化學實驗室管理系統的設計與實現

■董敏華

化學實驗室管理系統的設計與實現

■董敏華

隨著信息化滲透到教育的方方面面，原有的實驗室管理及預約方式已不能適應社會發展的要求。構建現代化學實驗室管理系統，可為實驗教學管理、實驗室管理、儀器設備管理與采購、統計數據、制作報表、實驗室評估等相關事務提供網絡化操作，從而提升實驗教學的管理水平。

化學實驗室管理系統網絡化操作SSH框架MVC架構自動化管理

一、課題背景

最近幾年，我國在逐步擴大對實驗室建設的范圍和規模。然而，我國的實驗室建設還存在著許多問題和困難，例如，受我國發展條件的制約，許多實驗室并沒有一個規范的管理制度，因此出現了實驗室發展參差不齊的現狀，大部分實驗室還處于人工管理的階段。在物聯網迅速發展的今天，我們期待有能夠自動管理的實驗室，甚至可利用遠程操控對實驗室進行管理。

考慮到我校實驗室發展的現狀，在實驗室建設中，我校也針對自身發展情況提出了一些實際措施，力圖在實驗室的信息化方面進行一定改進。

目前，國內外有很多互聯網公司提供了一些專業的實驗室管理軟件供學校選擇。如LIMS系統，較為完整地將實驗室設備進行管理，但費用相對較高，加之我校實驗室硬件設備不完善，有些軟件功能無法完全實現，造成浪費。

綜上所述，我校化學實驗室信息化建設迫在眉睫，但直接照搬其他學校的成功案例或是采購國外先進實驗室管理體系無法完全切合我校實驗室建設的實際。因此需要我校自行開發出一套完整的實驗室管理體系，減少我校實驗室管理人員，同時減低因人為原因產生的實驗室事故，提升管理的水平和質量。

二、課題內容

學校實驗室管理的基本內容包括設備和環境管理、實驗室人員監控、儀器的使用。其中實驗室管理的關鍵是儀器的管理，特別是電子實驗室。由于儀器數量有限，以及為確保儀器的安全使用，實驗室并不能100%對學生開放。為解決上述問題，一些學校常見的處理方式就是建立幾個開放實驗室，這樣不僅滿足了學生實驗的需求，也能保證儀器的安全。不過這種實驗室規模較小，無法滿足整個學校學生的實驗要求，也增加了這幾個開放實驗室的工作壓力，因此需要針對上述問題尋找到一個更加有效的解決辦法。

本文設計實現的實驗室信息管理系統是一個集合了信息采集與數據存儲等多功能的新型管理模式，它主要分為軟件設計與硬件采集兩部分，其目標是完成整個實驗室的信息采集，包括各個學生信息、管理員信息，同時包括試劑信息、儀器信息等。這里需要將信息與每一件試劑、儀器一一對應，以保證最精確的管理，按照實驗室的要求而定制的數據庫管理應用系統是LIMS的核心。該系統還可以管理實驗室藥品和儀器等相關信息。

三、系統設計

1.功能結構設計。

系統開發的總體任務是實現化學實驗室藥品儀器管理過程的規范化、系統化。系統功能主要包括系統登錄模塊、用戶管理模塊、實驗室使用管理模塊、化學試劑管理模塊、儀器和設備管理模塊。如圖1所示的系統功能結構圖。

圖1　系統功能結構圖

2.技術架構簡介。

本系統采用SSH框架對總體結構進行設計，Hibernate側重于數據端，Spring側重連接，而Struts便于與客戶端進行聯系。這三者有機地結合在一起就可以形成一個完整的網站體系。同時結構體系的出現，讓系統的可維護性大大增加。持久層、業務層、表示層的關系如圖2所示：

圖2　SSH框架總體結構

3.數據庫設計。

本系統部分數據庫表如下所示：（1）用戶表（用戶名、密碼、學號、學部、班級）；（2）實驗信息表（實驗教師、實驗類別、實驗時間、實驗人數、實驗室位置）；（3）設備儀器表（編號、類別、器材名稱、型號、入庫日期、入庫數量、庫存數量、單價、存放位置）；（4）化學藥品借用表（課題名稱、課題目標、借用試劑名稱、借用數量、預計耗損量、歸還量、借用老師、借用試劑、歸還時間）。

四、系統實現

1.登錄界面介紹。

用戶管理模塊包括用戶信息的添加、修改、刪除、更正和查詢。對于用戶的登錄界面，當用戶需要登錄時，首先要找到登錄框的位置，將用戶信息填進去，這時用戶信息就被放置在一個FormBean容器中，當Java程序調用函數對用戶信息與數據庫已有信息進行判別時，會將容器中的值與數據庫中的對應值進行逐一比較。用戶注冊則是調用UserForm類中的add（）算法來實現，當管理員需要增加一個新成員時，可以通過add（）算法將新的字段寫入到表中，實現數據的更改，如果想要刪除信息則采用delete（）算法來實現，同樣，上述修改、查詢也有其各自對應的操作。

2.權限管理模塊的實現。

按照實驗室管理的正常要求，需要對不同的人員安排不同的任務，如管理員需要對整個網站進行維護、管理，而教師要對實驗進行發布、預約等，學生的權限只限對信息進行查詢。為完成不同權限下的操作，系統選用兩個Java程序進行處理，分別是Constant.java和GrantAction. java。因為實驗室內部人員的任務固定，所以采用將權限與人員身份進行綁定，即個人無法進行權限以外的任何操作，這樣可以降低操作的復雜程度。如果沒有管理權限，則無法進行操作。

3.歷史信息查詢。

通過查詢數據庫歷史信息，教師和管理員可以隨時掌握藥品的使用情況，可利用報表進行信息發布等。同時對網站的瀏覽人數進行統計分析，得出每日訪問量，便于日后對網站進行優化升級。

五、系統測試與結果分析

通過系統性能測試和功能測試（黑盒測試），該系統符合開發要求，各個功能模塊運作正常，系統性能穩定，能夠達到設計目標。筆者設計的基于SSH框架的化學實驗室管理系統能夠充分利用互聯網資源，發揮信息資源和網絡技術的優勢，使得實驗室藥品儀器的管理趨于自動化和規范化。

六、總結

1.結論。

本文以學校化學實驗室管理軟件開發為背景，根據我校實驗室現有狀況進行分析，通過對比國內外一些已經推廣使用化學實驗室管理系統的學校，找出我校實驗室建設的實際問題，通過完善實驗室系統總體設計，實現了對化學實驗室管理系統的初步構架。筆者通過建立化學實驗室管理系統，完成了以下幾個目標：

（1）實用性強。本系統包括了我校實驗室管理的常用方式，包括了實驗室設備登記管理、人員登記管理等，同時增加了網上發布信息的功能。

（2）使用簡單。采用SSH框架搭建的網站，結構簡單、操作方便，同時后期維護的工作量小，適合實驗室長期使用，該網站界面簡潔易懂，便于學生瀏覽，教師操作。

（3）安全性比較強。通過對權限的設置，實現了只有校內用戶才可以登錄操作，保證了實驗室信息的安全，方便管理。

（4）便于數據共享。有利于網絡共享，通用性強。

（5）系統各個模塊的運行較為正常。

2.展望。

一個優秀的實驗室管理系統，僅僅完成上述功能是遠遠不夠的，而且實驗室管理理論的逐步提升也促進了網站的優化升級，因此還有許多需要改進的地方：

（1）網站與設備儀器之間沒有進行實時跟蹤，還是采用登記的方式，仍然不夠便捷。今后可以采用在儀器上增加定位來實現對貴重儀器的實時跟蹤管理。

（2）該系統設計的數據結構也較為簡單。可以在日后增加校外用戶管理模塊，增加數據結構。

（3）改進和完善查詢、統計和報表功能。一邊實踐一邊調整，改進部分模塊功能。

（作者為江蘇省蘇州市景范中學教師）