基于互聯(lián)網技術的便攜式高值儀器管理系統(tǒng)的構建

王 雪，田永超，姚 霞，朱 艷，曹衛(wèi)星，湯 亮

（南京農業(yè)大學國家信息農業(yè)工程技術中心；江蘇省信息農業(yè)重點實驗室；農業(yè)農村部農作物系統(tǒng)分析與決策重點實驗室；智慧農業(yè)教育部工程研究中心，南京 210095）

0 引言

高校實驗室作為人才培養(yǎng)的基本單元和基礎平臺，是現(xiàn)代信息技術與教學管理的深度融合的前沿陣地，實驗室的信息化水平在一定程度上代表了學科當前的技術水平和實力，也決定了這些學科開展教學和科研的水平［1-2］，高校通過搭建Web 教學管理信息平臺，使用計算機管理軟件來輔助日常教學工作，針對學科建設、師資隊伍、人才培養(yǎng)、學生工作、實驗室管理等模塊進行基礎信息化建設，提高了教務工作效率和服務水平［3-4］。隨著學科進步和科學發(fā)展，各高校的設備都在不斷增加，融合學科越來越多，高校的設備管理面臨嚴峻的考驗［5］。便攜式設備管理是一個流程復雜的管理體系，傳統(tǒng)教學管理平臺完成了科研設備的基本信息維護，卻不能有效管理和執(zhí)行業(yè)務流程［6］。

手機、平板電腦等移動客戶端已經超越個人電腦成為互聯(lián)網的第一大終端，移動互聯(lián)網是移動和互聯(lián)網聯(lián)合的產物，繼承了移動隨時、隨地、隨身和物聯(lián)網開放、分享、互動的優(yōu)勢，可以為用戶在終端隨時提供掃碼、定位、通信等操作［7-9］。將移動二維碼引入實驗室儀器設備管理，通過移動終端快捷地實現(xiàn)儀器設備的識別與入庫［10］。使用微信開放平臺構建圖書館借閱系統(tǒng)，減少借閱圖書人力溝通成本，提升借閱圖書效率［11-12］。將移動互聯(lián)網技術與科研設備管理業(yè)務相融合，可以極大提升設備管理效率。

本文針對當前實驗室便攜式設備業(yè)務流程信息化管理效率低下的特點，采用先進的移動網絡技術、數據存儲技術、地理信息等技術優(yōu)化設備借出流程，設計并構建基于移動互聯(lián)網的便攜式高值設備管理系統(tǒng)。利用移動互聯(lián)網技術對設備管理、借還審批進行數字化管理，使得實驗室的設備得到更高效、充分的利用。

1 實驗室設備管理存在的問題

目前高校綜合性實驗室普遍具有多個研究方向，各個方向所需的儀器設備種類較多，需要對設備進行良好的管理和維護，同時大量的便攜式設備被學生老師帶到校外試驗基地使用，設備存在管理和利用效率不高的問題。

（1）設備的基本信息難以維護。綜合性實驗室針對不同研究方向配備不同的科研儀器設備。有些設備是不同研究方向特有的儀器設備，有些設備是共性的儀器設備，不同儀器設備的使用頻率、使用時長、使用方法等并不一致，導致實驗室的管理工作量逐漸增大，而實驗室的管理人員有限，管理人員通常在面臨教學、科研任務的壓力下，對實驗室設備的信息管理投入的精力與需求的差距越來越大。

（2）設備的租借關系難于管理。設備都有不同使用場景，有些會租借到不同的實驗室，有些會被租借到校外實驗基地；設備也存放在不同的地點，有些存放在學校實驗室，有些存放在校外實驗基地。便攜式設備租借的整個流程，從借出地點、開始使用時間、使用地點、結束使用時間，到最終歸還地點，大部分依靠人為協(xié)調，儀器設備借出去之后不能快速了解到設備處于何處、負責人是誰、何時歸還。在線Web 設備預約系統(tǒng)，租借流程以表單數據管理，填寫復雜，在借出歸還時需要人為進行決策。

（3）設備的使用效率比較低。在整個的設備管理周期中，從設備基本信息維護、設備預約、設備歸還、賬單生成，缺乏一整套的設備管理方法。實驗室當前的管理系統(tǒng)為學校統(tǒng)一管理，設備基本資料的管理通常比較全面，而對于設備管理的動態(tài)流程，缺乏定制化的軟件系統(tǒng)進行管理。設備的使用缺乏有效記錄，難以保證了設備損壞可追溯、可追責。針對以上的問題，本文充分考慮設備使用時間和實驗基地空間的管理的之間關系，從便攜式設備管理的整個生命周期出發(fā)，將整個設備管理流程進行統(tǒng)一管理。

2 研究思路以及軟件平臺設計

在高校中，微信具有最廣泛的用戶群體和更好的用戶使用黏合度，利用移動網絡技術能夠將移動互聯(lián)網技術與實驗室便攜設備的全生命周期管理密切結合［13］。基于實驗室設備管理的實際問題，本文利用移動網絡技術、地理信息技術優(yōu)化設計了便攜式高值儀器管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以設備條形碼為基礎，利用手機便攜掃碼、地理圍欄優(yōu)化設備管理、借還審批操作，從而實現(xiàn)對實驗室便攜儀器的高效數字化管理。

2.1 研究思路

根據便攜式設備全生命周期管理的需要，針對高校實驗室便攜設備管理的問題，主要需求分析對象包括設備管理和設備借還，這兩個流程的信息借助移動終端的形式進行流程處理，教師（管理員）、學生（普通用戶）和設備三者之間的信息傳輸關系如圖1 所示。

圖1 便攜式設備管理流程傳輸關系

（1）用戶登錄鑒權。系統(tǒng)根據本機設備Cookie判斷用戶是否登錄，如果沒有登錄喚起微信登錄綁定，如果登錄則判斷該微信登錄識別碼下是否綁定用戶實際的信息，如姓名、手機號等，系統(tǒng)會顯示用戶登錄狀態(tài)。該流程將微信開放平臺提供的個人信息與系統(tǒng)需要的信息相互綁定，能比較安全、高效管理用戶登錄狀態(tài)。

（2）便攜設備管理（管理員）。針對系統(tǒng)管理員設計，主要包括便攜設備錄入和流程審批。在設備錄入部分，可以將設備信息Excel 表批量不重復導入數據庫，并且可對設備信息進行增刪改查。每一個設備對應一個唯一的編碼，管理員可以組合選擇設備生成設備條形碼，用戶掃碼即可對應看到每個設備信息，方便管理；在流程審批模塊，管理員對設備租借申請、歸還進行審核。

（3）設備租借流程（普通用戶）。該部分功能針對用戶（學生、教師等科研人員）設計，主要包括用戶對設備的租、借、還全周期處理。用戶可以模糊匹配設備信息，對特定設備發(fā)起預約申請，然后管理員進行審核，用戶可在指定的實驗基地使用自己的手機掃碼借出設備。在設備使用完畢以后，用戶可以在指定實驗基地進行掃碼歸還，最后管理員審核設備歸還情況，系統(tǒng)自動生成租借賬單。

2.2 系統(tǒng)平臺架構

如圖2 所示，本系統(tǒng)平臺架構由以下的3 個部分組成：

圖2 平臺總體架構圖

（1）智能手機終端。系統(tǒng)依托微信開放平臺，以微信APP為載體，通過第三方開發(fā)，將微信用戶信息與學校學生信息相綁定，同時又能通過微信開放的接口服務喚起智能手機本身的定位、相機掃碼等功能。

（2）微信平臺服務器。用戶登錄系統(tǒng)后，默認綁定當前微信號信息。所有的與微信相關的登錄和開放服務需先請求微信平臺服務器，將個人信息、時間信息通過HTTP請求發(fā)送至微信服務器，獲得用戶登錄的唯一標識。

（3）業(yè)務服務器。業(yè)務服務器主要進行移動端數據處理和接口，將業(yè)務邏輯封裝成對應的Web 服務。本系統(tǒng)利用Node.js搭建HTTP網絡應用協(xié)議，使用MySQL管理數據，基于REST 架構實現(xiàn)網絡RESTful形式的服務接口。

3 平臺功能組成與實現(xiàn)

便攜式高值儀器管理系統(tǒng)的模塊主要分為設備管理和設備租借兩個功能模塊。

3.1 設備管理的功能實現(xiàn)

設備管理功能模塊。將外部設備Excel 數據，導入系統(tǒng)數據庫。然后對設備進行編碼，每個設備對應一個識別碼，即設備二維碼，二維碼會貼到設備指定位置，供系統(tǒng)掃碼識別使用（見圖3）。

圖3 設備管理的功能實現(xiàn)

（1）設備增刪。設備增刪功能是對設備信息的導入與存儲。在日常的實驗室工作中，設備管理經常以Excel文檔保存。上傳設備功能可以實現(xiàn)Excel 文件批量上傳，只需要Excel文件拖拽到指定區(qū)域，便可以將設備信息上傳到操作面板，設備刪除可以對設備進行單個、批量刪除。

（2）信息導出。信息導出功能是對設備信息的導出。在設備上傳后，每個設備會對應生成一個唯一的設備編碼，信息導出可以將系統(tǒng)中的設備編碼以及其他信息批量導出，便于設備的歸一化管理以及條形碼的生成。

3.2 設備租借的功能實現(xiàn)

設備租借功能模塊：設備申請與租借數據的生成，整個設備租借生命周期的實現(xiàn)，管理員和用戶通過移動終端的定位、掃碼、權限等進行租借流轉節(jié)點的輸入以及控制決策（見圖4）。

圖4 設備租借的功能實現(xiàn)

（1）首頁。首頁功能顯示用戶狀態(tài)、當前通知、當前租借設備、歷史租借設備。用戶狀態(tài)顯示用戶頭像、昵稱、級別、研究方向；當前通知顯示系統(tǒng)推送消息；當前租借設備顯示設備的基本情況，當前處在租借流程；歷史租借設備顯示顯示設備的基本情況，歷史租借流程。

（2）設備列表。設備列表功能可組合查詢設備信息。可以根據設備編號以及名稱對設備模糊查詢，并顯示設備的租借狀態(tài)。

（3）預約申請。預約申請功能對設備進行預約操作。默認顯示當前可預約的設備列表，可以對可以預約的設備進行組合查詢。之后填寫申請人、所在方向、申請數量、起始時間、終止時間、備注發(fā)起預約，提交管理員審批。

（4）掃碼借還。掃碼借還功能對設備進行借還操作。當用戶當前位置處于可借還的區(qū)域，用戶可以使用手機掃描設備的條形碼進行借出、歸還操作。

（5）個人中心。個人中心功能對個人信息進行管理。可以對個人昵稱、手機號碼等進行修改，管理員可以設置用戶權限。

（6）預約審核。預約審核功能是管理員對普通用戶的申請進行流程處理。設備整個預約、租借、歸還流程中有許多需要控制的節(jié)點，預約審核功能能對預約申請、歸還申請進行進度審核，保證設備的全生命周期流程運行。

4 便攜式高值設備管理系統(tǒng)優(yōu)點

學校國家信息農業(yè)工程技術中心是具有國際先進水平的國家級技術研發(fā)中心及實驗基地，中心下轄江蘇興化、如皋、河南滑縣等試驗示范基地，依托學校重點圍繞農情信息監(jiān)測診斷、農業(yè)生產系統(tǒng)模擬、農業(yè)精確管理決策、信息產品研制開發(fā)4 個科研方向進行研究。每年的水稻、小麥生長季是師生獲取課題基礎數據的重要時節(jié)，生長監(jiān)測方向的學生使用多波段光譜輻射儀、葉面積指數儀、全天候日光誘導葉綠素熒光儀等用作大田實驗；系統(tǒng)模擬學生使用三維激光掃描儀、根系分析系統(tǒng)等進行數據建模；精確管理學生使用用近紅外谷物分析儀、電導率儀等進行室內試驗。針對復雜的便攜式設備使用場景，便攜、高效的設備管理系統(tǒng)顯得尤為重要。

經過系統(tǒng)功能測試以及基本數據庫構建，該系統(tǒng)已經嵌入實驗室微信公眾號平臺中，成功在2021 年春夏季水稻季實驗中使用，相對于之前管理方式，系統(tǒng)具有眾多優(yōu)點有。

（1）設備管理流程高效。從便攜式設備管理的整個生命周期出發(fā)，將整個設備管理流程進行統(tǒng)一化管理。用戶通過手機能快速方便租借設備，管理員能夠對各個實驗室設備的租借情況一目了然，及時獲取設備的流轉信息。通過對整個設備管理流程進行優(yōu)化，設備預約以及審核環(huán)節(jié)效率得到極大提高，實驗室的設備得到更加充分的利用。

（2）設備借還操作便攜。以設備條形碼為管理單元，通過移動設備定位、掃碼即可隨時隨地完成設備借還操作。區(qū)別于之前的學校業(yè)務系統(tǒng)，學生租借設備需要找到一臺電腦，打開學校官網，填寫一系列的設備進行設備預約，聯(lián)系老師進行租借，該系統(tǒng)只需要在可租借范圍內隨時打開手機端微信客戶端，在指定位置掃描設備的條形碼即可對設備進行借還（見圖5）。

圖5 系統(tǒng)實際使用情況

（3）系統(tǒng)應用可開放拓展。該系統(tǒng)依托微信開放平臺，結合實際業(yè)務場景進行開發(fā)，將開放融入微信的開發(fā)，同時又可保證業(yè)務數據的獨立。在高校中，微信具有最廣泛的用戶群體和更好的使用黏合度，該應用能方便地嵌入微信公共號、微信小程序，并且有著良好的兼容性和用戶體驗。當系統(tǒng)有功能需要更新時，能在自身的業(yè)務服務器上進行可擴展和迭代。

5 結語

在移動互聯(lián)網時代，微信已成為移動終端的重要的入口之一，具有免安裝、可拓展、高流量的特點，各行各業(yè)都開始基于微信開放平臺進行定制開發(fā)，向用戶提供高效、隨時隨地的移動互聯(lián)網服務［14-16］。基于移動互聯(lián)網的便攜式高值設備管理系統(tǒng)面向校園龐大的學生老師用戶，采用先進的移動網絡技術、數據存儲技術、地理信息等技術優(yōu)化設備借出流程，改變了傳統(tǒng)實驗室的設備管理方式。該系統(tǒng)將每個設備抽象成唯一的識別碼，以條形碼為最小的管理單元，利用移動互聯(lián)網技術對設備管理、借還審批進行數字化管理，使得實驗室的設備得到更高效、充分的利用。目前該系統(tǒng)已經在實驗室運行，取得了良好的管理效果，隨著移動互聯(lián)網技術的不斷升級，相信會為實驗室的便攜式設備管理提供更多的數據支撐和信息化服務。