大型仪器共享平台的智能化运行管理分析

李 祥

山东农业大学生命科学学院作物生物学国家重点实验室 山东泰安 271018

实验室与实训基地建设

大型仪器共享平台的智能化运行管理分析

李 祥

山东农业大学生命科学学院作物生物学国家重点实验室 山东泰安 271018

大型仪器共享平台的建设和运行管理是国家重点实验室建设的核心内容之一。在信息化时代，建立智能化的大型仪器平台运行管理体系是大势所趋。描述了作物生物学国家重点实验室大型仪器共享平台状况，探讨智能化管理的需求和目标，给出了智能化运行管理平台设计的基本要求、功能设计，综合分析了智能化运行管理的使用效益。

大型仪器共享平台；智能；运行管理；使用效益

国家重点实验室是国家科技创新体系的重要组成部分，是国家组织高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科技人才、开展高水平学术交流、科研装备先进的重要基地［1］，其中大型仪器共享平台的建设和运行管理是国家重点实验室建设的核心内容之一，在高层次人才培养、重大科研攻关、经济建设等方面发挥着举足轻重的作用。［2］作物生物学国家重点实验室自2007年建设以来，取得了一系列突出的成果，作者曾根据本实验室情况，从仪器设备的正确选购、合理布局、管理制度建设、正确使用与维护等方面阐述大型仪器设备的管理和维护。［3］随着国家对科技创新平台建设的投入持续加大，大型仪器设备的数量和质量显著改善。随着计算机、网络通信技术的快速发展，大型仪器平台的传统管理模式已不能适应信息时代高效、便捷的工作要求。多位作者对大型仪器设备的网络信息管理系统进行了设计和探讨，实现了智能管理的预约管理、资产管理等部分功能［4-10］，但仪器使用的智能管理功能薄弱。所以，深入探讨智能管理的需求和目标，建立智能化的大型仪器平台运行管理体系是大势所趋。本文就大型仪器平台状况、智能化运行管理平台的设计要点、功能要求及使用效果进行了综合分析。

1 大型仪器设备平台的传统管理状况

本实验室大型仪器平台根据作物生物学研究的需要，建设了4个子平台。

1.1 作物生理生态技术平台

包括多种类型的光合仪、荧光仪、水分水势仪、大气土壤监测、根系扫描系统等仪器，单价20万元以上的大型仪器11件，主要是光合作用测定系统、多功能植物效率仪、光合荧光测定系统等，为高产栽培生理、逆境生理、光合作用等研究提供技术支撑。

1.2 分子生物学与遗传工程技术平台

包括多台荧光定量PCR仪、超/高速冷冻离心机、蛋白质分离等仪器一批，单价20万元以上的大型仪器16件，主要有荧光定量PCR仪、生物大分子相互作用系统、高级蛋白纯化与检测系统等，为作物生长发育、激素调控、产量品质重要性状的分子基础研究提供技术支撑。

1.3 细胞生物学与染色体工程技术平台

包括各类电镜、显微镜、切片机及附属设备，其中20万元以上的大型仪器有12件，主要有激光共聚焦显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、活体成像系统等，为细胞水平的分子生物学研究提供平台支撑。

1.4 分析测试研究平台

包括各类质谱仪、色谱仪、光谱仪、品质检测类仪器，其中总价20万元以上的大型仪器21件，主要有液质联用系统、气质联用系统、毛细管电泳系统等，用于物质成分分离鉴定、定量分析，在作物生理生态、分子细胞生物学和种质创新研究上发挥重要作用。

实验室建立了大型仪器设备纸质档案，包括基本信息、采购文件、仪器说明书、操作手册和维修保养单等。每台仪器配备“大型精密仪器设备使用记录本”，用于仪器的预约、使用情况记录等，并配有简明操作规程。大型仪器设备设专职实验技术人员，负责大型仪器设备的管理、维护和功能开发，并不定期的开设大型仪器使用技术培训班，研究人员和研究生经培训后可单独操作仪器。但这种传统的管理模式存在如下诸多弊端。

（1）纸质档案和记录本保存不易且占空间，记录的信息量少，使用情况统计烦琐，需占用管理人员较多时间，效率低。各项登记可能因为人为因素无法真实反映设备的使用情况和运行状态。［11］

（2）人工预约或记录本预约（使用紧张的仪器）不够便捷，且可能会因为人为原因造成预约冲突，从而影响实验的进行。

（3）无法进行过程监管。仪器运行过程中经常无人看管，虽然多数大型仪器有运行状态的日志记录，但一旦有异常情况出现，不能及时处理。

（4）无法进行远程监控和数据传输。大型仪器由于系统稳定的需要，一般不连接互联网，防止病毒入侵，既不能远程控制，又不能传输实验数据。实验数据需要刻录光盘，既不方便，又增加成本。

（5）浪费人力，降低技术人员工作效率，难以发挥应有的作用。虽然是专人专管，但一人管理数件仪器，烦琐的协调管理工作占用了大部分的时间，管理人员精力分散，难以做好设备维护及技术改进。

2 智能管理平台结构与功能介绍

优秀的智能管理平台应该是一个稳定性强、外行人非常容易使用和维护的系统，在设计上应满足以下基本要求。

（1）系统稳定性强。一个稳定的系统应具备少出问题、快速解决、监控系统健康状况趋势等特征，要采用容错设计和开发计算结构，可分层隔离。

（2）系统安全性突出。安全性是系统稳定运行、少出问题的关键，是在病毒泛滥的网络系统设计中必须重视的要求。

（3）结构设计先进。系统结构设计和设备应能体现先进性，同时又具有强大的发展潜力。

（4）软硬件系统可操作性强。系统管理员要在不改变系统运行的情况下具备对系统进行调整的能力。不同层级的管理员可非常容易的掌握使用方法，故障易于排除。

（5）可扩展性、兼容性强。系统应采用标准化的设计，可保证标准规范下的不同类型软硬件设备协同运行，并可容易的增加管理单元。

这样一个智能管理平台可以实现大型仪器的自动化管理，具体包括如下管理功能。

（1）系统管理：系统的核心管理模块，包括菜单管理、层级管理、权限管理、用户管理、系统参数配置等。在菜单管理中，要能动态配置系统多级菜单信息，能随时调整配置菜单信息；在层级管理中，能根据工作需要添加、删除或修改层级信息。在权限管理中，能为不同层级管理员分配不同的操作权限，进而保证系统的灵活性及安全性。在用户管理中，可以为用户指定所属角色，以便于享受该角色的权限配置。对系统参数进行配置，以保证整个系统的平稳运行。

（2）授权管理：实验室仪器管理员对仪器的使用权限进行管理，实现使用仪器人员的授权，保证管理和执行的动态一致性。

（3）仪器资料管理：不同层级的管理人员可以对其管辖的仪器设备编辑、修改仪器基本信息，上传说明书、操作规程、注意事项等单独的文件。

（4）仪器检索：可以按照仪器名称、原理、用途等关键词检索仪器，以方便网上预约。

（5）仪器预约：针对不同大型仪器的使用特点，实现多种预约模式，可设定多种形式预约优先级。将仪器预约使用流程规范化、信息化，预约与使用记录自动关联，预约未履行应按时间收费。采用限时段预约模式，保证预约的公平性。完成预约、受理、测试、收费等多个环节的流程化服务，并记录仪器的各项使用数据，包括测试样品个数、使用机时、收费金额等运行信息。实现黑名单管理机制，将恶意预约用户加入黑名单，以限制其后期的预约权限，进一步提高预约的公平性。开放程度管理可以根据不同的管理需求，指定可以预约使用仪器的人员范围。

（6）实时自动计费：刷卡后，自动根据已设定的仪器收费标准（包括折扣率）进行自动计费和收费。应包含多种计费方式，可对仪器及测试项目分别计费。

（7）数据文件传输：为了仪器软件系统的安全，在计算机不联网、不用U盘、不刻录光盘的条件下，仪器计算机上实验数据应能够传输到数据中心服务器上，同时提供分级权限管理，实现方便、快捷、安全地获取实验数据。

（8）远程控制：实时记录显示实验仪器电流情况，可在网上远程控制仪器电脑、电源开关等，实现远程控制。

（9）在线培训：实现培训资料的在线管理、在线学习及下载，可在线考试，提高培训效率和效果。

（10）数据统计及输出：系统建立了大型仪器综合信息库，包括仪器功能、维修维护、培训资料、配件、科研成果、使用信息、费用信息等，可根据需要形成各种统计图表和报表，实现向上级主管部门的数据上报。

（11）应急处理：网络故障时，应急功能自动启动，授权用户仍可使用设备，并缓存相关信息，网络恢复，数据自动上传至服务器。

3 智能管理平台的使用效果分析

3.1 平台管理信息化 易查易用 方便快捷

智能化的管理平台保存了所有仪器基本信息、说明书、操作规程、注意事项等信息，所有用户都可以方便的查询、学习，可以开展在线培训及结业考试，使用起来方便快捷。

3.2 平台管理规范化 易管易监 高效透明

大型仪器智能化管理平台的建设是一个资源整合、管理模式改进的过程，通过层级管理、过程监督、实验数据传输、信息统计等功能确保仪器管理的规范化，使得设备数据更为规范，差错率最大程度降低。整个系统安全高效运行，管理措施、过程、功能透明，各级技术人员易于管理，也方便学校、实验室等监管部门监督。

3.3 平台管理智能化 降低综合管理成本

通过智能管理平台，设备管理的日常工作能够由原来的分散管理、局部管理转换为远程管理、全程管理；实验室可以通过该系统清晰掌握大型仪器设备使用状况，为大型仪器平台建设提供重要信息；实验技术人员可清楚了解所管辖仪器的状态、运行状况，可合理安排仪器的维护保养及维修。所有这些，避免了重复劳动，避免了层层统计，减轻了工作量，减少了人员配备，优化再造了工作流程，综合管理成本大幅降低。

3.4 平台管理综合化 设备管理目标容易实现

大型仪器平台的管理目标是能够更好地利用精密贵重仪器设备，保障设备资产的使用率最大化，并追求运行成本和维护费用的经济性。智能化管理平台将实验室大型仪器设备、综合管理人员、实验技术人员、仪器用户、专项及维护经费及相关配套设施等有机整合在一起，设备管理目标容易实现。远程控制、过程监督等功能可以确保仪器的实时控制，准确了解运行状况，及时发现问题，以便维护保养及维修。

3.5 解放了技术人员 改善了时间分配

智能化管理平台实现了管理人员、实验技术人员的解放，预约管理、远程监控、在线培训等显著提高了管理效率，可以将更多的时间用在仪器保养和实验技术开发中，提高了人员的工作效率。

智能管理平台将大型仪器、管理人员、技术人员、使用人员有机整合到一起，在改进资源管理模式、简化设备管理程序、提高设备管理工作效率、提高仪器运行效率、增强服务功能等方面发挥重要作用。

4 结束语

随着计算机、电子、网络通信、高密度存储、声像等信息技术的快速发展，我们已经进入到信息化社会，未来社会的发展将进一步向智能化、集成化、系统化的方向发展。华东理工大学、北京理工大学、河北农业大学等进行了高校大型仪器设备信息化管理系统的初步建设。［6，12，13］所以，建设智能化的大型仪器管理平台既是适应信息化社会发展的需要，也是实现大型精密仪器管理的实际需求。智能化运行管理是大型仪器平台管理的必然趋势，将显著提高管理效率，降低管理成本，实现管理目标。

［1］宋瑞平.以评促建，加强国家重点实验室建设运行管理［J］.实验技术与管理，2009，26（7）：12-14.

［2］张英香，郝智彪.切实做好国家重点实验室大型仪器设备的管理工作［J］.实验技术与管理，2005，22（12）：145-147.

［3］李祥，赵世杰，刘彬彬.国家重点实验室大型仪器设备管理与维护探索［J］.实验技术与管理，2011，28（12）：185-188.

［4］李克勤，董少春.基于Web的大型仪器设备管理信息系统的设计与实现［J］.高校实验室工作研究，2009，99（1）：46-49，54.

［5］罗家奇，徐云生，张正华.实验室网络信息化管理探讨［J］.实验室研究与探索，2008，27（5）：74-76.

［6］刘扬，黄朝华，吴炎.高校信息化大型仪器共享管理平台构建的研究与实践［J］.实验室研究与探索，2011，30（11）：267-270.

［7］梁志明，李磊，梁仕文.基于ZigBee技术的大型仪器设备管理系统［J］.实验技术与管理，2011，28（12）：100-103，115.

［8］杨章伟，刘坚，曾方.大型仪器设备与实验室预约管理平台的设计与实现［J］.萍乡高等专科学校学报，2013，30（3）：70-74.

［9］马汉达，宋元书，丁勤林.高校大型仪器设备共享平台的设计与实现［J］.中国管理信息化，2013，16（9）：99-101.

［10］焦萃峰.高校仪器设备管理信息化探讨［J］.中国现代教育装备，2010（1）：10-12.

［11］林聪，熊芳，林瑞余.加强大型精密仪器信息化管理的探讨［J］.中国科技信息，2012（1）：72-73.

［12］高凤新，卢士香.高校实验室仪器设备管理和使用的信息化建设［J］.实验室研究与探索，2014，33（5）：272-274，282.

［13］李亚南，王伊瑾.利用信息技术手段实现高校大型仪器设备共享管理［J］.河北农业大学学报，2013，15（4）：65-68，72.

Analysis of Intelligentized Operation and Management in Large-scale Instruments Sharing Platform

Li Xiang
State Key Laboratory of Crop Biology， College of Life Sciences， Shandong Agricultural University， Taian， 271018， China

The construction and operation management of large-scale instruments sharing platform is one of the core contents of State Key Laboratory. In the information age， the establishment of intelligent platform operation management system is the trending largescale instruments sharing platform. This paper describes the current situation of large-scale instruments sharing platform in the State Key Laboratory of Crop Biology. The needs and goals of intelligent management are explored. The basic requirements and functional designate also given for the design of intelligent operation management platform. A comprehensive analysis of the usingbenefts is conductedbased on the intelligent operation and management.

large-scale instruments sharing platform； intelligent； operation and management； using benefts

2015-05-05

李祥，博士，高级实验师。