大型儀器一站式管理與共享

文/李志華 陳曉寧 郭玉嬌 王慧鋒

大型儀器一站式管理與共享

文/李志華 陳曉寧 郭玉嬌 王慧鋒

大型儀器從采購、招標、開箱、上線運行，到儀器資料填報、預約、運行數據填報，全部通過一站式的大型儀器共享管理平臺來完成。通過使用機時數、測試樣品數量，從量的角度，衡量設備的使用效率，這從一個側面起到了評價設備使用率的效果。

自20世紀末以來，國家開始實施“211工程”、“985工程”，對高校的投入迅速增加，使得高校儀器設備，尤其是大型儀器設備進入了一個前所未有的快速增長時期。2005年，經國家發改委、財政部、教育部批準，“211工程”二期開展高等學校儀器設備和優質資源共享系統（CERS）專項建設，在全國高校層面上系統整合大型儀器設備資源，探索共享機制，促進高校間的儀器設備共享，并積極為全社會服務。該項目依托中國教育科研網，運用現代信息技術、網絡技術手段，通過管理和機制創新，建立分層次的高等學校儀器設備和優質資源共享系統，形成互為適應的教育資源管理和應用服務新機制。該項目強化組織和協調配置，充分利用高等學校優質教育資源，提高優質教育資源使用效益。建成的資源共享系統布局合理、定位準確、功能齊全、開放高效、體系和機制健全。通過CERS建設，在高等學校儀器設備和優質資源建設的整合、共享運行、管理機制、共享服務能力等方面取得了突破性進展。2010年，CERS項目進一步深入推進，實施了大型儀器開放服務示范機組建設；大型儀器遠程網絡實驗室建設；國家級實驗教學示范中心共享資源建設；儀器平臺校際互通建設；共享系統應用服務軟件平臺建設及總集成項目；標準譜圖和物性數據共享資源建設；生物標本和礦物巖石標本共享資源建設等項目。全國“211工程”高校廣泛參與，形成了超過2000臺/套大型科學儀器設備、500余家國家級實驗教學示范中心，近4000門國家精品課程的優質資源規模，為教學、科研提供良好的支撐。在此背景下，華東理工大學結合自身的實際情況，吸取其他高校的建設經驗，獨立自主地建設了大型儀器資源共享平臺。

大型儀器資源亟須管理與共享

三個亟待解決的問題

據統計，截至2012年，我校單價超過20萬元的大型儀器設備約400臺/件，總價值近2億元。由于缺乏統一的信息管理平臺，雖然多年來學校積極推進大型儀器設備的共享開放，但一直成效甚微。

主要存在如下三個亟待解決的問題：

1. 監管方法單一。管理部門從采購到運行無法做出一體化的監管。由于缺乏統一的信息管理平臺，采購和運行過程兩者相互獨立進行。實際上，運行的歷史數據應該作為采購設備的重要參考數據，從源頭上遏制不合理的采購。

2. 大型儀器設備利用率低。設備采購部門一般是實驗室，往往在本學院大面積使用，但是其他學院卻不能共享該設備，造成設備閑置，利用率低。

3. 未能有效實現資源共享。由于缺乏統一的資源共享平臺和便捷的預約使用方式，教師、學生用戶無法通過一站式服務找到自己需要的大型儀器設備，造成較大的資源浪費。

為了切實做好教學與設備資源共享的工作，提高大型儀器的使用率和共享率，規范儀器預約使用的流程，方便各項儀器使用數據的統計，也為了使儀器的預約、使用更加公平和透明化，亟須建立一套大型儀器設備共享的管理平臺。

管理需求

傳統的儀器設備管理主要是以人工抄寫記錄存檔的運行模式，它存在著操作速度慢、散亂、易出錯、重復工作多等一系列不足，已不能適應信息時代高效、便捷的工作要求。由于散亂、復雜，很可能出現文案丟失的情況，而且查找也不方便，給管理工作帶來了諸多不便，增加了管理成本，降低了工作效率。一套完善的設備管理信息系統能夠將設備信息數字化，方便隨時更新設備信息及狀態，便于查找，對人員的依賴性大大降低。數據的正確性、規范性也得到了極大的提高。

大型儀器共享管理平臺要能夠實現設備信息的電子化，將管理制度及流程信息化能夠完成從儀器設備申請采購、審批、開箱、驗收、使用、報廢的整個生命周期的流程，使儀器使用數據統計變得簡單易行，確保儀器使用情況更加公開、透明。讓大型儀器共享管理平臺達到充分發揮各類大型儀器設備在學校教學、科學研究及社會服務中的作用。

資源共享需求

長期以來，校內大型儀器采購和使用都是各個學院、系所、實驗室獨立申請采購及使用。為了一個科研項目就需要單獨采購多臺大型儀器設備，項目結束后設備大多閑置，這樣極易造成儀器重復采購，以及使用率低下。從優化資源配置及教學與設備資源共享的角度考慮，需要將校內已有的大型儀器設備統籌管理起來，開放所有儀器的預約使用。現有儀器設備情況及其使用情況也可用于指導后期儀器的采購，保證采購最需要的儀器，避免重復采購，提高資金的有效利用率。

大型儀器共享管理平臺需要能夠將全校范圍內的已有大型設備儀器納入到管理體系中，建立統一的建檔、管理、使用模式，保證數據的統一化及規范化，能夠從現有的各項統計數據中分析儀器設備的使用率。

共享管理平臺囊括七個功能

大型儀器共享管理平臺須囊括從儀器采購到使用的整個流程，實現大型儀器設備采購和使用的一體化管理。在全校范圍實現儀器設備共享，提高儀器使用率，采用網上預約儀器的模式，使儀器的使用情況更加公開、公平。結合實際情況，我校建立了一套完善的大型儀器設備資源管理和預約平臺，完成資源整合及共享，實現預期的管理規范化及透明化。

從管理和資源共享的角度來分析，大型儀器共享管理平臺包括七個主要功能模塊。

儀器申購

教師網上填報申請購買信息，經過專家認證，學院、安全部門、經費管理部門、裝備處、學校等一系列審批后，完成儀器購買申請、采購、最終開箱、歸檔等整個采購流程。“儀器申購”涉及到多個不同的權限模塊，主要分為管理和用戶的權限，同時有歷史數據做決策支撐：本學院乃至本校是否已采購過同類型的儀器，其采購的數量和使用情況。

儀器管理

在儀器的采購、交付運行至報廢的整個生命周期中可以隨時修改儀器的狀態、參數及配置信息等基本參數，添加對應的機組負責人、機組管理員，監控儀器運行、使用情況。

儀器盤點

隨時對已有儀器進行盤點清理。通過各種組合條件，查詢儀器，查看儀器的所有檔案，包括采購、運行、填報、負責人等各類業務過程中產生的數據。

儀器預約

將儀器預約使用流程規范化、信息化。根據儀器及測試的限制條件、動態配置每日可送樣品數量，并可動態調整開放預約的日期等。采用限時段預約模式，保證預約的公平性。完成預約、受理、測試、收費等多個環節的流程化服務，并記錄儀器的各項使用數據，包括測試樣品個數、使用機時、收費金額等運行信息。增加黑名單管理機制，將惡意預約用戶加入黑名單，以限制其后期的預約權限，進一步提高預約的公平性，保證儀器的有效使用率。開放程度管理可以根據不同的管理需求，指定可以預約使用儀器的人員范圍。

數據申報

管理員預先設置本年度申報的儀器，通過管理員填報、學院審核、裝備處審核三級流程，實現SJ3表數據填報，直接導出上傳至教育部指定平臺。

數據分析

這個模塊可以統計歷年儀器設備購買情況，包括購買單位、購買金額、數量等情況；可以統計已有大型儀器設備的開放預約情況；可以統計開放預約儀器的預約情況、測樣數量、測樣機時等信息；可以統計大型儀器設備的使用頻率等。

系統管理

該模塊包括菜單管理、角色管理、權限管理、用戶管理、系統參數配置。在菜單管理中，要能動態配置系統多級菜單信息，能隨時調整配置菜單信息。在角色管理中，能根據工作需要添加刪除或修改角色信息。在權限管理中，能為不同角色分配不同的操作權限，進而保證系統的靈活性及安全性。在用戶管理中，可以為用戶指定所屬角色，以便于享受該角色的權限配置。對系統參數進行配置，以保證整個系統的平穩運行。

關鍵技術

Hibernate

Hibernate是一個開放源代碼的對象關系映射框架，它對JDBC進行非常輕量級的對象封裝，使得Java程序員可以使用對象編程思維來操縱數據庫。Hibernate可以應用在任何使用JDBC的場合，既可以在Java的客戶端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web應用中使用。最重要的是，Hibernate可以在應用EJB的J2EE架構中取代CMP，完成數據持久化的任務。

JSR168標準

JSR168（Java Specification Request，JSR）是Java 規范要求。它為創建Portlet建立標準的API。很多重量級的Portal開發商和開源項目組參與了Java標準化組織（Java Community Process）創建JSR168標準的過程，并且很多Portal產品開始支持JSR 168。開發符合JSR168規范的Portlet，將可以順利移植到符合該規范的不同Portal平臺上。

圖3 大型儀器資源共享平臺流程

圖4 大型儀器申購

平臺的關鍵技術與實現

大型儀器資源共享平臺在設計、開發時嚴格遵循相關國標及校內統一標準，能與數字化校園項目主體平滑對接。采用通行的B/S架構，使用戶能在任何有因特網的地方訪問到平臺。平臺與因特網連接的部分以硬件防火墻進行過濾，保證了系統整體的安全性。平臺納入學校的統一身份認證體系，采用LDAP輕量級目錄訪問協議進行認證，能支持較大的并發訪問請求，具有較高的安全性，確保數據的安全。真正做到用戶以一個校園網賬號就能訪問到其有權訪問的資源，極大方便了資源的共享。平臺的每一層服務器均采用雙機架構，當其中任意一臺機器出現問題時將不影響系統的正常使用，杜絕了系統的單點故障，提高了平臺運行的穩定性。同時在負載均衡設備的控制下，系統的負載能平均分配到每臺服務器上，防止因某臺機器負載過重而導致故障。大型儀器資源共享平臺的總體架構如圖1所示。

由于系統遵循JSR168與WSRP標準，系統能輕松地與信息門戶集成，并通過ODI數據抽取工具與共享數據庫進行數據共享交換，成為共享數據庫的重要組成部分。

平臺內部主要采用了目前主流的J2EE框架，分為應用表現層、業務邏輯層與數據模型層。用Hibernate技術對數據庫進行持久化，能方便地轉換為其他數據庫，增加了平臺遷移的靈活性。采用Web Service進行消息傳遞，能實現跨平臺的消息傳遞。

平臺用Java語言開發實現，具有跨平臺的特性。數據庫采用微軟的SQL Server 2005，中間件為Tomcat 5.5，服務器端的操作系統為Microsoft Windows Server 2008。平臺的功能模塊如圖2所示。

平臺實現了從儀器的申購、審批、預約使用到統計反饋的全過程。最后可根據儀器的預約使用情況來引導儀器的申購。對于預約情況良好并且供不應求的儀器，在下次申購同類儀器時可鼓勵申購并在審批時給予引導。對于開通后基本無人使用的儀器，在審批同類儀器申購時可不予通過。通過查詢儀器的使用情況，可以非常方便地了解儀器的使用頻率與儀器的使用范圍，避免儀器的重復申購，最大程度地實現資源的共享，使儀器的使用更加便捷、透明與高效。整個大型儀器的共享流程如圖3所示。

圖5 大型儀器申購情況（單位：臺/套）

系統運行效果的數據分析

大型儀器共享管理平臺建設上線運行后，管理員與用戶通過統一的入口，登錄系統后，根據各人的權限不同顯示不同的功能菜單，完成管理、申購、預約使用儀器等日常工作。圖4是申購管理員申購儀器的系統頁面。

教師、學生用戶登錄大型儀器共享平臺后，可實現查詢、預約共享資源的功能。

從2008年底使用至今，通過大型儀器共享資源平臺共申購了420臺/套各類大型儀器，其中2009年104臺/套，2010年176臺/套，2011年至今140臺/套。平臺使用情況良好。儀器申購情況如圖5所示。

儀器預約使用情況以分析測試中心2011年儀器預約使用情況為例，一共29臺/套大型儀器設備，每臺儀器的樣品預約數據統計如圖6所示。圖中所展現的樣品個數為網上預約成功，并測試完成的樣品數總計。

從整個學校儀器使用情況來看，儀器使用率呈現逐年提高的良好預期趨勢，統計數據如圖7所示。

圖6 分析測試中心大型儀器設備預約使用情況

圖7 全校儀器平均使用率

如何改進

大型儀器資源共享體系建設是一項長期而復雜的工程，如何進一步完善儀器資源共享開放平臺建設，提高設備的使用效率，更好地為教學、科研服務，這需要我們在實踐中不斷完善儀器運行維護機制，建立科學、合理、統一的效益評價機制，提高服務質量，擴大宣傳，使有限的資源效益得到充分的發揮，為我校人才培養、科研創新提供有力的保障。

1. 進一步提高教師、學生的用戶體驗度。目前，大型儀器從采購、招標、開箱、上線運行，到儀器資料填報、預約、運行數據填報，全部通過一站式的大型儀器共享管理平臺來完成，但是付費環節還沒有納入整個平臺。通過在線支付平臺集成廣大師生隨身攜帶的一卡通，或者利用財務處經費卡實現直接繳費，既簡化付費流程，同時便于資金的監控和管理。

2. 進一步完善設備使用評價體系。目前，大型儀器共享管理平臺通過簡單的使用機時數、測試樣品數量，從量的角度簡單衡量設備的使用效率，這從一個側面確實起到了評價設備使用率的效果。但是，如何從更為科學、全面的角度來評價一臺儀器的使用價值，是下一階段工作的重點。利用數據挖掘技術，不僅要從量上，更要從質上考評儀器的使用效率和效果。例如通過跟蹤使用儀器的實驗項目的獲獎情況，統計使用儀器的學生數；從科研和教學的不同角度來衡量設備使用效率和效果。通過先進的信息化技術實現完善的設備使用評價體系，進一步提高儀器的資源共享率，最終更好地服務于教學和科研。