能完成仪器操作，控制软件可操作实时监控，记录启动、结束时间，并同步至服务器。对于无电脑主机的非智能的仪器设备，例如冷冻干燥机、高速离心机等设备，在仪器取电前端配置弱电控制模块，使用校园一卡通刷卡方式接通和关闭设备电源。此外，在各个仪器实验室安装了监控摄像头，在仪器后台监控的同时，通过视频记录还原使用者的操作流程。在遇到网络故障时，可通过仪器的离线密码登录，授权使用者仍可以正常使用仪器设备。
经过1年多的推广运行，系统状态良好，数据记录准确。大型仪器设备80%实现对外开放运行，注册使用仪器平台的师生数为217人。服务了依托单位内的农学院、生命科学与技术学院、轻工学院、化工学院等7个学院43个校内研究组，有效预约送样次数达1 513人次。仪器最高共享率达到45%，比上一年增长10%，仪器的平均机时数也比上1年同步增长27%。这些数字的增长表明，智能化管理系统能够更好的利用大型精密仪器设备，保证资产的使用效率，降低运行成本和维护费用。
(2) 权限管理。在权限管理模块中，可为用户账户授予不同的使用权限，所有用户都可以按照仪器编号、名称、型号等关键词检索仪器，方便网上预约。最高权限的管理员还可以录入新设备，启用/停用设备，加入或撤销共享。次级权限管理员可以对其管辖仪器编辑、网上审核、上传说明书和操作规程等。使用者账户只能申请使用并填写样品说明，不能更改仪器信息。
图2 智能化管理系统的两种监控方式
有鉴于传统管理模式的诸多弊端[4,12-13]，亚农国重室仪器平台通过引入智能化管理系统，并根据具体仪器特点，通过二次开发实现了“网络化接入+数据网关+设备终端+视频监控”综合管理，建立从“使用预约-上机操作-评价反馈-费用结算”的流程模式。借助智能化平台，设备管理员能够通过便捷的管理后台系统，为仪器使用人员提供多元化的预约和使用方式，提高了设备使用效率，提升了平台管理水平。同时，通过视频监控系统可以还原使用人操作过程，为故障排除和责任溯源提供依据。
2.3 智能化管理系统的使用效果
该智能化系统具有如下特点：①采用服务器作为主机，设立独立IP段，与其他网络系统端口隔离。系统稳定性强，安全性高，避免了网络中断造成仪器系统瘫痪和病毒攻击；②软硬件设计先进，在仪器室利用无线专用网覆盖，避免走线的杂乱，保证了仪器室的美观和整洁，采用账号和密码方式登录，界面友好，易操作。③管理员分级授权管理，可自由增加管理单元，具有较好的扩展性和兼容性。
水上安全操作指南和联动工作机制也得到进一步健全。自创建活动开展以来，西江广东段绘制了水上安全监管平面图，编制了《西江流域风险防控手册》《西江水域船舶安全航行指南》以及《船舶附属艇安全管理指南》，建立了统一的水上交通风险评估标准、风险管控及预警机制等制度规范，为西江航行的船舶及船员提供了安全指引。
(3) 预约和收费管理。针对大型仪器的操作特点，实行“使用预约”和“送样预约”两种方式。对经过培训和考核的使用者可授予使用预约功能，系统将打开该设备的预约记录可视化页面，记录内容包括预约类型、开始时间、结束时间、审核时间和审核意见等。使用者在预约时间段内上机登录账号使用，系统记录测试时间，根据已设定的收费标准(可根据不同使用者类型自定义收费标准)进行自动计费和扣费，为了保证预约的公平性，当使用者未按照预约时间上机分析或爽约后，系统将禁止登录。对于操作复杂的精密仪器，实行送样预约制度，使用者在预约页面填写样品信息后，由仪器管理员审核、操作并生成报告，测试完成后确认样品完成情况，可按照收费标准直接扣费。
总之，探究情境的创设要清晰，让学生能够摸得到、看得到、感受得到。另外，探究教学还应该根据探究过程不断出现的新问题，设计新的探究情境。探究情境的创设要贯穿在整个探究过程中，是探究教学的重要环节。
3 结 语
目前随着科技发展日益进步，科技创新的手段越来越依靠大型高端仪器设备和先进实验技术[14-16]。亚农国重室仪器平台建立的智能化管理系统有效的解决了设备共享管理的难点，加强开放共享，优化资源的配置，将远程控制、网络预约、过程监督和计费核算等
模块融入整体系统中，把大型仪器、管理人员、技术人员、使用人员有机整合到一起，强大的统计功能方便了日常管理工作，显著提高了管理效率和仪器运行效率、解放了实验技术人员，在增大仪器共享率和服务范围等方面发挥重要作用。为其他国家重点实验室开展网络化的仪器平台建设提供了技术借鉴。
高校教学资源库平台在实际的建设和管理过程中，需要满足系统管理、资源管理、学生培养计划管理、访问用户的权限管理等多个方面的功能性需求。系统需要根据用户的等级，对其访问的权限进行规划和限定，从而确保系统的安全性和稳定性。高校教学资源库平台在对资源进行管理的过程中，主要是对系统内部的教师授课计划、课程信息、课程标准、教学课件、微课视频等多项信息和资源进行管理。并以此为基础，为学生们制定出更为科学和具有针对性的培养管理计划，提高学生的学习效率。
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Practice on Intelligentized Management System in Instruments Sharing Platform of State Key Laboratory
FU Qiang a,ZHU Pingchuan a,WANG Zhiqiang a,LU Chunhua b
(a. State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources, b. College of Life Science and Technology, Guangxi University, Nanning 530004, China)
Abstract ： Core facilities are important scientific researches resource. Intelligent management is the significant method to improve resource sharing and to increase instrument utilization. An intelligentized management system (IMS) based on database and network was established in state key laboratory for conservation and utilization of subtropical agro-bioresources. In IMS, instrument manage, reservation, charging and monitoring system were combined to achieve unattended full-time opening in instruments platform. The efficiency and service field of instruments sharing platform was significant developed. The IMS provides technologies and experiences for networked, informatization and automatization instruments sharing platform construction in state key laboratory.
Key words ： state key laboratory; instruments sharing platform; intelligentized management system(IMS); reservation system
中图分类号： G 482.0
文献标志码： A
文章编号： 1006-7167(2019)10-0287-03
收稿日期： 2019-01-22
基金项目： 广西高等教育本科教学改革工程(2017JGB130)；广西教育厅中青年教师基础能力提升项目(2017KY0035)
作者简介： 付 强(1981-)，男，河南固始人，博士，高级实验师，主要从事大型仪器管理和蛋白质组学研究。Tel.：0771-3237092; E-mail：gxfuq@gxu.edu.cn
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