基于Web 的多功能实验室管理系统设计及应用

2014-05-27徐华中

武汉理工大学学报（信息与管理工程版） 2014年4期

程萍，吴飞，徐华中

(武汉理工大学自动化学院，湖北武汉430070)

随着实验室规模的扩大及功能的复杂化，实验室在承担常规实验任务的同时，要求增加设计性、综合性、创新性和选择性实验项目，以满足不同用户个性化发展的需要，这就要求为实验室管理者和用户提供更好的技术支撑、便捷的服务以及高效的管理模式。随着使用实验室的用户人数激增，采用传统的实验室管理模式显然已经力不从心，开发多功能实验室管理系统势在必行［1］。

为了提高各类用户的实际动手能力、理论水平，需要配置各种类型的实验室。但用于实验室的面积增长有限，难以提供与用户规模相当的实验室［2］。这就使得许多管理者将功能相对单一的实验室集中起来，功能叠加，构建多功能实验室，这给实验室管理带来了新的挑战［3］。

因此，采用信息技术、计算机技术，以及网络技术，构建多功能实验室管理系统是一项十分迫切的任务。

1 功能分析

多功能实验室包括3 个区域：公共区、基础实验区和科研区。公共区主要放置微机、打印机、扫描仪。基础实验区进行用户数量较多且不复杂的实验。科研区放置各种较昂贵仪器并可在此进行较复杂的科学研究实验，该区供经授权后承担科研任务的用户使用，需要专门的预约登记手续。

在多功能实验室中主要有3 类人员，即用户、实验指导人员和实验室管理人员。用户需要接受实验安排，预约公共区计算机位，接受实验指导人员的任务安排并及时汇报实验的进展情况等。实验指导人员需要借助系统向用户发布消息、分配任务并监管用户实验的进程等。实验室管理人员包括实验室工作人员和相关部门负责人，实验室管理人员需要对实验室设备进行管理，对实验进行安排，接受和处理公共区和科研区的预约。多功能实验室管理系统主要功能如图1 所示。

2 系统方案设计

2.1 开发工具和数据库的选择

目前系统构建的应用软件开发模式分为两种：客户机/服务器(C/S)模式和浏览器/服务器(B/S)模式［4］。C/S 模式是面向应用的，一般建立在专用的小范围网络环境下。考虑到Web 应用具有不受办公地点限制的特点，因此采用B/S架构模式可以满足系统用户，特别是指导教师移动办公的需求。

在开发工具的选择上，PHP 混合了C、Java、Perl 以及PHP 自创新的语法［5］。安装PHP 可以使其比CGI 或者Perl 更快速地执行动态网页［6］。用PHP 做出的动态页面与其他的编程语言相比，PHP 是将程序嵌入到HTML 文档中去执行，执行效率比完全生成HTML 标记的CGI 要高许多;PHP 还可以执行编译后代码，编译可以达到加密和优化代码运行，使代码运行更快的目的。PHP支持几乎所有流行的数据库以及操作系统。

在数据库的选择上，系统采用了MYSQL 数据库。MYSQL 是一个快速、多线程、多用户的SQL 数据库服务器［7］，是PHP 的首选数据库。支持正规的SQL 查询语言和采用多种数据类型，能对数据进行各种详细的查询等都是PHP 选择MYSQL 的主要原因［8］。

图1 多功能实验室管理系统功能图

2.2 数据库设计

根据上述功能分析，多功能实验室管理系统所管理的对象主要有实验指导人员、基础实验用户、科研实验用户、实验室、实验室管理人员、实验设备、计算机等，包括管理员表、实验指导人员表、用户表、设备表、设备维修表、计算机表、报告文档表、月汇报文档表、材料表、项目表和实验评价表等，共计21 个表。

2.3 YII 框架的应用

随着Web 应用规模的不断扩大，为提高应用开发效率，在项目中经常需要框架［9］。YII 是一个基于组件的高性能PHP 框架，用于开发大型Web 应用［10］。YII 提供了目前Web 2.0 应用开发所需要的几乎一切功能。

作为一个PHP 开发的应用框架，该系统采用WNMP(Windows+Nginx+MYSQL +PHP)集成环境，系统架构如图2 所示。

图2 YII 框架系统构架

2.3.1 应用入口

应用入口包括访问入口、应用控制器、应用组件3 个部分，其主要功能是初始化Web 应用所需组件，并启动YII 框架。

其中访问入口是一个启动脚本文件，其配置如下：

在main.php 中，配置所需要用到的组件及其参数，包括所用数据库组件、分布式缓存组件、域名管理器组件、代码生成器组件(Gii)等，配置文件部分内容如下：

这里考虑到系统规模，设计采用两台计算机运行CMemCache 缓存服务，将经常性访问的数据存入分布式缓存中可以提高系统整体性能。使用成熟的开源数据库MYSQL 可以有效控制系统开发成本。利用可视化的代码生成器Gii，可以自动地生成MVC 代码文件，提高开发效率。

2.3.2 控制器

控制器接受用户输入并调用模型和视图完成用户的需求。控制器是继承CController 的一个类。当用户对其发出请求后，相应的控制器将会被创建，并执行用户请求的动作。

2.3.3 模型

模型用来持久化数据，描述业务规制。一个模型即是一个独立的数据对象，其既可以是数据库中的一个表又可以是一个用户输入表单。这两种数据对象在YII 框架中对应为FormModel(FM)和ActiveRecord(AR)两个对象。

FM 对象是CFormModel 的一个实例，其通常用来收集用户输入，这些数据通常是被收集、使用后就即刻被销毁的，例如用户登录，输入的用户名和密码以用户输入表单的形式提交服务器，YII框架使用FM 对象对其进行收集和处理。

AR 对象是CActiveRecord 的一个实例，其被设计成一个访问数据库的抽象对象，每一个AR对象对应着数据表中的某一字段列数据的集合。通过AR 对象，多种数据库可以通过相同的方式进行访问。

2.3.4 视图

视图是用户看得到的并与其交互的界面。YII 中视图主要是由用户交互组件组成的php 脚本文件，而通过这些脚本文件名，控制器将用户请求应答的数据回传到相应的视图脚本文件中。利用一个特殊的视图类Layout，该视图将公共的头部和尾部内容定义在一个静态文件中，编写视图脚本文件时只需要关注主题内容，可以使Web 应用具有一致的界面风格并减少重复代码量。

3 应用实例及效果分析

3.1 应用实例

该系统已经在某大学研究生实验室成功进行了应用，该系统运行4 个月以来，共计有5 名实验室管理员、13 名研究生导师和56 名研究生试用了该系统。为了节省成本、提高硬件使用效率，系统连同数据库服务器、Web 服务器，以及文件服务器一同被部署在一台主机上。主机放置在研究生多功能实验室中，通过校园网与互联网相连。实验室管理员、研究生导师和研究生既可以通过台式机上网操作，也可以用手机等移动设备无线上网操作该管理系统。

3.2 应用结果分析

该多功能实验室管理系统主页如图3 所示，学术交流功能中学习资料网页截图如图4 所示，设备预约中计算机预约功能网页截图如图5 所示。

图3 多功能实验室管理系统主页界面图

经测试，系统首页面在校园网内的平均响应时间为0.01 s，而查询全部237 名研究生的个人信息时，页面的平均响应时间为0.5 s。因此应用YII 架构可以提高系统的运行速度，满足管理系统要求。

4 结论

在实验室资源严重紧张的情况下，急需将多个功能叠加到一个实验室中，因此构建多功能实验室管理系统是十分必要的。由于手机等移动上网设备日益普及，采用B/S 结构是必然趋势，考虑到动态响应能力、降低成本等各方面因素，该系统采用PHP 开发工具、MYSQL 数据库，以及基于组件的高性能YII 框架。测试结果表明，所构建的基于Web 的多功能实验室管理系统响应快、可扩展性好。多功能实验室管理系统在某研究生实验室应用后，导师和研究生可以随时进行设备和计算机预约，提高了设备和计算机的利用效率，构造了公平和谐的学习和实验室环境。同时也大大降低了实验室管理人员工作量和实验成本。