CIMS技術在高校實驗室的應用

魏民　何健　臧繼嵩

“十四五”規劃明確指出要推進國家實驗室建設，組建國家重點實驗室體系，強化國家戰略科技力量。高校實驗室也是培養學生實踐能力和從事科學研究的重要場所，尤其在理工科院校更為重要。我校在實驗室建設方面按著國建建設方針整體規劃、全面建設以及科學管理的方向在有條不紊地進行。但高校實驗建設不同于普通的科研院所實驗室，要將科研與教學有機結合起來有一定的困難和挑戰。因此在建設的過程中結合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是培養學生實踐能力，但無論是演示課還是實踐課，都存在著學生安全意識不足的問題。其次，設配未能及時檢修，以及由于人員變動對設備不熟悉所引起的誤操作也會帶來極大的風險。還有實驗室內器材與設備眾多，布局科學性不強，電路存在老化現象，極有可能因為其中一臺設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

實驗室的最主要目的是教學，為學生服務，如何提高學生在實驗室的學習效果和效率是教學的重中之重。然而沒有統一的教學方法，主要靠任課教師的經驗進行演示講解并不能調動學生的積極性。由于機器性能復雜又存在一定的風險，大量的學生不能安排過多的課時，種種問題都需要科學的管控，才能使得實驗室的教學變得更加高效。

（三）實驗室的人才培養

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

（四）實驗室的資源利用

實驗室的資源包括設備，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，都在獨立的運轉實現各自的功能，但是這些資源很難統籌合并起來。因此要將這些設備小規模的集成起來，形成相應的模塊，這樣無論在教學還是科研都會有所挑高，同時方便后續的管理。如何合理的“分解——調配”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）實現安全規范的生產

首先要從國內外優秀的高校實驗室學習其先進及寶貴的經驗，如美國的麻省理工大學對實驗師生進行技術培訓指導，培養安全意識，規劃統籌實驗室器材布局，提供實驗廢物的統一回收處理等服務。不僅如此，我們國內的清華大學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，因此要出臺相關政策，對于已有的規章制度要嚴格執行、監督檢查到位、獎懲分明。同時應用CiMS技術形成一套從培訓到使用在到監管的嚴格流程，利用好質量監控中PDCA的基本工作方法，不斷地調整適合自己的安全辦法。一定要從師生的思想高度，以及規章制度嚴格把控，利用CIMS技術全程監控，把安全實驗、安全科研、安全實踐時刻放在平日的行動當中。

（二）實現加工單元及半自動化刀庫管理

實驗室中設備眾多，每一臺設備都可以成為演示實驗以及科研的平臺，相對獨立。在工廠和企業加工時往往會采用加工模塊加以劃分每臺設備的功能，再將這些加工模塊統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將工廠從市場到管理再到生產結合起來。若將實驗室的設備也如此結合，就會形成如同自動生產線一般的單元，一方面可以更加直觀地進行教學，另一方面也有利于更加復雜的科研活動。我校精密加工實驗室將檢測設備，多種加工設備（車床、三軸加工中心、五軸加工中心）、測量設備以及運送設備結合到一起，形成了相對完成的加工單元。利用CIMS當中的MRPII技術進行設備以及物料的關系，同時使用信息化系統將整個加工單元進行監控和調配，拓展了實驗室整體的性能。建立符合實驗室的刀具信息數據庫，以及與之對應的刀具庫和刀柄庫，這樣能夠實現刀具的統一安全放置，在調配過程中嚴格遵循使用流程，為加工單元中各種設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的自動化系統，可以在以后實現刀具外部自動的調取與歸放。

（三）形成科學的評價體系

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、設備、人員、教學、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，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，而要突出重點。

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

實驗室建設是一個非常復雜的過程，涉及的因素非常多。不僅需要決策分析，也需要考慮經濟因素、設備因素、教學因素、科研因素等內容。本文結合自身實驗室建設經歷將CIMS引入到實驗的建設當中取得了一定的成果。未來隨著技術發展和科學的進步，也將把更多CIMS的內容引入到實驗室建設當中，實現教學、科研、人才、管理、評價的全能一體化實驗室。