CIMS技術(shù)在高校實驗室的應(yīng)用

魏民　何健　臧繼嵩

“十四五”規(guī)劃明確指出要推進國家實驗室建設(shè)，組建國家重點實驗室體系，強化國家戰(zhàn)略科技力量。高校實驗室也是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和從事科學(xué)研究的重要場所，尤其在理工科院校更為重要。我校在實驗室建設(shè)方面按著國建建設(shè)方針整體規(guī)劃、全面建設(shè)以及科學(xué)管理的方向在有條不紊地進行。但高校實驗建設(shè)不同于普通的科研院所實驗室，要將科研與教學(xué)有機結(jié)合起來有一定的困難和挑戰(zhàn)。因此在建設(shè)的過程中結(jié)合CIMS的自動化運行和信息化管理顯得尤為重要，這樣可以突出建設(shè)過程中的重點問題并有效解決。

（一）實驗室的安全

實驗室在高校形式多種多樣，有生物實驗室、材料實驗室、電子實驗室、加工實驗室等等，但都存在不同形式的安全隱患。以我校的精密制造實驗室為例，雖然制定了嚴格的崗位職責(zé)和使用制度，但依舊存在著不少安全的隱患。首先，高校實驗室的首要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，但無論是演示課還是實踐課，都存在著學(xué)生安全意識不足的問題。其次，設(shè)配未能及時檢修，以及由于人員變動對設(shè)備不熟悉所引起的誤操作也會帶來極大的風(fēng)險。還有實驗室內(nèi)器材與設(shè)備眾多，布局科學(xué)性不強，電路存在老化現(xiàn)象，極有可能因為其中一臺設(shè)備的問題帶來重大的損失。最后，不具備智能刀庫，多種多樣的刀具在管理過程中極易造成管理混亂，也容易造成人身危害。

（二）實驗室的教學(xué)

實驗室的最主要目的是教學(xué)，為學(xué)生服務(wù)，如何提高學(xué)生在實驗室的學(xué)習(xí)效果和效率是教學(xué)的重中之重。然而沒有統(tǒng)一的教學(xué)方法，主要靠任課教師的經(jīng)驗進行演示講解并不能調(diào)動學(xué)生的積極性。由于機器性能復(fù)雜又存在一定的風(fēng)險，大量的學(xué)生不能安排過多的課時，種種問題都需要科學(xué)的管控，才能使得實驗室的教學(xué)變得更加高效。

（三）實驗室的人才培養(yǎng)

高精度的、復(fù)雜的儀器和設(shè)備需要專業(yè)的人員進行操作和日常的維護。實驗室的設(shè)備存在諸多問題，簡單的設(shè)備數(shù)量較多，高端的設(shè)備需要較長時間的培訓(xùn)，因此實驗室既要保證足夠的人員，也要保證足夠的技術(shù)才能建設(shè)成高水平的教學(xué)與科研平臺。如何解決實驗人才梯度培養(yǎng)問題，保證人才隊伍的整體素質(zhì)，是實驗室長久發(fā)展不斷進步的關(guān)鍵。

（四）實驗室的資源利用

實驗室的資源包括設(shè)備，物料，人員以及課程和項目。這些資源種類眾多，雖然都沒有閑置，都在獨立的運轉(zhuǎn)實現(xiàn)各自的功能，但是這些資源很難統(tǒng)籌合并起來。因此要將這些設(shè)備小規(guī)模的集成起來，形成相應(yīng)的模塊，這樣無論在教學(xué)還是科研都會有所挑高，同時方便后續(xù)的管理。如何合理的“分解——調(diào)配”這些資源，使得國家高額的投資有所回報，是實驗室成為高水平教育和科研平臺的必由之路。

（一）實現(xiàn)安全規(guī)范的生產(chǎn)

首先要從國內(nèi)外優(yōu)秀的高校實驗室學(xué)習(xí)其先進及寶貴的經(jīng)驗，如美國的麻省理工大學(xué)對實驗師生進行技術(shù)培訓(xùn)指導(dǎo)，培養(yǎng)安全意識，規(guī)劃統(tǒng)籌實驗室器材布局，提供實驗廢物的統(tǒng)一回收處理等服務(wù)。不僅如此，我們國內(nèi)的清華大學(xué)先進成型制造實驗室也將管理條例和安全守則放到了首位，因此要出臺相關(guān)政策，對于已有的規(guī)章制度要嚴格執(zhí)行、監(jiān)督檢查到位、獎懲分明。同時應(yīng)用CiMS技術(shù)形成一套從培訓(xùn)到使用在到監(jiān)管的嚴格流程，利用好質(zhì)量監(jiān)控中PDCA的基本工作方法，不斷地調(diào)整適合自己的安全辦法。一定要從師生的思想高度，以及規(guī)章制度嚴格把控，利用CIMS技術(shù)全程監(jiān)控，把安全實驗、安全科研、安全實踐時刻放在平日的行動當(dāng)中。

（二）實現(xiàn)加工單元及半自動化刀庫管理

實驗室中設(shè)備眾多，每一臺設(shè)備都可以成為演示實驗以及科研的平臺，相對獨立。在工廠和企業(yè)加工時往往會采用加工模塊加以劃分每臺設(shè)備的功能，再將這些加工模塊統(tǒng)一起來形成整個工廠的加工體系，并從上到下采用面向功能的體系機構(gòu)將工廠從市場到管理再到生產(chǎn)結(jié)合起來。若將實驗室的設(shè)備也如此結(jié)合，就會形成如同自動生產(chǎn)線一般的單元，一方面可以更加直觀地進行教學(xué)，另一方面也有利于更加復(fù)雜的科研活動。我校精密加工實驗室將檢測設(shè)備，多種加工設(shè)備（車床、三軸加工中心、五軸加工中心）、測量設(shè)備以及運送設(shè)備結(jié)合到一起，形成了相對完成的加工單元。利用CIMS當(dāng)中的MRPII技術(shù)進行設(shè)備以及物料的關(guān)系，同時使用信息化系統(tǒng)將整個加工單元進行監(jiān)控和調(diào)配，拓展了實驗室整體的性能。建立符合實驗室的刀具信息數(shù)據(jù)庫，以及與之對應(yīng)的刀具庫和刀柄庫，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)刀具的統(tǒng)一安全放置，在調(diào)配過程中嚴格遵循使用流程，為加工單元中各種設(shè)備的刀具安裝提供了方便且安全的途徑，也提高了整體的使用效率。同時，我們再進一步研究相應(yīng)的自動化系統(tǒng)，可以在以后實現(xiàn)刀具外部自動的調(diào)取與歸放。

（三）形成科學(xué)的評價體系

在制定評價體系時把握以下幾個原則：①全面性原則，實驗室的評價涉及到制度、設(shè)備、人員、教學(xué)、科研等多個方面，要考慮周全。②目的性原則，實驗室評價要有針對性，每一個指標都是為了提升一個方面而準備的，因此要緊緊圍繞提升教學(xué)，提高效率，深入科研等方面進行。⑧簡潔性原則，評價簡單明了，不能繁文縟節(jié)，而要突出重點。

利用CIMS中的質(zhì)量評價與控制將以上幾個原則引入，使用信息化和現(xiàn)代化的手段進行決策分析與評價，憑借質(zhì)量功能配置突出重點合理評價。

實驗室建設(shè)是一個非常復(fù)雜的過程，涉及的因素非常多。不僅需要決策分析，也需要考慮經(jīng)濟因素、設(shè)備因素、教學(xué)因素、科研因素等內(nèi)容。本文結(jié)合自身實驗室建設(shè)經(jīng)歷將CIMS引入到實驗的建設(shè)當(dāng)中取得了一定的成果。未來隨著技術(shù)發(fā)展和科學(xué)的進步，也將把更多CIMS的內(nèi)容引入到實驗室建設(shè)當(dāng)中，實現(xiàn)教學(xué)、科研、人才、管理、評價的全能一體化實驗室。