新工科背景下高校實驗室設備智能化管理研究

杜飛龍，黃海松，唐世灝

（貴州大學現代制造技術教育部重點實驗室，貴州貴陽 550025）

0 引言

隨著新型技術的不斷涌現和經濟水平的逐步提升，我國高校建設格局發生了較大變化。高校作為科學研究、人才培養和實驗教學的重要基地，在教育改革中起到重要作用，高校實驗室的建設也成為其中不可或缺的環節。

新興工科發展作為高校教育改革的新思路和新戰略，旨在更新教育理念，探索以協同創新、交叉融合、多樣共享的方式培養具有創新精神、綜合發展能力的新型人才[1-2]。在新工科發展的背景下，高校實驗室建設逐步趨于智能化、協同化、集約化，而全生命周期管理、數據共享、客戶化定制、開放實驗等已然成為高校實驗室建設的焦點。要實現實驗室高效、有序、良性發展，必須對實驗室設備進行科學優質管理，這也為現今高校的實驗室管理者提出了新的任務——應用新技術進行設備智能化管理，提高管理效率，最大化資源利用率和共享率[3]，以便更好地服務師生。

1 高校實驗室設備管理中存在的問題

目前，在大數據和物聯網技術的推動下，各類實驗室設備的管理工作得到了不同程度的發展，尤其表現在設備的出入庫、檢修以及信息更新方面[4-5]。然而此類發展大多集中在企業，由于高校設備面向主體大部分為師生，存在其特殊性，高校方面能夠有效、全面地做到設備智能化管理的尚不多見[6]。高校實驗室設備在管理過程中存在的問題主要有：

1.1 設備預約使用不合理、隨意性強

很多高校實驗室設備的預約過程要么存在多重限制，要么太過松懈，不能起到實質性監督[7-8]。具體表現在：不能對設備進行明確分類，就不同種類的設備進行不同的預約要求；設備的預約模塊太過陳舊，沒有引入新技術以滿足各類使用需求；就昂貴設備的預約不到位，存在安全隱患；設備使用前的實驗指導不足，常因為細小的錯誤操作造成精密儀器的損害。

1.2 設備管理共享不科學、實時性差

實驗室設備（尤其是優質大型設備）存在閑置過多、使用率不高等問題[9-10]，其中主要原因便是共享不成功。目前設備大多歸屬學院一級，而交叉學科之間的設備可以共用，但學校一級沒有做好協調工作，設備重復購置造成了很大浪費[11]。高校各學院之間，甚至是同一個學院，在各類設備管理時，往往出現識別編碼方式不同而影響實時共享[12]。采用精確性差、效率低下的形式（如手寫、條形碼）進行登記存檔，不能實時更新信息[13]。

1.3 實驗室建設隊伍質量差、需求性低

近年來，高校實驗設備的數量不斷增長，對實驗室管理人員的素質要求也隨之提升。在實驗室隊伍建設方面，主要的問題有[14-15]：專業技術人員素質不高，不能根據設備種類優化配置隊伍；缺乏相應的激勵體制，不能充分調動員工積極性；與國內外知名高校的溝通渠道較少，不利于取長補短等。

2 實驗室設備智能化管理的思路與框架

結合現今高校實驗室設備管理過程中存在的諸多問題，根據學校人才培養的目標，擬從預約使用、共享管理、隊伍建設等3個方面進行研究。

在設備管理過程中，若要實現智能化，必備途徑是預約環節，主要包括預約功能、審核制度等；有效手段是共享管理，實時監控、共享服務以及部門協調等環節是共享管理的重要組成部分；良好的隊伍建設是實驗設備智能管理的基本保障，只有提高實驗人員的素質，建立合理的激勵體制，才能充分發揮實驗隊伍的重要作用（圖1）。

圖1 實驗室設備智能化管理框架

3 實驗室設備智能化管理的具體措施

3.1 嚴格預約措施，排除安全隱患

實驗設備預約之前，需要對不同設備進行合理分類，并針對分類實施不同的預約形式，一方面便于提高設備的使用效率，另一方面可以實現對精密、貴重設備的合理保護。不同設備預約形式見表1。

表1 不同設備的預約形式

在設備的預約過程中，要考慮不同的使用端，以便對預約系統的使用功能合理化。在實驗室設備預約系統的學生端，語音/人臉識別認證不僅可以提高預約過程的安全性能，而且便于登錄過程中密碼的找回；在查看設備過程中，如果現有設備已處于使用或外借狀態，則可以通過相關設備推薦模塊，滿足教學或科研中的急切需求；設備使用狀態調查模塊中，使用者可以根據使用情況反饋使用中所存在的問題，為設備維修提供參考或預警（圖2）。在教師管理端，查看設備狀態模塊有助于根據設備的“使用中”、“維修中”等狀態進行預約審核；設備使用情況評價模塊便于管理者對使用者的使用過程進行考核評價，并把評定結果作為下次預約中優先使用的參考。

圖2 實驗室設備預約系統功能

不同類型的設備，其預約審核方式也不盡相同。普通設備和專用設備采取一級制審核，即預約者提交網上申請后，只需要實驗人員做出批準即可；由于精密儀器存在價格貴、維修難、要求高等特點，采取二級審核制，即增設實驗室主任審核環節，更加規范化。對通過審核的采取微信、短信、QQ等方式通知對方（圖3）。

圖3 精密設備二級審核制

3.2 加強共享舉措，充分利用設備

設備共享是實現智能化管理的有效手段，同時有助于提高設備的使用率和使用價值。工科實驗室設備共享體系主要是在新工科背景下，采用新型技術手段，實現在移動端、實體端和虛擬端的設備共享服務、實時監控、智能門禁等（圖4）。具體表現：使用者（學生、教師、科研人員、企業專家等）通過大數據、云技術、智能制造、網絡技術等手段，在手機、計算機、平板電腦、實地實驗室、遠程實驗室、虛擬實驗室等設備平臺上進行設備共享。共享服務平臺設置有查詢設備分類標簽、開放平臺單位、儀器預約排行榜、信息發布、在線咨詢等模塊；各部門單位（包括校外單位、校內院系之間、系室內部）通過統一的通信系統和高新技術實現部門間的協調，以提高設備的知悉度和使用率；實時監控平臺包含設備電源控制、使用狀態、外部環境監控和機床報警分析等模塊；智能門禁則是通過門禁控制、異常報警、語音提醒、通信電話等保證設備使用過程的安全性。

圖4 工科實驗室設備共享體系

3.3 提高人員素質，強化隊伍建設

對于實驗隊伍的建設，可以從培訓進修、“引進”精英、網上測試、虛擬實驗和激勵制度等方面加強（圖5）：培訓進修通過網上培訓、學術講壇、專業探討和專家講座等方式實現；“引進”精英是在專業需求的前提下，選聘國內外知名高校的實驗專家，借助網絡途徑進行專項實驗指導，不僅有助于突破專業瓶頸，而且還能克服地域差距帶來的不便；網上測試是利用網絡手段進行知識測試，一方面有助于提高實驗管理人員的專業基礎知識，另一方面可以提高學生對實驗中操作步驟、注意事項等的認知；虛擬實驗是針對設備短缺、操作不便等問題，借助網絡手段開發相應的虛擬實驗，為科研、教學做好服務；激勵體制是學生、教師等通過網絡手段進行評選，對優秀實驗工作者、創新實驗人員等進行合理獎勵，進而提高隊伍積極性，為實驗室設備智能化管理提供基本保障。

圖5 隊伍建設的常見渠道

4 結語

在新工科背景下，借助物聯網、大數據、云計算、智能制造等新型技術手段實現高校實驗室設備的智能化管理，也逐步成為現今實驗室建設的熱點。但實驗室設備的智能化管理絕不只是通過提高某方面或某環節就可以實現的，而是涉及對現有設備統一、全面的改進、規劃和整治。就現有設備管理在預約、共享、隊伍建設環節中最突出的問題進行了研究，而設備在全生命周期的智能化管理仍是今后實驗室建設的重點。