智能化自主實驗平臺綜合運行管理系統的探索

孫 群

(四川大學 實驗室及設備管理處, 四川 成都 610065)

隨著信息化、大數據時代的到來,服務于信息化的高新技術為高校信息化建設提供了強有力的支撐,同時,也為智能化管理技術應用提供了可行性[1]。在國家“雙一流”“雙創”建設工作的推動下,我校作為全國首批國家級“雙創”示范建設單位,在2016年已正式啟動了大學生“雙創”智能化自主實驗平臺的建設,是我校國家級“雙創”示范基地建設的重點工程之一,并獲得教育部1.15億元的經費投入,同時我校相關學院同步配套1億元資金,實施建設。根據學校領導的指示,一定要以高端化、國際化為目標,按照先進性、專業性、創意性、探索性相結合的建設理念,逐步形成有課程、有能力、有平臺的系統化“雙創”體系。在此基礎上,就智能化實驗室運行綜合管理服務平臺(以下簡稱“管理服務平臺”)的功能構架、模塊、預期實現的功能目標及建設的意義,進行初步的探索和研究。

1 目前高校實驗室存在的共性問題

1.1 學生自主性、創新性學習的氛圍和條件不夠

目前大多數高校實行學生網上選課,但實驗項目的選擇是按照課程規定的項目去做,學生沒有自主性學習的氛圍和條件,不能根據自己的想法設計實驗、發揮其想象力、自主選擇實驗項目,學生的創新思維在一定的程度上受到了限制,不利于培養學生的創新意識和創新能力[2-3]。

1.2 實驗教學資源共享化程度不高

當前實驗室購置儀器設備時,很少從學校層面進行頂層設計、統籌考慮和資源共享,存在各自為政、重復購置的現象。學生進行綜合性、設計型、創新型實驗所需的儀器設備,其新功能開發以及原有功能的深度開發還不到位,存在一些實驗儀器設備較長時間的閑置,未能真正實現實驗資源開放共享的目的,造成實驗資源浪費[4-5]。

1.3 實驗室管理信息化程度不高

一些實驗室的管理模式依然靠人工完成信息數據采集、報送,存在人為影響因素較多、隨意性較強。實驗設備和低耗品統計工作量大、實驗室檔案資料管理相對落后,基于以上高校實驗室普遍存在問題,盡快提升實驗室管理理念和管理水平,實現實驗室管理智能化是非常重要的一項工作[6-9]。

2 管理服務平臺應用目標

以智能化技術為手段,通過我校實驗室管理的規范化、統一化,不斷優化實驗室教學、管理流程和效能,提高實驗室的使用效率、教學質量及服務管理水平,為實驗室評估、“雙創”建設及實驗教學質量等管理和科學決策提供數據支持,并為實驗室對外開放提供有力支撐和保障,實現教學個性化、實驗開放化、管理統一化、服務智能化、決策科學化的建設目標。具體包括:

(1) 實現打破學校部門之間、部門內部的實驗教學相關的信息壁壘、聯通信息孤島,實現全校范圍內實驗教學相關業務的統一管理、信息共享和整體提升業務運行效率；

(2) 實現對全校各學科“雙創”實驗中心(包含將來申請審批的)的智能實驗室的統一管理,同時實現對全校所有普通實驗室的統一管理；

(3) 實現全校各學科“雙創”實驗平臺的全天候、全社會開放,并提供智能化的實驗教學空間服務；

(4) 實現全校各學科“雙創”實驗平臺的創新創業資源與社會創新創業的對接與共享,并提供學生創客空間服務；

(5) 形成全國首創的可復制,并實踐檢驗的大學生“雙創”智能化自主實驗平臺的運行管理機制。

3 管理服務平臺應用架構

3.1 平臺應用總體架構

管理服務平臺應具有智能化、集成化、數據價值化等特點,以服務為平臺價值核心,對不同類型的實驗室進行安全、有效、智能、方便的管理。

圖1 管理服務平臺應用總體架構

3.2 集成化

經過多年的建設,我校已經建成了一批實驗室管理信息化系統,如實驗室與設備綜合管理平臺、實驗室安全與環保管理系統、大型設備共享-VEMC等,并在一定程度上實現了與學校教務、人事系統的對接。但是,由于建設先后不一、技術架構不統一、業務流程未打通、實驗室地點分散等原因,當前的實驗室管理存在諸多信息孤島,亟待進行數據融合及流程梳理、整合,以提升實驗室管理效率。

本項目以數據總線技術為基礎,以云計算平臺架構為支撐,以大數據技術及架構為核心,將實驗室的人、財、物信息進行整合；將教師、學生的實驗課程、項目、學時、學分、工作量及其他實驗相關信息整合；將大型儀器采購、建賬、管理、報廢的全生命周期管理通道打通；實現實驗資產、實驗運行的“一個數據中心”。具體體現在:

(1) 打破業務系統邊界,實現數據的穿透查詢統計,實現學院、實驗室、實驗儀器設備、教師、學生等對象的信息全面整合及多維度分析。

(2) 通過系統集成和數據融合優化現有的業務工作流程,建立規范的實驗室數據資源融合及共享標準規范,統一對外發布和提供服務。

(3) 通過信息規劃技術和手段,對系統中的所有對象進行抽象和模型化處理,統一以數據的形式進行規劃和管理,實現數據和業務的深度融合。

(4) 通過深度的集成,使所有系統、數據及業務實現真正意義上的統一,不再有信息孤島和業務孤立點,實現網狀管理和數據流閉環。

3.3 智能化

我校實驗室管理的信息采集手段比較單一,信息獲取的動態化程度不高,實驗教學未能實現教師與學生的遠程互動,沒有充分發揮新技術的優勢,實驗室安全保障的覆蓋還不夠廣、管理手段的創新不足,實驗室綜合管理的應用深度不夠,特別是一些數據統計和上報的工作,還需要人工進行比對審核,給實驗室管理人員帶來了很大的工作量。隨著網絡技術、智能感知技術、生物識別技術、三維仿真技術等的發展,實驗室的智能化建設還有很大的提升空間。

該平臺運用視頻、紅外、劑量、人臉識別等多種傳感器,配合門禁、自動通斷電等設施,實現實驗室智能安防；運用移動互聯網技術、三維仿真技術等,提高實驗教學的便捷性,創新實驗教學手段；完成對已有系統的集成和功能升級,實現實驗室綜合管理的智能。

3.4 大數據應用

從我校實驗室建設的整體情況來看,實驗室類型眾多,承載學科眾多,實驗需求多樣,實驗參與者廣泛,在此之上將產生大量、高速、多樣的數據,需要進行有效的采集和管理,以及更科學的洞察。

管理服務平臺利用大數據、云計算技術,搭建起實驗室管理資源池,將基礎設施、數據、模型、軟件、服務等提供給學生和教師。在此基礎上,進行實驗數據評估和數據挖掘,為教師、管理人員提供決策支持。此外,基于地理信息系統、三維仿真系統、多種圖表引擎等實現數據的可視化。

3.5 面向校內外服務

現代化的高校實驗室不僅僅是滿足于學校內部的教學需要,還應當作為一種優質資源面向社會開放,同時為大學生創新、創業提供條件保障。在校大學生往往存在有創意、有技術,但是缺資金、缺支撐平臺的情況。傳統的實驗室管理、實驗資源服務方式由于信息發布面窄、管理手段缺失、操作流程繁瑣、推廣機制滯后等原因,難以有效地吸引和促進大學生的創新創業活動。

管理服務平臺以服務為核心理念,在方便靈活的實驗平臺上提供 “雙創”環境。讓創新創業的試錯成本低、進入門檻低,效果體現快,學生參與率高,讓教師可快速、便捷地響應學生需求,提高“雙創”資源的利用率,促進學校的便捷管理。

4 管理服務平臺功能

4.1 實驗教學智能化管理

(1) 實驗教學管理:本模塊功能包括實驗教學課程與項目管理、教學排課、工作量統計等。技術要求為:與教務系統進行對接,實現相關教學信息的導入；教師可按課程、項目、實驗設備等進行排課,針對實驗人數多而實驗工位及資源不足的情況,系統具有提供分批與分次的排課功能；此外教師可為課程/項目設置教學內容、確定儀器設備、登記耗材等,上傳預習資料及學習資料,提交學院實驗室管理員審核以及自動統計相關人員的實驗教學工作量。

(2) 實驗資源開放設置:實驗管理員、實驗指導教師可以在本平臺上設置實驗室資源、儀器設備開放時間段、排課預約信息、教學課件、教學成果、規章制度、儀器設備使用收費標準、實驗報告模板等,并實時進行發布。

(3) 可視化環境下實現實驗及實驗設備預約:學生在可視化背景下,實現在網上進行實驗項目及所需設備的預約,填寫實驗目的、內容、操作流程、預約教室、時間、使用時長等,選擇所需儀器設備、化學品、耗材等,提交指導教師進行審核。

(4) 實驗預約審核:教師和實驗室管理員對申請與科研、創新、創業相關的實驗項目進行審核,為實驗人員提出指導意見,安排安全準入考核、學科及操作準入考核。若實驗預約被駁回,系統發送駁回原因,并通過短信通知該用戶。

(5) 實驗準入管理: 建立實驗室安全準入制度,根據不同學科不同專業的特點,建立各學科、各專業的實驗室安全課程體系,提高學生的安全意識,幫助學生掌握安全技能、明確安全責任,在校園營造安全文化的氛圍,從根本上杜絕或減少安全隱患,最大限度地保障師生的人身安全和國有資產安全[10-11],建立一個安全、文明的綠色校園。

(6) 實驗遠程指導: 教師和管理員能夠通過手機、電腦等對基礎學科實驗、創新實驗、創業實驗等的進程進行實時監控和管理,與學生實現在線互動 。

4.2 實驗室綜合信息全方位管理

實現在對已有的系統進行集成和數據融合的基礎上升級完善,保障全校實驗教學的流程化管理、實驗室及儀器設備開放的過程化管理,對實驗室實現全業務、全空間的智能化管理。

(1) 實驗室基本信息管理:包括實驗室(中心)建制管理、用房管理；儀器設備信息管理,儀器設備的購置申請、審批、采購、合同及驗收等；建賬功能能夠實現儀器設備信息的登記、狀態改變、維修、報失、調劑等；通過接入智能型PDU插座實現對實驗儀器設備信息的遠程管理；還包括實驗室承擔的實驗課程和項目、實驗人員信息、崗位日志、培訓情況及科研成果、實驗室成果管理(如成果鑒定、論文/論著、獲獎、專利等),并實現靈活的查詢、統計及分析等。

(2) 實驗室數據上報管理和信息發布:包括實驗室所需的日常管理數據報表及上報學校的數據報表。滿足校院不同層次的信息統計查詢、統計報表、各類圖表及數據導出等以及需要實現各類數據的上報功能。對實驗室新聞發布、實驗室工作動態、實驗室公告與通知等信息實施動態發布。

(3) 對實驗室環境、人員進行智能化監控:在實驗室安裝門禁、一卡通以及人臉識別、攝像頭結合的方式, 對進入實驗室的人員進行人臉識別,防止冒用他人一卡通進入實驗室進行違規活動；實驗室進出人員流量監測,實時監控進出實驗室的人數,并形成匯總、統計數據；在實驗室進行無死角視頻監控,將攝像頭與實驗操作臺關聯,當查找某一操作臺的監控畫面時,能夠自動為用戶提供一個或數個監控攝像畫面；對實驗室進行煙霧探測、溫濕度監測、危險氣體監測、空調防漏水監測等,發生警情時自動報警,可以發送短信到管理員和教師的手機,能夠根據系統預設的應急規則進行自動斷電、關門等處置。

4.3 智能化創新創業服務

實驗室全方位開放,為大學生智能化創新、創業提供智能化服務。

(1) 創新創業指導隊伍管理:為加速科技成果轉化,構建大學生創業支持體系,智能化管理系統應能將企業、社會機構等優秀人才資源納入創業指導老師的范疇并具有推薦和實時更新功能,讓大學生能直接對接行業、產業的需求。

(2) 創新、創業項目管理:可在系統中進行創新、創業項目申報,系統記錄申報人、申報時間、相關負責人等信息,同時系統可對項目進行自動管理,關鍵節點的提醒等。

5 管理服務平臺實現的意義

管理服務平臺實現了建設理念和技術手段創新,以“先進性”“專業性”“創意性”和雙一流為建設理念,以物聯網、互聯網+、智能傳感與控制、生物識別、大數據分析與挖掘、三維可視化仿真等國際一流、國內領先的信息技術為手段,具有完備數字化學習條件和虛擬實驗環境,融合了創新教育理念、先進科學技術、心理學、傳播學、人體工學以及空間構建理論,注重高度的交互性、開放性、啟發型和自然、靈活、安全、高效的人性化設計,建成以學生為主體,激發開放式、啟發式學習興趣,高度互動、虛實結合、過程可視的全天候智能化自主實驗平臺綜合運行管理系統,使之成為我校大學生創新創業教育實踐平臺,為學生創新創業提供堅實的實驗條件保障。對于實驗管理人員,包括實驗教師和實驗技術人員提出了更高的要求,必須要不斷加強學習提升個人素質和業務能力,以適應新時代的要求,進一步推動實驗管理人員隊伍建設和發展。

6 結語

創新是一個民族進步的靈魂,是國家興旺發達的不竭動力。智能化實驗自主平臺的建立運行,是實驗教學和實驗室管理手段的變革和創新。對于提高實驗教學質量和實驗室管理水平,以培養大學生實踐創新能力為目標,構建并依托智能化實驗平臺,造就適應經濟社會發展和國家戰略需求的本科創新人才[12-13],具有深遠的現實意義和社會意義。

致謝：四川大智勝軟件股份有限公司提供的幫助與支持。

參考文獻(References)

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