物聯網時代大型儀器管理系統的開發與應用

蔡 超，林衛峰，趙明明，仲崇楠

(天津大學 國有資產與設備管理處，天津300072)

0 引 言

近年來，隨著“211 工程”和“985 工程”的實施，高校的大型儀器設備的數量迅速增加，裝備水平得到了大幅度提升，這也為高校大型儀器設備管理帶來了挑戰［1-2］。

同時，隨著信息技術的快速發展，高校教育資源和科技資源的廣泛共享已成為時代發展的趨勢［3-4］。因此，各高校在不斷探索管理機制［5-6］的同時，紛紛研究、開發大型儀器管理信息系統［7-8］，作為大型儀器管理的先進技術手段，提升大型儀器管理水平、促進大型儀器開放共享。

1 高校大型儀器管理存在的問題

(1)儀器共享信息缺失。目前，大多數高校由于缺乏一個完善的儀器設備信息共享平臺，導致信息共享不暢，因此許多部門、師生不知道學校儀器設備資源分布狀況，形成了想用設備者不知何處可用，設備管理者希望提高利用率不知何處有需求的現象［9-10］。

(2)不能實時追蹤儀器狀態。儀器負責人通常需要負責多臺儀器，不同的儀器也會分布在不同房間，不同樓層，所以儀器負責人不能隨時隨地的監控儀器的使用狀態，也不知道當前的儀器操作人是誰;一臺大型儀器設備需要花費數十萬甚至數百萬的資金購置，但是用戶使用時，通常都以得到最終實驗結果為目標，很少注意儀器的正確使用方法，不當的操作造成儀器損壞時常發生，不但減少了儀器的使用壽命，也間接的造成其他用戶的不便［11-12］。

(3)儀器設備維護成本高。由于大型精密儀器運行成本高，維修費用居高不下，只靠學校設備維修費用難以維持儀器的正常運作。采取儀器使用收費的方法提高設備的使用效益固然是一個解決途徑，但是收費機制和標準不健全，使收費在實踐中遇到阻礙［13］。

(4)儀器績效統計費時費力。通過對儀器設備進行績效評估，可以量化統計每臺大型儀器的使用效益，為學校購買同類型的大型儀器提供決策依據。但現有的儀器績效統計主要采用人工計算，消耗大量的人力物力，使統計工作不容易得到貫徹和推行［12］。

針對以上的問題，通過開發智能化的管理系統，用較少的人力對全校大型儀器進行高效管理是一個非常有效的手段。

2 構建物聯網時代的大型儀器管理平臺

在科技發展的今天，計算機已經承擔了人們大量的工作，但是計算機無法像人一樣，對感受的事物做出判斷，并進行反應。因此，科技發展的下一個重要階段就是智能化，而物聯網是解決智能化問題的重要途徑，通過“身份識別”、“物理定位”以及“數據傳輸”形成一個完整認知的網絡體系［14-16］。在儀器管理方面的應用，將實現從一個人負責一臺儀器，擴展成為一個人負責不同地域的多臺儀器的全方位管理。

我校開發的基于物聯網技術的大型儀器管理系統將儀器的實時信息公開、人員管理、儀器管理、財務管理、預約管理、授權使用、計費收費、數據共享、報表統計等工作整合，結合軟件系統和硬件設備，對大型儀器的日常使用進行監督和管理，使大型儀器資源得到充分、合理和高效地利用。

2.1 系統用戶管理

系統可以非常靈活的定義各級管理員及用戶的權限。按照行政級別劃分，校級儀器管理平臺可以分為資產處管理員、學院管理員、系/研究所管理員、儀器管理員、實驗室管理員、財務管理員等(見圖1)。

圖1 系統用戶分類示意圖

(1)普通用戶?？刹樵儍x器信息、申請培訓、預約儀器、費用結算并在儀器使用完畢后填寫儀器反饋表。

(2)實驗室管理員。負責管理自己的實驗室，包括授權實驗室成員使用經費，查詢本實驗室成員儀器使用情況;關注實驗室經費使用情況并及時向財務部門充值經費，打印本實驗室財務報表;進行成果管理，年初輸入實驗室項目，通過系統自動記錄實驗室成員使用過的儀器。

(3)儀器管理員。負責儀器設備的日常維護，包括用戶培訓，設置儀器預約的各種限制條件，監控儀器使用狀況，管理黑名單，打印儀器使用年度報表等。

(4)財務管理員?？梢造`活定義，從校級、院級或其他級別設立財務負責人，進行充值、收費及其他財務管理工作。

(5)資產處管理員。擁有系統管理員的最高權限，可以根據實際需要，對所有權限進行分配管理，實時監控儀器設備的運行狀況、使用狀況和收費狀況，統計全校儀器設備的績效信息，掌握設備運行的各種宏觀信息。

2.2 授權預約管理

授權系統是整個平臺的核心，管理員可以對不同用戶進行分類管理，系統根據預約/付費情況直接限制用戶登陸的時間和地點，使用戶只能從特定的計算機終端或是讀卡器上通過驗證，從而控制和使用相應的設備。對于多次爽約的用戶，模塊會根據管理員的具體設置自動將其添加入禁止預約黑名單。此外，用戶使用儀器后，需要在24 h 之內填寫儀器反饋，否則將無法繼續預約。

2.3 儀器設備管理

儀器管理員可以對用戶進行資質審核，開放用戶使用權限，通過計算機終端和電源控制器遠程控制儀器的使用。

(1)儀器設備的管理維護。儀器管理員能夠通過管理界面方便地添加儀器設備的各項資料、使用情況以及所需的資質審核流程等信息相關供用戶查詢。用戶使用儀器時，儀器管理員遠程監控;當網絡出現故障時，為用戶代開儀器;儀器發生故障時，用戶可直接在線報告給儀器管理員，及時處理故障;用戶每次使用都會被自動記錄，用戶每次使用完儀器，系統會自動提示用戶輸入使用情況反饋;需要通過培訓才能使用儀器，經過培訓后由管理員開放使用者的使用權限(圖2)。

(2)儀器設備的訪問控制。對于需要用計算機才能操作的儀器設備，直接利用授權模塊限制用戶登錄來達到控制用戶操作設備的目的;對于沒有計算機連接的儀器設備，采用電源控制器來對這些儀器的電源進行控制。兩種方式無需對儀器進行改裝，保證了儀器完整性，不影響儀器的保修與維護。

(3)儀器計費和財務管理。系統支持多個財務中心，可根據需要設置采用全校統一的財務收費機制還是各院系分離的財務收費機制。用戶使用儀器后，計費系統會根據提供有償服務的公共儀器使用實際情況結合預約情況，自動對費用進行結算。

圖2 用戶使用儀器流程圖

2.4 文件共享

文件共享系統使用戶可以直接訪問自己或他人的文件數據。系統中既包括實驗室用戶個人目錄，也包括實驗室內共享目錄與平臺公共共享目錄。

2.5 儀器地理信息監控

系統對多種全球GIS 數據進行整合，再疊加上儀器定位數據，從而允許用戶能夠在網頁瀏覽器上對儀器使用的地理分布及使用狀況進行實時直觀的瀏覽和監控。系統保留了開放式的接口，從而可以進一步將其他溫度濕度監控，用電用水數據采集整合，實現整體數字化科研樓宇監控。

2.6 打印報表和成果統計

系統以原始記錄為依據，對各類大型儀器的運行、維護、服務水平、功能開發等狀況進行評價，可以自動生成“高等學校實驗室綜合信息表”、“貴重儀器設備表”、“實驗室基本情況表”，同時生成統計數據的實時圖表，對不同時段不同項目的統計數據進行比對，可以最大限度的保證儀器設備的完好率和使用率。

3 大型儀器管理系統的“物聯網”擴展應用

3.1 支持CERS 項目，實現校際互通

系統采用多授權后端機制，可同時兼容多個網絡驗證后端。針對校內應用，能夠無縫接入校園一卡通系統的同時，還能提供對臨時用戶或者校外用戶等不具備一卡通身份的用戶的使用驗證。針對校際應用，能完成高校儀器設備和優質資源共享系統(CERS)要求的儀器平臺校際互通方式，直接將其他學校的一卡通系統無縫接入，實現其他學校用戶對我校儀器的共享和使用需求。

3.2 為大型儀器購置提供依據

通過系統對儀器使用情況的多方面數據統計，可以直觀的了解到每臺儀器的使用績效。這些數據為學校大型儀器的建設規劃提供決策依據，更好地利用現有儀器資源，更有效的分配儀器資源。

3.3 大型儀器管理系統總體使用情況

2011 年7 月，我校大型儀器管理系統開發初步完成，在學校分析中心、化工學院、藥學院、環境學院和理學院5 個單位的37 臺大型儀器試用，逐步完善系統。10 月，“天津大學大型儀器管理平臺”正式在全校運行使用。目前，學校共有91 臺大型儀器加入系統并完成網絡連接安裝;系統注冊課題組240 個，注冊成員830人，其中校外注冊用戶53 人，系統整體運行狀況良好。2011 年11 月25 日，華中科技大學、武漢大學、武漢理工大學等19 所高校代表來校調研關于大型儀器設備開放共享管理，受到一致好評。

4 結 語

隨著信息技術的發展，利用信息化手段提升大型儀器管理水平、促進大型儀器開放共享，已成為各高校多年來研究探索的重要課題。應用“物聯網”技術的大型儀器管理系統，實現了大型儀器設備實時信息的共享，提高了儀器設備的管理水平和效率，從而為優化學校資源配置、更好地為學校教學科研服務發揮了積極的作用。

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