高校實驗室智能管理系統建設及應用問題探究

張宏瑞,張 蝶

(1.武漢船舶職業技術學院,湖北 武漢 430000;2.武漢輕工大學,湖北 武漢 430023)

0 引言

實驗室不僅是學生開展實驗學習的重要陣地,而且也為高校的科研工作創造了可靠保障,只有確保實驗室內各項功能的完備性,才能真正提高教學水平,為各個使用人員提供良好的條件。 實驗室管理工作具有一定的復雜性和綜合性特點,涉及人員管理、環境管理和設備管理等等,因此對于管理人員提出了更高要求。在智能化時代下,以智能管理系統為依托,提高高校實驗室管理水平,解決傳統人工模式下的局限性問題,方能真正體現實驗室的核心價值及作用。 在智能管理系統建設中,相關人員應考慮到實驗室的基本特點和使用需求,要確保系統功能的適用性,為師生提供更好的服務。

1 高校實驗室智能管理系統建設的必要性

隨著學生數量的增多,給實驗室管理工作帶來了新的挑戰,管理人員需要做好詳細的計劃,以保障教學和學習任務的順利推進。 在傳統管理體系下,由于缺乏協調性和組織性,會出現多人共用一臺設備的情況,資源利用率不高,而且會造成數據信息的丟失,教學及科研工作無法達到預期效果。 而隨著智能管理系統在工作中的廣泛應用,使得上述問題得到有效處理,可以結合實際工作計劃提高實驗室管理工作的協調性,在統籌兼顧下合理安排各項教學任務和科研任務。 高校對實驗教學的重視程度逐步提高,實驗室設備的數量和類型也在增多,這是實驗室管理的主要對象,在傳統管理模式下會加大管理人員的負擔,浪費大量的人力、物力和財力等。 而應用智能管理系統時,可以實現設備儀器的快速分類,幫助學生和教師詳細掌握設備儀器的使用信息,加強對整個使用過程的動態化監督,防止出現損壞和丟失的情況。 保障良好的安全性,是實驗教學和科研工作的基本要求,在智能管理系統的支持下,可以及時發現實驗中存在的安全隱患,并且當相關參數超過閾值后能夠及時發出警報信息,及時提醒相關人員撤離,為安全管理工作奠定基礎,避免發生嚴重的事故問題。 高校實驗室智能管理系統如圖1所示。

圖1 高校實驗室智能管理系統

2 高校實驗室智能管理系統建設策略

2.1 系統框架

2.1.1 門禁管理與考勤模塊

門禁管理模塊的設計,可以有效保障實驗室管理的規范性和秩序性,維持良好的教學及科研工作秩序,該模塊包括了門禁控制器模塊、電源模塊、NFC 讀卡模塊和電控鎖模塊等。 系統運行供電主要依靠電源模塊,近距離無線通信技術的應用,可以通過快速掃描校園卡的方式識別學生信息。 無線節點中引入ZigBee 模塊,有助于提高信息傳輸的效率,CC2530 的控制效果更好,組網能力優越,降低外界因素對通信過程的干擾。 電控鎖電源主要由繼電器模塊實施控制,可以滿足快速閉鎖和開鎖要求。 尤其是隨著智能手機的逐漸普及,為門禁管理和考勤管理提供了便利,教師可以運用手機App 及時獲取學生的考勤情況和實驗室狀態,包括了閉門狀態和開門狀態等,及時發現其中的問題并進行處理,達到遠程管理的要求。 門禁管理系統如圖2 所示。

圖2 門禁管理系統

2.1.2 環境參數采集模塊

實驗工作對于室內環境因素的要求較高,如果環境參數出現較大的波動,則有可能對最終的實驗結果造成干擾,因此在設計工作中也應該加強關注。 環境參數采集模塊是智能管理系統中的關鍵組成部分,可以針對光照信息、PM2.5、溫度、濕度等實施快速采集和動態監測,為管理人員提供更多的參考,以便及時調整實驗計劃,降低環境因素的影響。 傳感器模塊和ZigBee 模塊等共同組成環境參數采集模塊。

2.1.3 控制模塊

智能管理系統的控制模塊主要包括了窗簾控制模塊、視頻監控模塊和智能空調控制模塊、燈光控制模塊等等。 在ZigBee 模塊、控制電機、電源模塊和繼電器模塊的支持下,智能管理系統可以達到智能管理的基本要求。 比如管理人員能夠通過遠程操作的方式對實驗室內的窗簾和燈光實施管控,呈現出良好的聯動效果。結合實驗工作需求,空調系統的智能化開關控制和溫度、通風控制,能夠改善實驗室內部環境,滿足師生的工作與學習需求。 在管理平臺當中,管理人員可以運用視頻監控功能更加直觀地看到實驗情況,在出現問題后也可以回看視頻錄像,強化了對整個過程的監督效果,防止出現安全問題。

2.1.4 系統網關

無線節點通信服務和無線節點與服務器的通信服務,是網關提供的網絡通信服務類型,前者實現了ZigBee 網絡無線節點和Sink 節點的快速通信,后者借助于Socket 網絡協議提高通信效率與質量。 ZigBee芯片和TP-Link WR703N 路由器的聯合應用,可以改善物聯網網關的使用效果,滿足了協議轉換的需求,同時接入能力更強。 在OpenWRT 操作系統的支持下,能夠實現模塊化管理,自動化水平更高,為系統功能擴展創造了條件,符合當前智能管理系統的設計要求[1]。 物聯網網關的設置,與數據中心服務器的網絡通信更加便捷,可以達到實驗室的智能化管理標準。

2.2 應用平臺

2.2.1 用戶信息管理模塊

用戶信息管理模塊是應用平臺中的主要模塊,可以針對師生的基本信息進行采集和記錄、存儲,同時在人員流動的過程中實施智能化管理,防止在實驗室造成混亂問題,有助于減輕工作人員的負擔。 用戶信息管理賬號的設置,需要設定相應的權限,以保障整個操作過程的安全性。 用戶信息管理模塊可以滿足工作人員的信息修改、刪除和添加、查詢等要求;還能針對實驗室使用人員的變動情況進行實時化調整,提高實驗室的動態化管理水平,預防諸多意外狀況,保障使用人員的安全[2]。

2.2.2 設備信息管理模塊

高校實驗室內部的實驗設備較多,而且不同設備的結構特點和原理、使用方法等存在較大的差異性,這也是實驗室管理工作中的主要難題。 在智能管理系統建設中引入的設備信息管理模塊,實現了分類管理和精細化管理的目標。 尤其是物聯網技術能夠結合不同設備的使用需求實施智能化控制,為使用人員提供個性化服務的同時,避免了設備在使用過程中出現丟失和破壞的狀況。 在設備購置過程中,管理人員需要及時在系統當中錄入設備基本信息,使用中做好設備信息和人員信息的快速登記,以便在出現意外狀況時能夠及時溯源。 在實驗設備達到報廢標準后,管理人員要及時在系統中刪除設備信息。 RFID 技術在設備信息管理中的應用較多,通過掃描設備標簽就可以更加快速地獲取其基本信息,包括了使用狀態和運維狀態等等。

2.2.3 節點信息與環境信息管理模塊

智能管理系統中的無線模塊數量較多,可以在節點信息管理模塊的幫助下實現統一化集成管理。 運用物聯網技術可以提高智能化控制水平,同時滿足未來工作中的系統擴展需求,為高校教學和科研工作的可持續發展奠定保障。 在該模塊的支持下,刪除和添加相關節點信息更加高效,這在系統功能開發中發揮著至關重要的作用,有利于降低系統建設成本,模塊設計與開發效率也更高[3]。 在信息管理模塊的支持下,實驗室內部的環境信息可以實現高效化采集與處理,得到更加可靠的環境信息分析報告,在決策過程中獲得更加可靠的參數。

2.2.4 門禁和考勤管理模塊

結合不同班級的課表情況,加強實驗室的門禁及考勤管理,教師和學生可以通過刷卡的方式進入實驗室,實現了不同班級和使用人員的有效協調,在實驗室管理工作中更具秩序性,防止在使用時出現沖突和矛盾問題。 各類實驗設備和實驗平臺的組織分配也會更加合理,避免對學生的實驗學習產生負面影響,該模塊也可以自動化記錄實驗設備的使用情況,以便幫助教師對學生實施考勤管理,為評價工作提供更多信息[4]。同時,預約功能也可以滿足學生在課后自主學習的需求,提高實驗室利用率。

2.2.5 系統信息管理模塊

在智能管理系統建設中,系統信息管理模塊具有核心作用,可以更加高效的管理系統權限,比如功能設置、用戶設定和操作者角色定義等,避免出現誤操作而對實驗室智能管理系統的安全性造成威脅[5];可以針對實驗室的各項數據實施自動化備份處理,確保在出現意外情況時能夠及時啟用備份數據,避免造成嚴重損失。

3 結語

高校實驗室的有效管理,可以確保各項實驗項目的順利推進,降低對實驗結果的干擾,提高高校辦學水平和科研能力,為教師和學生創造良好的使用環境。智能管理系統的應用,符合當前現代化管理的要求,可以解決傳統管理模式的局限性問題。 在系統架構方面,應該以門禁管理與考勤模塊、環境參數采集模塊、控制模塊和系統網關為重點,確保系統功能符合實際使用需求。 在應用平臺設計中,要加強對用戶信息管理模塊、設備信息管理模塊、節點信息與環境信息管理模塊、門禁和考勤管理模塊和系統信息管理模塊等設計環節要點的控制,以改善系統運行成效。 此外,相關人員還應該通過轉變傳統觀念、完善制度體系和提高人員素養等途徑,充分發揮智能管理系統的應用價值。