浅析高校院系级仪器信息化管理系统

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　　摘要：高等院校近年来仪器设备数量快速增加，管理问题日渐突出，本文分析了学校、院系和课题组三级仪器管理的现状。现仍有不少院系平台以人工管理为主，存在诸多困境，为提高管理水平，笔者设计了一套院系级仪器管理系统，与院系信息化系统融合可有效促进开放共享，提高仪器的使用效率，实践效果良好。
　　关键词：仪器管理;开放共享管理;信息化建设
　　中图分类号：G647     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）22-0013-03
　　 一、引言
　　仪器设备已成为高等院校教学科研的重要基础设施[1]，近些年随着国家对高校教学科研经费投入的增加，广大高校在“211工程”、“985工程”和“双一流”建设的推进下，仪器设备数量快速增加，也采购了越来越多的高精尖仪器，为仪器设备的管理带来了新的契机[2]。仪器设备的管理与高校的教学、科研工作密不可分，充分发挥已有仪器设备的效能，推动开放共享提高设备的利用率，在一定程度上可以减少重复购置，节约学校的设备经费支出[3，4]。
　　二、高校仪器管理现状
　　高校仪器设备主要分布在课题组、院系和校级平台，各高校的校级公共仪器平台一般为校内独立二级单位，大多数已经采用信息化手段对用户预约、测试样品和仪器使用进行全流程管控。校级公共平台仪器数量多、通用性强、价值高，有专门的经费预算采购仪器管理系统，也有专职管理人员操作仪器，仪器管理系统开发公司将校级平台视为“香饽饽”，特别重视具有标杆效应的重点高校，并在这些学校的校级平台投入了大量的精力。例如，中国科学技术大学理化科学实验中心接入中国科学院仪器设备共享管理平台，上海交通大学分析测试中心使用的商用管理系统，这些管理系统都为校级平台的良好运行提供了系统保障。
　　院系级公共仪器平台主要为本院系和个别相关院系提供服务，所配备仪器也更聚焦于某一領域。与校级平台相比，院系级平台专门用于建设仪器管理系统的经费较少，各仪器管理软件公司不甚重视或不能提供适用性强的软件系统。许多院系平台还以传统人工管理模式为主，使用纸质台账跟踪使用情况，这种管理模式存在以下问题。
　　1.仪器信息缺失。由于缺乏统一的仪器信息发布平台，师生无法掌握本院系的仪器种类和具体参数，不了解其使用状态。通过学术会议或询问合作伙伴，师生只能获得片面和滞后的信息，经常出现舍近求远到外单位使用仪器或重复购置相同设备的情况，浪费了大量的人力和财力。
　　2.预约管理粗放。使用人工对仪器进行预约管理，以一整天或每天分为三个时段进行预约，粒度不精细造成大量的空闲时段。现代大型仪器设备往往具备全天不间断工作的能力，只有满负荷运转才能发挥出仪器的最大使用效能。
　　3.无准入控制。院系公共仪器设备以用户自操作为主，随着科研仪器设备精密化、自动化的发展，对用户的操作规范也提出了更高的要求。一旦违规使用造成仪器故障可能产生高额的维修费用并造成长时间停机，拖延了科研工作进度。用户应该经过培训并合格后才可以自行操作，但管理人员无法做到实时监管。
　　4.使用记录不可信。通过纸质台账记录仪器的使用情况，完全靠用户自觉登记，记录内容也不完全可信。用户因没有规范操作而发生的仪器损坏，因没有可信的使用记录无法对用户追责，无追责压力用户不会重视规范操作的重要性，从而进入了恶性循环。
　　5.存在收费漏洞。基于不可信的使用记录，无法计算准确的使用费用。没有监管措施，用户随意登记，甚至有的用户为了规避费用，不登记或少登记。收费的不公平和随意性容易引发矛盾，对公共实验室的运行产生了负面的影响。
　　6.使用统计困难。根据纸质存档数据进行统计要花费大量的人力，数据来源不可靠其结果可信度不高，无法为未来仪器的添置提供决策依据。
　　高校实验技术人员短缺，工作任务繁重已成为不争的事实。实验技术人员不仅承担仪器设备的日常管理和维护，还要担负起指导学生操作使用仪器设备的职责[5]。近年来，高校仪器设备高速增长，使用频率提高，但实验技术人员却未随之增加，因此将他们从烦琐、重复的仪器日常管理中解脱出来迫在眉睫。
　　课题组仪器设备购置经费来源分为竞争性和非竞争性两类。竞争性经费一般指向国家科技部、基金委等申请的项目经费，非竞争性经费一般指学校经费（如“双一流”建设经费）。非竞争性经费的使用分配权在学校或院系，既可以用于建设公共平台，也可以支持课题组仪器建设。课题组设备一直以来极少对外开放共享，其中部分仪器设备使用面极窄无开放必要，部分设备共享会导致使用效率低下，如某些光学仪器调整一次光路要几天时间，这类仪器的确无开放必要。部分可以开放的仪器没有共享，一方面有的教师认为这是自己的设备不愿意开放使用;另一方面有些院系普遍没有仪器管理平台，现有管理软件也没有为这种复杂场景进行优化，从而在一定程度上阻碍了开放。如果能优化院系内的仪器管理、提高仪器使用效率，从而使有限的经费可以发挥在更大的作用上，而不是浪费在设备的重复购置上。
　　三、院系级仪器管理系统设计方案
　　院系级平台不同于校级平台，仪器以用户自操作为主，除了需要管理共享设备，还应考虑将各课题组可以共享的仪器纳入管理。课题组的仪器，特别是使用非竞争性经费采购的，学校和院系应该从制度上提倡和要求共享，这也要求院系有针对性地推出院系级仪器管理系统。院系建设自己的仪器管理系统可以解决人工管理面临的诸多问题，提高管理水平实现精细化管理，可将实验技术人员宝贵的精力从烦琐的日常管理中解脱出来。为了实现仪器设备的全流程科学管理，院系级平台至少应包括以下七个功能模块。
　　1.仪器展示。管理系统网站按照功能分类统一展示仪器，每个仪器的管理员可自主维护所管理仪器的页面，详细介绍仪器的型号规格和功能指标，公示校内外收费标准，便于用户快速了解仪器详情，选择合适的设备开展实验。网站应提供统一服务的窗口，用户和管理员均通过网站对平台内所有的仪器进行预约管理和使用。 　　2.用户管理。精细化管理要求每位用户都拥有独立的账号，防止账号共享带来的安全隐患，但基本计费单元是课题组，这就要求管理系统应至少实现课题组和用户两级管理，用户完善个人信息后申请加入组，由组长审批后产生的费用计入该组账户。现在众多高校已经建立了统一认证平台和一卡通系统，对于校内用户，使用学校统一认证平台验证用户身份，使用校园一卡通作为身份凭证，用于门禁和刷卡上下机。校内用户学生具有流动性，而公共实验室并不掌握学生的动向，管理系统能够周期性地与校数据中心同步，及时发现已毕业学生的账号，防止发生已毕业却还在用导师经费继续实验的情况。仪器管理系统和学校身份系统紧密集成，身份信息可靠且更新及时，用户忘记密码、挂失换卡也由学校统一处理。对于校外用户，由公共实验室统一管理账号，统一发卡。
　　3.操作证。实验室安全越来越受到重视，用户应首先经过安全培训考试合格后才可进入实验室，如需接触危险品还应增加相应的培训和考试内容，管理系统应具备完善的在线考试功能。用户需先完成安全培训考试，针对其所使用仪器进行专门的培训，合格后首先颁发只能在工作时间使用仪器的见习操作证，用户熟练使用后再升级为全天使用的正式操作证。仪器管理系统对用户的预约和使用通过操作证控制，并联动门禁系统实现仪器操作的准入控制。
　　4.预约管理。合理、灵活的预约策略有助于提高仪器设备的使用效率，预约页面采用日历展示，用不同颜色标记状态，使仪器的使用状态一目了然。不同的仪器对预约要求差异很大，从仪器使用角度考虑，根据仪器实际使用情况确定预约时间规则，用户只能按照设定的要求进行预约，防止预约时间明显不符合正常实验的用时。对于较为稀缺的设备，可限制每个课题组在一定时期内的预约机时，尽量为各个课题组提供公平使用的机会。
　　5.上机使用。管理系统使用现场控制器对仪器进行控制，控制方式多样，对于可以断电的小型设备直接操控设备电源，对于使用计算机控制的设备控制显示器为键盘和鼠标，对于不可通过电源控制的为可控制仪表或开关样品门。通过这些控制手段，实现无人值守的情况下要求用户通过刷卡登录才能正常使用设备，这样系统才能通过操作证对仪器的使用进行准入控制，同时留存可信的使用记录。近些年，生物识别技术越来越普及，逐步采用指纹识别、脸部识别等技术对用户身份进行二次确认，杜绝借卡代刷的现象。现场控制器自身具备存储能力，在与中心服务器断开连接时，能够根据最后一次更新的操作证和预约信息处理上下机并记录日志，恢复连接后自动上传数据，确保数据的一致性。
　　6.数据流转。现在越来越多的仪器设备采用计算机控制，设备初次安装调试后，为确保仪器稳定运行，仪器控制计算机与校园网隔离，系统无法进行升级，因此对病毒和漏洞无抵抗能力。用户测试数据需要导出时，采用刻录光盘的形式让用户外带实验数据非常不方便，因此仪器管理系统可以作为“中间人”帮助传递数据，仪器控制计算机透过数据传输专网将实验数据集中上传至仪器管理系统，用户在校内外登录系统即可自行下载数据。
　　7.机时计费。有了真实可靠的使用和预约记录，仪器管理系统就可以统计机时的使用情况并计算相应费用，计费时要考虑预约和实际使用不一致的情况，一般按照最长时间原则进行统计。通过经济手段督促用户预约时，尽量匹配实际的使用情况，提高仪器的使用效率。课题组长也可以随时登录系统查看组内成员的使用情况，掌握测试费的使用进度，每年年底系统还会自动生成合同和使用清单，直接用作用户缴费的财务凭证，大幅节约了管理员的精力。
　　以上可见仪器管理系统复杂、功能众多，随着实际使用和管理规范的不断完善，软件需求在使用中不断地摸索完善，故采用敏捷开发。笔者使用Node.js+Express框架开发核心系统，后端采用MongoDB数据库，适应不断变更软件快速迭代的要求，降低了人力的需求[6，7]。平台基于B/S架构，用户和管理员只需使用浏览器即可操作，服务端使用Nginx提供Web服务，其中动态内容反向代理给Node.js，客户端与服务端使用https加密链接传输数据，服务端与校园网之间部署防火墙和WAF对攻击进行防范。
　　仪器管理系统依托于院系的信息化建设是其重要的组成部分。现今互联网企业高速发展，高校在工资待遇、职业发展等方面无法与之竞争，专业信息化人才匮乏，院系信息化建设面临经费紧张、人员奇缺的问题，因此应避免“烟囱式”架构的建设，将仪器管理系统作为院系信息化建设的一部分通盘考虑、统一建设。
　　四、结论
　　笔者现已主持研发了一套院系级仪器管理系统，实现了上述大多数功能，现有一个公共实验室使用，迄今已记录了18128条使用信息，累计机时44502小时，并且在建设该系统时特别注重与各类信息系统的融合。在身份认证上，开发了中间件对接学校认证中心，院系自行维护校外人员信息，实现了多套信息系统共享统一认证。通过与楼宇门禁系统对接，直接控制门禁持卡人权限，对实验室进行准入控制。使用已有的在线考试系统，为各类仪器创建特定的试卷，用户通过培训考试合格后才能获取操作证。实验数据直接与云盘集成，直接上传自动同步，利用强大的共享管理实现协同研究，完善的数据备份和历史版本保护了珍贵的实验数据。
　　以信息化支撑科研工作是现代高校的必然要求，科学的仪器管理系统能有效提高仪器的使用效率，更好的为基础科研服务，同时也可以提供精确的仪器，使统计作为将来设备采购方案的重要依据。
　　参考文献：
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　　[2]宣瑛，雷建兰，唐伟，雷群芳，冯建跃.大型仪器信息化共享管理系统的发展与实践[J].实验室研究与探索，2015，34（02）：275-278.
　　[3]贺锦，赵艳娥，何凌，赵琳.高校大型仪器设备共享平台的设计与实现[J].实验技术与管理，2016，33（06）：263-267.
　　[4]廖琪，钱俊臻，严薇，王翊.大型仪器设备管理体系研究与探索[J].实验室研究与探索，2015，34（05）：263-266.
　　[5]朱海军.浅谈实验仪器设备的信息化管理建设[J].科技风，2017，（26）：52.
　　[6]伶俐，张传国.基于NodeJS+Express框架的轻应用定制平台的设计与实现[J].计算机科学，2017，44（S2）：596-599.
　　[7]李鵬.Node.js及MongoDb应用研究[J].天津科技，2015，42（06）：34-36，39.
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