機械實驗室信息化管理系統研究與開發

熊平原 劉銘燁

摘 要：針對高校機械實驗室儀器種類多、大型設備利用率低、排課集中、開放程度不夠、借用手續復雜、自主學習欠缺、管理相對落后等現狀，本文分析現有管理軟件之不足，利用ASP網絡技術、數據庫技術、三維軟件模擬仿真等先進手段，設計并開發出一套適合高校機械實驗室信息化管理的系統，以實現規范管理、全面開放、網絡學習三維一體管理模式，提高設備利用率及教學效果。

關鍵詞：機械實驗室；信息化管理；高校

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）05-0035-03

機械實驗室是保證高校教學、科研和培養機械類應用型人才的物質基礎，是“卓越工程師”的重要培養基地。隨著教育資金的投入和課程改革力度的加強，機械實驗室儀器設備數量猛增，綜合性、設計性實驗項目相繼開設，師生對實驗室開放性需求加大，自主學習意識也在提高。傳統的手工記錄模式已無法滿足機械實驗室發展需要，信息化管理是必由之路[1]。現有的一些信息化管理軟件，在使用過程中存在以下不足：（1）功能不完善，不能全面覆蓋機械實驗室建設和管理；（2）管理模式分級不合理，難以與其他實驗室管理體制兼容；（3）開放程度不夠，資源配置不合理；（4）自主學習功能不強；（5）不利于學分制的實施等。

本文通過優化機械實驗室管理流程，利用ASP網絡技術、數據庫技術、三維軟件模擬仿真等先進手段，設計并開發出機械實驗室信息化管理系統，實現規范管理、全面開放、網絡學習等三維一體管理模式，將實驗資源最大化利用，提高學生學習和實驗室管理效率。

系統采用B/S 架構（即瀏覽器和服務器結構），客戶端不用維護，數據都只在服務器端維護，部分事務邏輯在前端（Browser）實現，但是主要事務邏輯在服務器端（Server）實現，客戶機通過Internet 瀏覽器在局域網內瀏覽服務端內容[2]。系統的網絡拓撲如圖1。

整個系統將實現基礎信息瀏覽、新聞動態或公告、登錄管理、網上預約、網上查詢、虛擬實驗等功能模塊，每個模塊下面又有對應的子模塊。其系統功能圖如圖2。

一、基礎信息瀏覽

本模塊包括實驗室簡介、實驗設備介紹、主要實驗介紹、實驗管理隊伍介紹和實驗室分布圖等內容。

二、新聞動態和公告

發布實驗室最新動態和實驗室公告。目前此功能主要是發布實驗室的相關新聞和公告，讓學生及時了解關于實驗室的一些最新信息，管理員可以在此頁面查詢已發布的信息，也可以在登錄后隨時添加、修改和刪除信息。

三、登錄管理

1.權限管理。本系統提供了明確的權限設置、多級角色管理，分為超級管理員，實驗室管理員，任課教師，學生。

2.基礎數據。系統提供基本信息創建和外部數據直接導入的功能。這主要通過創建數據庫和數據庫連接來實現。可單獨創建實驗室、實驗設備、任課教師、學生、實驗課程等基礎數據，以保證系統運行的數據完整性和統一性，方便查詢統計。

3.實驗室管理。創建實驗室所屬院系、實驗室類別和類型、容納人數、占用面積、儀器設備臺套數、儀器設備總值、建立時間和地址、分布圖、實驗室隊伍、所面向的課程及規章制度等信息。通過這些設置可以很方便地查看某個實驗室的詳細信息，管理員還能對查看的信息進行修改。

4.實驗教學管理。實驗室管理員接到實驗教學安排任務，根據實驗內容和教學儀器設備條件，按班級、課程、教師、周次、節次、起始時間、實驗人數預定實驗室，排出課表，由教務處確認后發放給實驗室管理員、任課教師和學生。

5.儀器設備管理。對儀器設備設置分類標準和分類管理，實驗室管理人員根據現有實驗設備情況，登記儀器的類別（一般儀器、大型儀器及分類號）、名稱、型號、規格、數量、價值、儀器來源方式、即時狀態、存放位置、學習資料等詳細信息，管理員也可以對已登記的設備信息進行更改或刪除。設備信息將發布到網上，以提供查詢。

6.網絡硬盤管理。教師可以存放一些教學資源（如：*.PDF格式的文檔，與實驗教學相關的應用軟件等），以供瀏覽和下載使用。

7.賬戶管理。賬戶管理模塊包括學生管理和教師管理。學生管理模塊包括學生基本信息的錄入、管理實驗報告等。學生在實驗結束后需要撰寫并提交實驗報告，任課教師可以及時查看學生的實驗結果，并給出必要的批注，為學分的評定提供依據。教師管理模塊包括教師基本信息的錄入、實驗報告的批改情況等。教師在學生提交報告后需要批改實驗報告，學生能夠及時查看自己實驗報告的批改情況，鞏固學習效果。

8.教師登錄和使用。教師使用界面主要包括個人基本信息、師生互動、布置作業、批改實驗報告等部分。用戶可以修改自己的登錄密碼以保證賬戶的安全性，可以查看或修改個人的基本信息資料；師生之間、用戶之間可以針對實驗預習、實驗過程、實驗結果、實驗考試等主題設定討論區，師生共同參與整個實踐學習的過程，營造和諧的學習氛圍；在每一次實驗后，教師必須布置相應的作業或實驗報告讓學生完成；在學生上交作業或實驗報告后，教師必須及時批改，以便學生查詢復習。

9.學生登錄和使用。主要包括個人基本信息、師生互動、作業及成績查詢、評教等部分，方便師生之間的信息反饋。

四、網上預約

1.實驗教學預約。任課教師根據相關教學要求直接進行排課申請，詳細標明所排班級、課程、實驗設備、實驗人數、課程周期、課程起止時間（節次或設置絕對時間），并附加詳細申請說明后生成實驗教學任務申請表提交給實驗室管理員及教務處審核，審核通過后可對此次的排課申請作相應的調整后直接形成實驗室安排表。

2.教師臨時預約。任課教師可以根據實驗室時間安排的空余情況，結合實際教學的需要，靈活地預約實驗室進行一些科研型實驗，并提交預約申請，經審核通過后列入實驗室排課或形成實驗任務。

3.校外用戶預約。校外用戶可通過機械實驗室網站瀏覽實驗室及設備的空余情況，根據自己的需要選擇相應的實驗設備并提交申請表。經實驗室管理員及教務處審核通過后，管理員再將信息告知用戶并做好實驗室時間安排。

五、網上查詢

查詢統計是任何一個管理系統至關重要的一個組成部分，查詢的信息越明細，越能對系統的使用提供更加詳實的數據，為領導的相關決策提供依據。

1.考勤查詢。可以按時間段、班級、個人、實驗課程等查詢統計學生各類出勤情況及各種考勤的合計匯總。

2.實驗室管理查詢。列出房間面積、儀器設備臺套數、儀器設備總值等統計信息，以列表方式顯示實驗室名稱、負責人、聯系電話、管理單位等信息；實驗室建設計劃查詢、實驗室建設計劃狀態查詢；實驗室的維護計劃、維護記錄，維護計劃執行記錄查詢；按時間，用戶，實驗室查詢使用明細記錄，統計實驗室使用率；按時間、對象或內容等條件查詢發布的信息，統計實驗室信息發布記錄；統計實驗室設備的基本信息及購買、報損、維修、報廢、使用機時數、使用人次等明細，生成實驗室設備報表。

3.教學查詢。查詢統計實驗教學任務信息、教學/開放預約信息。

4.課表查詢：包括班級課程課表、班級課表、教師課表、個人課表等信息的查詢統計。

六、虛擬實驗

由于高校機械實驗人數多，機械實驗室實驗設備有限，導致機械實驗課時較少，學生動手機會較少，對實驗的理解也不深。如何在有限的設備條件下加深學生對實驗的理解？運用三維造型軟件、動畫制作軟件等計算機技術，制作一系列虛擬零件及機構，并進行虛擬機械實驗，讓學生進行實驗預習及復習，做到有的放矢，能夠有效提高實驗效率，即使在實驗設備不足、實驗課時較少的情況下也能使學生對實驗過程有一個感性的認識和較深的體會，這對實驗室信息化建設有著重要的意義[3]。對于虛擬實驗的實現，可以通過Solidworks、Pro/E、UG、3D max等軟件自制標準零件庫，也可通過連接已有的虛擬實驗平臺來進行。

七、數據庫設計

對于具有信息管理功能的系統而言，數據庫是其不可或缺的組成部分。本系統具有如下特點。

1.數據具有固定的結構模式，只涉及到注冊用戶的個人信息，如姓名、班級、學號、預約實驗及其完成情況。

2.訪問量不大，對數據的查詢和檢索效率要求不

高，對實驗信息的錄入和查詢一般限于學生及學校內部工作人員。

本文通過分析機械實驗管理特點，運用ASP網站開發、數據庫文件管理、三維軟件模擬仿真等計算機技術，初步開發出機械實驗室的信息化管理系統，下步工作將完善系統結構，優化管理方式，實現統計分析。

參考文獻：

[1]熊平原，劉少達.高等院校機械類實驗室信息化管理研究[J].仲愷農業工程學院學報，2010，（S）.

[2]謝英星，陳晨，毛寧等.模具改模信息管理系統設計與開發[J].微計算機信息，2008，（2/3）.

[3]曾平，馬驥，陳言秋.基于CAD軟件的“機械設計虛擬實驗室”的研究與實現[J].工程圖學學報，2004，（1）.