數字化多維度大儀共享管理系統的架構設計與實踐

中圖分類號：TP311.52 文獻標志碼：B 文章編碼：1672-7274（2025）07-0231-03

Architecture Design and Practice of the Digital Multi-dimensional Shared Management System for Large-scale Instruments

CHEN Min¹ ，WANG Min2

（1.NatioalEngineringResearch CenterforSpecialSeparationMembrane，NanjingTechUniversityNanjing 21816，Chia; 2.Laboratory Construction and Management Ofie，Nanjing Tech University，Nanjing 211816，China）

Abstract： This paper explores the architecture design and practice of the digital multi-dimensional shared management system forlarge-scale instruments，aimingtoachieve the sharingand eficient managementof largescale instruments and equipment through information-based means.The system adopts advanced design concepts and technical means to improve the utilization rateof equipment，optimize resource allocation，and promote scientific research cooperation and innovative development.

Keywords：digitalization; large-scale instrumentsand equipment; shared management system; architecture desigr

0 引言

在科研領域，大型儀器設備作為科研活動的重要支撐，其高效管理與共享利用對于提升科研效率、促進資源優化配置具有極端的重要性。然而，傳統管理方式卻常常陷入信息孤島、資源分配失衡、預約流程繁復的困境，嚴重阻礙了科研工作的順暢進行。因此，構建一套數字化、多維度的大儀共享管理系統顯得尤為迫切。隨著數字化浪潮的蓬勃興起，利用數字化多維度的先進理念和技術手段，可以打破傳統管理桎梏，實現設備信息的實時共享、資源的高效配置以及使用流程的極大簡化。

1 數字化多維度大儀共享管理系統概述

1.1數字化多維度的內涵闡釋

數字化是將物理世界中的各類信息轉化為可被計算機識別、處理與傳輸的數字形式的過程。在大儀共享管理系統中，深度融合物聯網、大數據、云計算等前沿數字技術，實現了設備管理的智能化與高效化。物聯網技術使設備的狀態能夠實時被監測，確保設備的正常運行與及時維護。大數據技術負責對海量數據進行挖掘與分析，為決策提供有力支持。云計算提供強大的數據存儲與處理能力，保障系統的穩定運行。從管理視角來看，系統實現了設備、用戶、使用流程等多維度的全面覆蓋。在設備維度上，詳細記錄各項參數與使用狀態；在用戶維度上，精準管理身份、權限與行為；在使用流程維度上，優化了預約、審批、使用、反饋等環節。這些維度的有機融合，共同構建了一個高效、智能、便捷的大儀共享管理體系。

1.2大型儀器設備的概念與范圍界定

大型儀器設備（簡稱大儀），是指那些體積龐大、技術復雜、價格昂貴，且具備高精度、高性能或特殊功能的科研與教學設備。這些設備涵蓋多個學科領域，如物理學的電子顯微鏡、化學領域的質譜儀、生物學的基因測序儀，以及工程學的精密加工機床等，它們都是各自領域內的貴重儀器[1]。在科研活動中，大型儀器設備是探索未知、驗證理論的重要工具，為科研人員提供了精確的實驗數據，推動了科學技術的進步。在教學方面，這些設備是培養學生實踐能力、創新思維的重要平臺，幫助學生更好地理解科學原理，掌握實驗技能。因此，大型儀器設備是推動學科發展、提升教育質量的重要基石。

1.3共享管理系統的功能與構成要素

共享管理系統作為一種創新的管理模式，旨在實現資源的高效利用與協同管理。它具備一系列基礎而關鍵功能，涵蓋資源的集中調度、信息的無縫共享、精細的權限控制以及全面的使用監控，從而確保資源能夠精準對接需求，實現優化配置。從構成層面來看，共享管理系統精心設計了多個核心組件，包括資源數據庫這一信息基石，用戶管理模塊以支持多用戶環境的靈活管理，預約審批流程以簡化并規范資源申請過程，以及使用記錄與反饋機制，為持續改進提供數據支撐。這些組件之間緊密配合，相互支撐，共同維系著系統的穩定高效運行。相較于傳統的設備管理模式，共享管理系統實現了質的飛躍。它打破了信息壁壘，促進了資源的實時共享與動態調配。通過簡化預約流程，極大地提高了設備的使用效率，使得資源能夠更迅速地響應需求變化。

2 大型儀器設備共享應用現狀與管理需求

2.1大型儀器設備共享應用現狀

近年來，高校大型儀器設備數量迅猛增長，總量以年均約 10% 的速度遞增，總值逼近萬億元，大型儀器設備占比逐年上升。為促進這些資源的開放共享，國家出臺了一系列政策措施。在此背景下，高校和科研院所對科研儀器開放共享的理念發生根本轉變，從“為我所有”轉向“為我所用”，并紛紛建立大型儀器設備共享平臺，用戶只需通過平臺，即可輕松查詢設備狀態、預約使用時間，了解收費標準，這極大提高了設備利用率。2024年，受財政部、科技部等部門委托，國家科技基礎條件平臺中心對中央級高校和科研院所的科研設施與儀器開放共享情況進行了評價考核。此次考核覆蓋26個部門的344家單位，涉及科研儀器共計4.9萬臺（套），其中包括80個重大科研基礎設施?？己私Y果顯示，50家單位表現優異，榮獲優秀評價；100家單位表現良好，獲得良好評價。值得一提的是，參評科研儀器的年平均有效工作機時高達1511小時，入網比例實現 100% 全覆蓋，年平均對外服務機時達到256小時[2]。部分高校通過深化改革和創新實踐，顯著提升了科研設備的使用效益。

2.2大型儀器設備共享管理需求

大型儀器設備共享管理需統籌兼顧多維需求，構建科學化管理體系。從用戶需求維度看，科研人員亟需智能化預約系統與實時設備狀態監測功能，以優化實驗規劃并實現課題組科研數據動態可視化；學生群體則依賴簡潔易用的交互界面，要求集成儀器查詢、在線學習、預約及報告獲取等全流程服務模塊。在管理需求層面，需建立設備全生命周期監管機制，通過資源調度算法提升設備利用率，依托資產效益分析模型支撐管理決策，同時強化操作規范培訓體系以保障使用安全。從發展需求來看，共享平臺應著力破除學科壁壘，通過開放共享機制促進跨領域技術融合，重點配置前沿設備以滿足創新型科研需求，構建“資源-技術-服務”協同創新生態，切實提升科研基礎設施對高水平成果產出的支撐效能。

3 數字化多維度大儀共享管理系統的架構設計

3.1總體架構設計

數字化多維度大儀共享管理系統的總體架構設計，首先要明確架構目標與原則。系統的總體目標是實現大型儀器設備的高效共享、智能管理以及安全可靠運行，滿足科研創新和發展的多元化需求。在設計原則上，要堅持開放性，確保系統能夠兼容并蓄，與各類科研設備和平臺無縫對接；要注重可擴展性，以便隨著科研技術的進步和需求的變化，系統能夠靈活升級和擴展；要強調易用性，讓科研人員能夠輕松上手，高效利用系統資源。在分層架構模型設計上，要采用表現層、業務邏輯層和數據訪問層三層架構模式。表現層作為系統的前端，實現用戶交互體驗，提供直觀易用的操作界面；業務邏輯層則負責處理核心業務，通過智能管理和高效調度，確保業務流程的順暢執行；而數據訪問層作為系統的數據基石，負責數據的存儲、快速檢索和有效管理，嚴格保障數據的安全性與一致性。這種分層設計不僅結構清晰、合理，而且能夠充分發揮各層的功能優勢，有效提升系統的整體性能和穩定性，為大型儀器設備的共享管理提供堅實的技術支撐。

3.2功能模塊設計

數字化多維度大儀共享管理系統是由多個功能模塊組成。在設備管理模塊中，規劃設備信息的錄入與更新機制，確保每一份設備檔案都準確無誤，為設備管理奠定基礎。通過設備狀態監測功能，實時掌握設備運行狀態，為及時進行維護提供依據。設備維護提醒功能則自動發送維護通知，確保設備得到及時保養，避免因疏于維護而造成損壞。在用戶管理模塊中，針對不同類型用戶設計嚴謹的注冊、登錄機制，并配以精細的權限分配策略，確保系統使用的安全性和合規性。用戶信息修改功能讓用戶能夠隨時隨地更新個人信息，保持數據的時效性和準確性。在預約使用模塊中，構建便捷的預約流程，用戶可輕松查看可預約時段，提交預約申請，等待系統審核，并可預約變更與取消操作，方便用戶根據自己的需求合理安排設備使用時間。在資源配置與統計分析模塊中，根據設備使用情況和用戶需求，動態調整設備分配方案，提高設備利用率。提供強大的數據統計分析功能，為管理決策提供科學、準確的依據。在數據安全與監控模塊中，通過加密、備份恢復和訪問控制等多重功能，確保數據的安全無虞。實時監控系統運行狀態，及時發現并處理異常情況，保障系統的穩定運行。

3.3數據庫設計

在數字化多維度大儀共享管理系統中，數據庫設計關系著數據的存儲與管理。在數據需求分析階段，深入剖析系統運行所需存儲和管理的各類數據。這包括設備的基礎數據，如設備名稱、型號、規格、生產廠家等；用戶信息數據，涵蓋用戶身份、聯系方式、權限等級等；預約記錄數據，記錄用戶的預約時間、設備名稱、使用時長等；設備運行數據，如設備運行狀態、維護記錄、故障報警等。明確這些數據的來源、格式以及它們之間的相互關系，為數據庫結構設計打下基礎。在數據庫結構設計階段，根據數據需求，設計合理的數據庫結構。創建多個數據表，明確每個表的字段定義，如字段名稱、數據類型、長度等。設置主鍵與外鍵，確保數據的完整性和一致性。通過設計，實現數據的高效存儲與查詢，為系統的穩定運行提供有力保障。

4 數字化多維度大儀共享管理系統的實踐應用

4.1系統開發與部署

開發與部署數字化多維度大儀共享管理系統是一個系統工程。在開發環境與技術選型方面，選擇主流的編程語言，如Java或Python，結合SpringBoot等高效開發框架，以及MySQL或Oracle等穩定可靠的數據庫管理系統。這些選擇基于技術成熟度、性能表現及可擴展性考慮，確保系統能夠高效運行并易于后續升級。在系統部署方案方面，注重實際應用的穩定性與用戶需求滿足。規劃高性能的服務器配置，設計穩健的網絡架構，確保系統能夠承載大量并發訪問。充分考慮與現有信息系統的集成，通過API接口或數據同步等方式，實現系統間的無縫對接，提升整體工作效率。這樣的部署方案既保障了系統的穩定運行，又滿足了用戶的實際需求，為數字化大儀共享管理提供了有力支撐。

4.2系統應用案例展示

以南京工業大學為例，截至2024年10月，我校構建并運行的大型器共享信息化服務平臺，已成功納入638臺（套）處于良好運行狀態的大型儀器設備。其中，559臺設備實現了系統內的線上使用功能，累計生成30190條使用記錄，完成15.2萬個測試樣品的檢測工作，總使用時長達到了10.1萬小時[3]。通過對比平臺應用前后的相關數據，明顯觀察到設備利用率得到了顯著提升。同時，用戶滿意度也隨之上升，科研人員能夠更加便捷地進行設備預約和使用，科研活動的進程因此變得更加順暢高效。此外，管理效率也得到了極大程度的提升，管理人員能夠實時了解設備的使用狀態，迅速響應各類需求。該平臺的實際運行，提高了大型儀器設備的共享利用率，增強了科研機構的整體科研實力和管理水平，為科研創新工作提供了堅實的支撐，展現了數字化管理在大型儀器設備共享領域所發揮的積極作用。

5 結束語

經過深入探索與實踐，數字化多維度大儀共享管理系統已初步成型。系統架構設計科學合理，充分考慮了用戶需求、管理效率及技術發展等多方面因素，為系統的穩定運行奠定了堅實基礎。在實踐過程中，不斷優化系統功能，提升用戶體驗，取得了顯著成效。因此，要繼續秉承創新理念，不斷完善系統架構，深化實踐應用，努力打造更加高效、便捷、智能的大型儀器設備共享管理平臺，為科研創新和發展提供有力支撐，助力科技事業蓬勃向前。

參考文獻

[1]葉云洋，陳海哨，朱光鋒.基于研究聯合體的區域科學儀器管理系統研究[J]科技創新與應用，2024，14（34）：81-84.

[2]陳安娜，周媛媛，王繼綱，包木太.院際儀器共享平臺構建共同網絡管理系統的探索[J].實驗室科學，2024，27（01）：211-214.

[3]陳敏.信息技術在高校大型科學儀器開放共享管理中的應用[J].計算機產品與流通，2023（09）：202-204.