高校實(shí)驗(yàn)室智慧管理系統(tǒng)開發(fā)探討

【摘 要】本文認(rèn)為高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)面臨著實(shí)驗(yàn)室信息化管理平臺建設(shè)有待加強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的軟硬件無法滿足信息化建設(shè)要求、實(shí)驗(yàn)室管理人員對信息化管理的認(rèn)識有待提升等問題，有必要開發(fā)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室智慧管理系統(tǒng)，并從管理系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)框架及具體管理模塊功能開發(fā)兩方面論述實(shí)驗(yàn)室智慧管理系統(tǒng)的開發(fā)路徑。

【關(guān)鍵詞】高校 實(shí)驗(yàn)室 智慧管理系統(tǒng) 信息化管理

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）47-0115-03

在高校辦學(xué)規(guī)?？焖贁U(kuò)大的今天，高校實(shí)驗(yàn)室、實(shí)訓(xùn)基地及儀器設(shè)備等實(shí)踐教學(xué)資源出現(xiàn)倍增式的增長，由此帶來管理和使用上的問題，迫切需要改革相應(yīng)的管理方式以適應(yīng)高校實(shí)驗(yàn)室的管理與發(fā)展。如何高效利用信息化、智能化等現(xiàn)代化手段對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行有效管理，提高資源利用率，是各高校亟待解決的問題。以信息化、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以智慧化管理為主，輔以相應(yīng)的管理模塊以兼容或替換現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室信息化管理系統(tǒng)，是實(shí)驗(yàn)室管理方式的創(chuàng)新，是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室規(guī)范化、科學(xué)化、智能化管理的必由之路。

一、目前高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)面臨的問題

（一）實(shí)驗(yàn)室信息化管理平臺建設(shè)有待加強(qiáng)

近年來，隨著5G技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，高等學(xué)校的部分實(shí)驗(yàn)室建成了信息化管理平臺，這對實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)室的信息化建設(shè)與管理至關(guān)重要。但由于受到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、管理模式等多方面因素的影響，建成的各信息化管理平臺仍處于相互獨(dú)立狀態(tài)，尚未實(shí)現(xiàn)資源共享，因而各實(shí)驗(yàn)室變成了“信息孤島”，導(dǎo)致管理混亂等現(xiàn)象層出不窮。在實(shí)驗(yàn)室日常管理中，多數(shù)學(xué)校還是采用傳統(tǒng)的人工管理模式對實(shí)驗(yàn)室的使用、設(shè)備登記、耗材進(jìn)行管理，這已不適應(yīng)信息化建設(shè)的要求。

（二）實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的軟硬件無法滿足信息化建設(shè)要求

目前，大部分高校對實(shí)驗(yàn)室的硬件進(jìn)行了信息化改造與建設(shè)，但忽視了軟件的應(yīng)用，導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)的共享出現(xiàn)問題。實(shí)驗(yàn)室的硬件往往只采購一些基礎(chǔ)的設(shè)備，如電腦、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等;軟件也往往只采購一些管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、實(shí)驗(yàn)課程等，軟硬件的管理處于分散狀態(tài)，未能統(tǒng)一，從而導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)不能形成系統(tǒng)化資源。要滿足實(shí)驗(yàn)室的信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)信息化管理，應(yīng)加大軟硬件的采購力度，注重軟硬件的配套與兼容性。

（三）實(shí)驗(yàn)室管理人員對信息化管理的認(rèn)識有待提升

當(dāng)前，實(shí)驗(yàn)室信息化管理制度尚未健全，管理人員對信息化管理的認(rèn)識還處于淺層次，在工作中未能充分利用現(xiàn)有的信息化管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、管理、登記，造成實(shí)驗(yàn)室信息化管理水平整體偏低。有的管理人員甚至對信息化管理存在抵觸和排斥心理，在完成本職工作之外，也不主動學(xué)習(xí)信息化管理知識，處于被動工作狀態(tài)。在信息化技術(shù)快速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)落后的管理模式已不能滿足實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展，也阻礙了教學(xué)和科研工作的順利開展。

二、開發(fā)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室智慧管理系統(tǒng)的必要性

目前，大部分高校的實(shí)驗(yàn)室都進(jìn)行了信息化建設(shè)、規(guī)劃、改造，這對實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)信息化管理至關(guān)重要。但由于學(xué)校及教師應(yīng)用已建成的信息化管理平臺的水平不高，許多實(shí)驗(yàn)室尚未實(shí)現(xiàn)信息化資源的共享。要改變目前的管理狀況，做到少投入、高效率，必須依托現(xiàn)有的信息化平臺、實(shí)訓(xùn)設(shè)備、校園網(wǎng)和5G技術(shù)開發(fā)一套集管理、應(yīng)用、服務(wù)為一體的實(shí)驗(yàn)室智慧管理系統(tǒng)。這樣一來，實(shí)驗(yàn)室的使用、管理、設(shè)備報(bào)修、清查、開課情況、耗材等方面都可以通過智慧管理系統(tǒng)進(jìn)行管理、調(diào)配、分析。因此，實(shí)驗(yàn)室智慧管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息化、智能化管理的有效手段，是管理規(guī)范化、系統(tǒng)化的重要保證?？傊箤?shí)驗(yàn)室更好地為理論、科研、實(shí)踐教學(xué)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校智慧校園的建設(shè)目標(biāo)，從而使高校在教育教學(xué)改革、科研競爭中處于有利地位，實(shí)驗(yàn)室的管理向信息化、智能化管理的方向發(fā)展是大勢所趨。

三、實(shí)驗(yàn)室智慧管理系統(tǒng)的開發(fā)路徑

隨著云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代信息技術(shù)在高校管理中的應(yīng)用越來越廣泛，實(shí)驗(yàn)室智慧管理系統(tǒng)是利用現(xiàn)代信息化技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的模塊管理功能，結(jié)合自身需求開發(fā)的信息化管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室智慧管理系統(tǒng)功能開發(fā)即以信息化手段為主，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，對實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、設(shè)備管理、耗材管理、智能控制等方面實(shí)行信息化管理、操作。

（一）智慧管理系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)框架

智慧管理系統(tǒng)以5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合數(shù)字校園建設(shè)平臺進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。從開發(fā)設(shè)計(jì)框架來看，智慧管理系統(tǒng)在功能應(yīng)用上分為四層，如圖1所示。其中，感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，由智能控制器、智能傳感器、HFID等電子元件構(gòu)成，根據(jù)功能輔以相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)，接入互聯(lián)網(wǎng)。對實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境、設(shè)備和耗材使用等方面的管理通過感知層的設(shè)備功能來實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)層的功能是通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，在服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間開設(shè)一條信息傳送通道，經(jīng)過數(shù)據(jù)信息的傳輸轉(zhuǎn)換，將實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息映射到網(wǎng)絡(luò)中，以實(shí)現(xiàn)智慧管理系統(tǒng)用戶、管理、安全等信息數(shù)據(jù)的交換與傳送。數(shù)據(jù)層的作用是實(shí)現(xiàn)對智慧管理系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的存儲、交換、采集和修改。應(yīng)用層則是信息化管理平臺的重要載體，由管理系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊構(gòu)成，通過路徑將傳感器、控制器、存儲器等鏈接起來，利用數(shù)據(jù)庫語言，通過文本傳輸?shù)确绞絺鬏敂?shù)據(jù)，其作用是實(shí)現(xiàn)智慧管理系統(tǒng)的接入端口與互聯(lián)網(wǎng)入口的對接，實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理。

（二）智慧管理系統(tǒng)平臺架構(gòu)

管理系統(tǒng)平臺的運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息化管理的重要手段。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)、5G技術(shù)的共同應(yīng)用下搭建的管理系統(tǒng)平臺，可有效提高實(shí)驗(yàn)室信息化系統(tǒng)的建設(shè)水平，最大限度地降低管理成本、簡化管理流程、提高管理效率，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室資源的共享。系統(tǒng)平臺的建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo)：一是服務(wù)實(shí)踐教學(xué)管理工作，幫助教師完成實(shí)踐教學(xué)任務(wù);二是實(shí)現(xiàn)獨(dú)立式鏈接結(jié)構(gòu)，為數(shù)據(jù)接入制訂統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);三是對數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行分類標(biāo)記、分析、描述。

實(shí)驗(yàn)室的管理主要包括日常的開關(guān)門、通斷電、安全檢查與保障、設(shè)備維修維護(hù)、耗材監(jiān)管等。管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)要遵循研究、分析、調(diào)查、規(guī)劃的理念，以信息化管理為設(shè)計(jì)核心，按照實(shí)驗(yàn)室的功能、特點(diǎn)，設(shè)計(jì)、開發(fā)信息化、智慧化管理平臺。然后，將實(shí)驗(yàn)室的日常使用、管理、用戶信息等數(shù)據(jù)接入管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管理工作的科學(xué)化、規(guī)范化、信息化。根據(jù)日常的管理和使用需要，智慧管理系統(tǒng)平臺分為用戶層、應(yīng)用層。其中用戶層包括系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生等用戶信息模塊;應(yīng)用層包括使用管理、資產(chǎn)管理、安全管理、耗材管理等模塊，如圖 2所示。根據(jù)學(xué)生、教師、院系管理員、學(xué)校管理員等不同的用戶身份設(shè)置不同的登錄方式，根據(jù)不同的用戶群體設(shè)置不同的訪問權(quán)限，用戶可根據(jù)自己的權(quán)限訪問、設(shè)置不同的信息資源。院系管理人員、學(xué)校管理員通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)對實(shí)驗(yàn)室實(shí)行常規(guī)管理，包括門禁系統(tǒng)、開放申請、使用預(yù)約、資產(chǎn)管理、設(shè)備報(bào)修等。管理系統(tǒng)的投入使用不僅可以降低實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作強(qiáng)度，還可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的共享，有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理的科學(xué)化、規(guī)范化、信息化。

1.用戶管理

用戶管理模塊主要包含用戶角色定義、角色權(quán)限的功能，分為學(xué)生、教師、管理員的身份。其作用是按權(quán)限劃分使用管理系統(tǒng)的用戶身份，根據(jù)不同的用戶身份分配不同的管理權(quán)限。管理員不僅能管理用戶信息，如用戶信息的添加、修改、刪除，密碼的初始化、修改加密等，還可以查看用戶信息列表，了解用戶的操作過程信息。學(xué)生、教師這類用戶在權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行相關(guān)操作，僅有修改本人密碼、信息的權(quán)限。

2.使用管理

使用管理模塊的主要作用是查詢定位、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出。包括實(shí)驗(yàn)室的門禁系統(tǒng)、開放申請、使用預(yù)約、資產(chǎn)管理、設(shè)備報(bào)修等。在各實(shí)驗(yàn)室入口處安裝人面識別器，根據(jù)刷臉讀入的信息自動校對數(shù)據(jù)庫信息從而作出判斷，確定是否開放實(shí)訓(xùn)室、開放時(shí)間以及時(shí)間的長短、使用設(shè)備的種類等。該模塊的開發(fā)應(yīng)用是改變實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)管理模式的重要途徑，是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室開放共享、合作共贏，推動高校實(shí)踐教學(xué)改革，促進(jìn)教學(xué)研究成果誕生的重要保障。

3.資產(chǎn)管理

資產(chǎn)管理模塊主要是對硬件設(shè)備進(jìn)行管理，通過對資產(chǎn)從采購、安裝、運(yùn)用、調(diào)配、維修、報(bào)廢全生命周期過程的監(jiān)管，對資產(chǎn)實(shí)行動態(tài)管理。即通過感知層的傳感器、控制器、HFID記錄條碼（資產(chǎn)類型、名稱、時(shí)間、價(jià)格、使用部門等）的識別進(jìn)行設(shè)備資產(chǎn)的清查、調(diào)配、登記等管理，快速檢索出資產(chǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的全過程管理。在資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫可以查詢到設(shè)備的資產(chǎn)標(biāo)簽，資產(chǎn)標(biāo)簽的信息來自學(xué)校設(shè)備管理處資產(chǎn)管理系統(tǒng)。依托資產(chǎn)管理模塊，還可以隨時(shí)更新報(bào)表，實(shí)現(xiàn)賬物匹配;根據(jù)設(shè)備的使用年限、報(bào)廢年限的實(shí)際情況和慣例，采用平均年限法對固定資產(chǎn)計(jì)提折舊。該模塊的開發(fā)應(yīng)用是對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、管理的有效手段。

4.安全管理

安全監(jiān)控體系是實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的重要組成部分，而開發(fā)應(yīng)用安全管理模塊是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)控的重點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室可視化管理的關(guān)鍵，其功能包括授權(quán)、鑒權(quán)、數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)傳輸安全監(jiān)控等。借助安全管理模塊，可隨時(shí)監(jiān)控、查看安裝有攝像頭布點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室，授權(quán)用戶也可以通過移動終端遠(yuǎn)程登錄管理系統(tǒng)，連接到安全管理模塊。監(jiān)控畫面可以單列顯示，也可以組合顯示，以便全方位掌握實(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)狀況。安全管理模塊的開發(fā)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)室的遠(yuǎn)程監(jiān)控，在管理上突破了時(shí)間、地點(diǎn)的限制，真正實(shí)現(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)室安全的信息化管理。

5.耗材管理

耗材管理包括易耗品出入庫、實(shí)驗(yàn)材料統(tǒng)計(jì)等管理。實(shí)訓(xùn)耗材的管理與使用，一直以來是實(shí)驗(yàn)室管理員面臨的難點(diǎn)問題。在舊的管理機(jī)制下，實(shí)訓(xùn)耗材進(jìn)來多少、使用多少、剩余多少都很難確定，而在智慧管理系統(tǒng)下，可以對耗材遴選、采購、驗(yàn)收、入庫、儲存、盤點(diǎn)、申領(lǐng)、出庫等工作進(jìn)行全流程管理，可查詢每次實(shí)踐教學(xué)課程中耗材的用量、時(shí)間、班級的使用情況，做到實(shí)時(shí)更新耗材的總量、剩余量，并能做到進(jìn)出有賬，從而提高實(shí)訓(xùn)耗材的使用率。耗材管理模塊可以有效地對實(shí)訓(xùn)耗材進(jìn)行分類管理，如分為常規(guī)耗材、普通化學(xué)藥品、有毒有害耗材等，對耗材的領(lǐng)用、使用、回收進(jìn)行詳細(xì)的跟蹤記錄，確保賬目清晰、安全可靠。

在信息化時(shí)代背景下，傳統(tǒng)人工管理模式已不能適應(yīng)現(xiàn)代高校實(shí)驗(yàn)室管理需要，推動實(shí)驗(yàn)室的信息化、智能化建設(shè)是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的重要組成部分。打破技術(shù)堡壘，突破管理局限，創(chuàng)新管理模式，把實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、智慧校園平臺等信息化系統(tǒng)整合到統(tǒng)一平臺，充分挖掘管理潛力，實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享，是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)化、規(guī)范化、信息化管理的有力保障。

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注：2021年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“實(shí)訓(xùn)室智能化管理平臺的研究與實(shí)踐”（2021KY1166）

【作者簡介】李波林（1980—），男，廣西玉林人，廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授、工程師，研究方向?yàn)楦叩嚷殬I(yè)教育。

（責(zé)編 蘇 洋）