實驗室智能管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

信海輝，張姍姍

（1.大連科技學院，遼寧 大連 116052；2.大連海事大學，遼寧 大連 116026）

0 引言

隨著高校的建設的不斷發(fā)展和壯大，隨著高校學子參加各種比賽的需要及碎片化時間的充分利用，相關實驗室的管理工作已經(jīng)不能滿足當前的需求。如何有效的提高實驗室的利用，減輕實驗室工作人員的工作量，提高無人管理水平，已經(jīng)是各高校的一個迫在眉睫需要解決的問題之一。

針對以上問題，我們將計算機硬件技術、計算機軟件技術、計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術等與相應的實驗室管理體系相結合，針對開放實驗室的預約管理、資源管理、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析等功能進行結合設計和開發(fā)了一套智能實驗室管理系統(tǒng)。實現(xiàn)了實驗室綜合管理的跨越式發(fā)展[1]。

1 系統(tǒng)功能需求分析

為滿足在校學生進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練。各種賽事的實踐需求，實驗室對全校學生實施開放性管理，全方位提高學生實踐動手能力已成為一種趨勢。傳統(tǒng)的實驗室管理需要管理人員在場，存在成本高、效率低、對實驗教師的要求高，增大了工作量的缺點。且同時存在學生人員過多、儀器種類繁多且有限、使用時間沖突、安全如何保障、有人值守時工作量過大，無人值守時無法進行有效管理，所有開放實驗室的設備全天帶電的情況下能源損耗等各種問題。這就對實驗室的管理提出了更高的要求。

此系統(tǒng)的研發(fā)，便于科學、規(guī)范的實現(xiàn)實驗室管理的科學化、現(xiàn)代化、智能化，改變過去的傳統(tǒng)方式，通過學員預約、預約審核、預約時間段內刷卡進入預約教室、刷卡啟動設備帶電工作、預約結束前五分鐘燈光閃爍提醒、結束時間點自動斷電、攝像頭實時記錄及遠程監(jiān)控等手段等實現(xiàn)提高高校實驗室數(shù)字化建設水平。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)功能模塊設計

通過系統(tǒng)需求分析，實驗室智能管理系統(tǒng)的軟件部分由實驗室控制終端、學習模塊、考試模塊、用戶管理模塊、實驗室管理模塊、設備管理模塊、機時查詢及績效查詢模塊、統(tǒng)計分析模塊、視頻監(jiān)控模塊構成。硬件部分有刷卡機、讀卡器、電力載波模塊及電源控制器組成[2]。

用戶分為管理員、教師、一般用戶三級權限構成。

系統(tǒng)物理拓撲圖如圖1所示。

系統(tǒng)架構圖如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)庫設計

SQL Server是微軟公司推出的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。具有使用方便可伸縮性能好，與相關軟件集成程度高等優(yōu)點。數(shù)據(jù)庫引擎為關系型數(shù)據(jù)和結構化數(shù)據(jù)提供了安全可靠的存儲功能，便于管理和構建用于本業(yè)務的高可用和高性能。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用的數(shù)據(jù)庫為SQL Serve2012，依據(jù)系統(tǒng)功能需求分析和系統(tǒng)功能模塊設計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可的概念模型和物理模型的設計[3]。

本系統(tǒng)在表名的字典設計階段采用M字母開頭的表和T字母開頭的表進行整體區(qū)分。M字母開頭的表表示主表，主要存儲基礎信息，也可以理解為管理表。T字母開頭的表表示業(yè)務，主要存儲業(yè)務信息，包含過往歷史信息，也可以理解為業(yè)務表。

2.2.1 數(shù)據(jù)庫概念模型設計

實體-聯(lián)系圖，提供了表示實體類型、屬性和聯(lián)系的方法，用來描述顯示實際的概念模型。本系統(tǒng)中描述的相關實體主要有：用戶實體、實驗室實體、設備實體等。

（1）用戶實體。用戶實體描述了唯一標識ID（學號或教工號）、姓名、性別、專業(yè)、密碼、角色（管理員或教師或一般用戶）、創(chuàng)建日期、聯(lián)系方式等信息。

（2）實驗室實體。實驗室實體描述了辦公樓、房間號、實驗室名稱、開放狀態(tài)、開放時長、管理員等信息。

（3）設備實體。設備實體描述了設備ID、設備名稱、所屬實驗室、使用狀況、所用耗材、管理編號等信息。

（4）預約實體。預約實體描述了預約人員、預約設備、實驗室名稱、辦公樓、預約狀態(tài)等信息。

（5）試題實體。試題實體描述了試題分類、試題ID、試題內容等信息。

（6）試卷實體。試卷實體描述了試卷ID、出題人、試題ID、關聯(lián)設備等信息。

（7）耗材實體。耗材實體描述了耗材ID、耗材數(shù)量、關聯(lián)設備等信息。

（8）賽事實體。獲獎實體描述了用戶ID、用戶姓名、賽事名稱、獲獎名次等信息。

2.2.2 數(shù)據(jù)表物理模型設計

根據(jù)本系統(tǒng)的要求和上述實體描述，進行數(shù)據(jù)庫表的概念模型設計，主要數(shù)據(jù)表如下：

（1）用戶表。表名稱：m_user用戶信息表由用戶ID、姓名、性別、專業(yè)、登錄密碼、用戶角色、聯(lián)系方式、用戶注冊日期、有效狀態(tài)。

（2）實驗室表。表名稱：m_lab實驗室表由實驗室ID、實驗室名稱、辦公樓ID、辦公樓名稱、開放狀態(tài)、開放開始時間、開放結束時間、實驗室管理人員、有效狀態(tài)。

（3）設備表。表名稱：m_device設備表由設備ID、設備名稱、所屬實驗室、開放狀態(tài)、開放開始時間、開放結束時間、設備編號、設備管理員、設備耗材、有效狀態(tài)、是否需要考試狀態(tài)。

（4）預約表。表名稱：t_booking預約表由預約者ID、預約開始使用時間、預約結束使用時間、實驗室ID、實驗室名稱、辦公樓ID、辦公樓名稱、設備ID、設備名稱、使用開始時間、使用結束時間、有效狀態(tài)、關聯(lián)設備學習ID、關聯(lián)設備考試ID、考試合格與否ID。

（5）試題表。表名稱：m_question試題表由試題ID、試題所屬分類、試題題干、試題內容。

（6）試卷表。表名稱：m_paper試卷表由試卷ID、試卷所屬分類、試題ID組、試題分值試卷總分、試卷合格分數(shù)、試卷考試時長。

（7）耗材表。表名稱：m_material耗材表由耗材ID、耗材名稱、耗材數(shù)量、耗材關聯(lián)設備。

（8）賽事表。表名稱：t_match賽事表由用戶ID、用戶名稱、賽事名稱、賽事獲獎名次。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)在實現(xiàn)過程中基于B/S、采用的MVC設計模式、前端采用Html+CSS+JS語言、后端采用Java開發(fā)語言、Spring開發(fā)框架對系統(tǒng)進行實現(xiàn)。

系統(tǒng)初次登錄時，提供一個默認管理員賬戶，第一次登陸進行密碼修改后再次登錄進行基礎信息的增加、刪除、修改和查詢操作。在用戶管理模塊的實現(xiàn)過程中，用管理員權限或者教師權限進行登錄，使用讀卡器讀入用戶的卡號后，進行用戶信息的錄入及權限分配。實驗室管理模塊及設備管理模塊需使用管理員權限進行登錄，對實驗室的相關信息進行添加、修改、刪除和查詢。機時及績效查詢模塊的實現(xiàn)過程中，用管理員權限或者教師權限進行登錄，可對指定人員或相關設備或實驗室使用情況的查詢，可查找出獲獎人員使用總機時及設備，為后續(xù)實驗室開放的時間調整提供支撐數(shù)據(jù)[4]。統(tǒng)計分析模塊供教師及管理員使用，可根據(jù)用戶ID、用戶姓名、實驗室名稱、辦公樓名稱、設備名稱、耗材名稱、開始時間、結束時間、賽事名稱、獲獎名次等信息進行數(shù)據(jù)的提取實施各種圖表的統(tǒng)計分析。預約模塊為一般用戶登錄后對所想使用的實驗室及設備進行預約，同時提供實驗室及設備的開放時間段和預約情況查詢。學習模塊為一般用戶提供了應知應會和個別設備的相關學習資料，可在此進行相關知識的學習。考試模塊由教師出題及組卷供學生們在設備使用前的考試，對于需要考試的設備，如果學生考試不通過，即使刷卡也無法使用。視頻監(jiān)控模塊采用第三方的設備進行系統(tǒng)集成，用戶有后臺分配，提供不同實驗室的視頻實時監(jiān)控、記錄及回放。

為了減少錄入工作量及出錯率，針對出題、用戶基礎信息錄入、實驗室基礎信息錄入、設備基礎信息錄入也提供了一鍵上傳功能，可從Excel文件中按照指定格式錄入的數(shù)據(jù)導入相關基礎信息從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)導入[5]。

4 結語

本系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)為實驗室提供了一個統(tǒng)一、便捷的平臺，可適用于高校的實驗室開放管理當中，用戶可通過網(wǎng)絡進行在線預約，方便了學生們的預約使用，管理者可減輕日常的繁雜管理工作，改變過去復雜、低效的人工管理模式，實現(xiàn)有效的信息采集、統(tǒng)計分析、協(xié)同工作。對于提高實驗室的管理及利用效率有重要意義。