高校大型仪器设备开放共享平台软件设计

彭世金， 郭 平， 吴 雁， 童 华

(西南石油大学 实验室与设备管理处, 四川 成都 610500)

高校大型仪器设备开放共享平台软件设计

彭世金， 郭 平， 吴 雁， 童 华

(西南石油大学 实验室与设备管理处, 四川 成都 610500)

分析了高校大型仪器设备重复建设、低效运行的关键原因,提出了以管理为中心、以资源为基础、以网络为载体、以共享为核心、以服务为宗旨的开放共享平台软件的设计理念,介绍了开放共享平台软件包含的信息交互管理、预约管理、经费管理、培训管理、仪器终端管控、效益分析与决策辅助、数据接口等功能的设计思路。

大型仪器； 开放共享； 软件设计； 开放预约

近年来,我国优质科技资源网络化共享问题得到了党和国家的高度重视,经国务院批准,科技部、教育部已会同相关部门制定了指导意见。作为拥有丰富的大型仪器设备资源的高校,如何利用现代网络技术和信息技术,深入研究网络化的开放共享平台系统,提高大型仪器设备管理手段,促进高校优质资源的全面开放,已成为高校管理者共同思考和不断探索的关键问题。

1 高校大型仪器设备开放共享平台软件研究的必要性

人才培养、科学研究和社会服务是高校的三大主要职责,而大型仪器设备是探索自然规律和认识物质世界的重要工具,是验证新规律、新思想的重要技术手段,是提高人才培养质量、科研水平以及服务地方经济的重要保障条件之一。高校大型仪器设备管理中又普遍存在重复建设、低效运行、管理分散、封闭使用等问题,严重制约了大型仪器设备在培养创新人才、提高科研能力和服务地方经济中的作用,极大地影响了我国科技创新和国际竞争力的提升。究其原因,主要有以下2点[1-5]。

(1) 信息不畅通。缺乏信息公开机制,造成大型仪器设备信息相对封闭和信息不对称。一方面高校大型设备重复建设、低效运行,另一方面又存在需要使用且无处可用的状态。甚至不少高校的师生对本校、本学院或本学科的大型设备拥有和分布情况都不清楚。如西南石油大学2014年4月随机对校内1 572名师生(其中336名教师、1 174名硕士生、62名博士生)进行了问卷调查,其中有24.11%对本学院拥有的大型仪器设备情况不了解,有32.25%对本校拥有的大型仪器设备情况不了解。

(2) 缺乏高效的开放共享服务软件平台。由于高校近年来均重点研究和探索大型仪器设备开放共享管理机制和运行模式,对大型仪器设备网络化共享服务缺乏必要的认识,虽然部分高校均不同程度地建有大型仪器设备开放共享网络平台,但绝大多数停留在网站建设层面,提供静态信息查询,缺乏完善的管理和数据挖掘功能,导致开放共享工作成效不明显。

随着我国计算机网络技术、信息技术和通信技术的高速发展，为实现大型仪器设备的动态管理提供了技术条件。结合高校积累的大型仪器设备开放共享管理经验,开发一套具备从大型仪器设备的投资决策、使用管理、开放共享、绩效考评等动态管理和监控的开放共享平台软件,实现优化资源配置、提高开放共享率,将为提高大型仪器设备利用率和投资效益拓展出广阔的空间,也必将成为高校大型仪器设备管理工作发展进程中不可超越的必然阶段[6-8]。

2 高校大型仪器设备开放共享平台软件设计理念

大型仪器设备开放共享平台软件应遵循“以管理为中心、以资源为基础、以网络为载体、以共享为核心、以服务为宗旨”的设计理念,实现大型仪器设备开放共享的流程化管理、过程化监控、自动获取使用数据、客观实施效益评价,最终达到高校大型仪器设备在“提高人才培养质量、科学研究水平和服务地方经济能力”的目标[9]。

3 高校大型仪器设备开放共享平台软件设计

3.1 平台设计的关键技术简介

根据高校大型仪器设备开放共享平台软件的功能要求,开发中采用的主要技术包括:Oracle数据仓库、Java开发工具、Apage开发框架、JBPM流程引擎、RBAC为基础的权限管理体系、DATAGUARD数据冗灾技术、Pooling性能保障技术以及软件的开发和运行平台Linux操作系统。其核心技术有Apage开发框架、JBPM流程引擎、RBAC为基础的权限管理体系、DATAGUARD数据冗灾技术、Pooling性能保障技术。

3.1.1 Apage开发框架

Apage开发框架是基于Java面向对象的快速MVC开发框架,完全兼容于Windows和Linux服务器环境。Apage框架以配置组件的形式实现MVC,完全颠覆了传统的以html+servlet的方式进行MVC开发的模式,它在业务定义、数据传输中以xml作为信息载体,提供灵活、规范的数据定义,为应用系统的统一、协调工作提供技术保障。开发框架内置了流程引擎JBPM、权限体系RBAC等功能以及WebService数据接口,使开发者不必花费过多精力在这些复杂业务系统支持的实现过程上,而集中精力在应用系统功能的研究与开发上。

3.1.2 JBPM流程引擎

JBPM(java business process management)是一种基于J2EE的轻量级工作流管理系统,是实现SOA技术的核心部分。它具有2个特色:一是它的商务逻辑采用了自定义的JPDL(JBossJBPM process definition language)，JPDL认为一个商务流程可以被看作是一个UML状态图，JPDL详细定义了这个状态图的每个部分,如起始、结束状态,状态之间的转换等；二是它使用Hibernate来管理数据库，Hibernate是目前Java领域最好的一种数据持久层解决方案，通过Hibernate,JBPM将数据的管理职能分离出去,专注于业务逻辑的处理。

3.1.3 RBAC+“职权范围”的权限管理

RBAC(role-based access control)是基于角色的权限控制体系,在RBAC中权限与角色相关联,用户通过成为适当角色的成员而得到赋予该角色权限,极大地简化了权限管理。在一个应用系统中,角色是为了完成各种工作而创造,用户则依据它的责任和资格来被指派相应的角色,用户可以很容易地从一个角色被指派到另一个角色。角色可依据新的需求和系统的合并而赋予新的权限。因此,RBAC权限管理体系+“职权范围”(如图1所示)即可精准地满足大型仪器设备共享平台软件对授权管理的需求。

图1 RBAC+“职权范围”的权限管理体系

3.1.4 DATAGUARD数据冗灾技术

DATA GUARD数据冗灾技术具备数据保护、数据快速恢复的特点,具有3种不同的保护模式:一是数据保护最大化,任何情况下主数据库的损坏都不会导致已提交数据的丢失,主数据库与备用数据库之间出现任何状况,主库都会停止数据处理以确保数据安全；二是数据可用最大化,确保零数据丢失的前提下,网络或备用数据库出现故障,主数据库将继续处理数据,以实现数据可用的最大化；三是性能最大化,主数据库和备用数据库采用异步传输,对主数据库的运行负荷最小,得到最高的运行性能,但存在少量数据丢失的风险。因此,在性能满足要求的前提下尽可能采用数据保护最大化的保护模式。

3.1.5 Pooling性能保障技术

利用数据池来提高数据库连接速度的共同分担技术(Pooling)是提高应用系统运行效率的重要手段。在应用系统的初始运行时,配置好一定数量的数据库连接并放入池(Pool)中等待其他对象调用。当有对象需要进行数据连接时,如池中有连接便直接使用,如没有且允许在池中加入新连接便会自动建立新的连接,当对象使用完连接对象后系统会将连接归还池中等待其他对象调用。采用同样的分担技术建立对象池,可以避免对象的反复建立和释放,从而提高应用系统的运行效率。

3.2 高校大型仪器设备开放共享平台软件功能设计

高校大型仪器设备开放共享平台软件,主要包括信息交互管理、预约管理、经费管理、培训管理、仪器终端管控、效益分析与决策辅助、数据接口等7个功能模块,软件界面如图2所示。

图2 大型仪器设备开放共享平台软件界面

所有功能的设计均以“开放共享”为核心,以“提高服务能力”为宗旨,以“提高人才培养质量、科学研究水平和服务地方经济能力”的目标。

3.2.1 信息交互管理功能模块

信息交互管理功能是大型仪器设备开放共享系统软件的基础功能,主要展示所有大型仪器设备的配置清单、技术参数、主要功能、设备状态、服务领域、收费标准、服务案例、机组人员联系方式等信息,提供多种灵活、方便、快捷的查询方式,让有需求的潜在用户能够随时、全面地查询了解大型仪器设备开放共享的最新信息,让管理者能及时查看每台大型仪器设备的使用状况。同时,提供信息和技术咨询功能,在用户和大型仪器设备管理员间搭建信息交互桥梁。

3.2.2 预约管理功能模块

预约管理是大型仪器设备开放共享系统软件的核心功能,预约分为在线预约和人工预约。人工预约又分为电话预约和现场预约,其预约流程如图3所示。该功能模块包括预约申请、预约审核、样品接收、任务分配、样品测试、费用核定、费用确认、自动扣费、使用信息记录、自动生成测试报告、上传测试数据、用户下载测试报告及测试数据、数据归档、服务评价等功能,完成从开始预约到服务结束全周期的管理和评价,做到信息化、规范化、流程化、档案化。为后续的使用效益分析与评价、领导决策提供原始、完整、真实可靠的详细数据。

图3 开放共享预约流程

3.2.3 经费管理功能模块

经费管理主要由开放共享收费管理和基金管理2个功能模块组成,其中开放共享收费管理分为用户经费账卡的管理和开放共享收入的管理。用户经费账户管理包括账户状态、账户余额、信用额度、关联账户、交易明细、费用催缴、账户充值等功能；开放共享收入管理包括每台开放共享设备的收入明细、应收金额、到账金额、收入分配核算、经费支出登载等功能,实现经费的精细化、信息化管理。基金管理主要完成开放测试基金、维修基金的信息发布、基金申请、申请审核、经费划拨、经费支出等环节的流程化管理。

3.2.4 培训管理功能模块

培训管理功能模块提供在线学习、学习资料下载、在线考试、信誉积分管理、人工培训结果管理、远程视频等功能,为大型仪器设备的全面开放共享提供技术保障。管理员针对允许用户自主上机的大型仪器设备,定期发布、统一组织的大型仪器设备操作方法、规章制度、安全规范等培训课程,用户进行在线报名,结合网上培训和人工培训,如安全规章制度、仪器设备相关的理论知识可采用在线培训和在线考核的模式,设备的实际操作流程和规范采用人工培训和人工考核的模式。对于考核合格的用户可授权自主上机,同时实行信誉积分制来规范用户的实验行为,确保大型仪器设备的开放共享工作能安全、规范地顺利实施。

3.2.5 仪器终端管控功能模块

将物联网技术应用于大型仪器设备开放共享网络平台中,确保大型仪器设备开放共享管理的安全和规范,同时确保大型仪器设备开放共享使用数据统计的准确性和实时性。采用以下2种模式相结合来实现仪器终端管控[10-12]。

(1) 智能门禁+智能电源控制模式。主要针对需要管控实验室的人员进出,或实验室内有多台大型仪器设备需要进行预约及电源控制管理的情况,与智能身份认证管理系统联动,一次刷卡即可实现身份认证，根据预约审核情况为预约设备供电,刷卡退出时检测设备运行状态并给予提示、拒绝或延时断电,以保证设备安全。该模式投资相对较高,但具有安全性高、使用信息统计实时、准确的优势。

(2) 远程视频监控模式。将远程视频监控嵌入至开放共享平台软件中。各级管理员可通过开放共享网络平台软件在线监管各自管辖范围内的仪器设备使用状况、用户是否按照规定进行自主上机,及时应对各种突发事件。该模式对日常管理具有较好的安全性和实时性,但需要人工干预、自动化程度较低,无法自动完成使用信息统计,但作为辅助管理功能无疑是非常有效的安全管理手段之一。

3.2.6 效益分析与决策辅助功能模块

效益分析与决策辅助功能是实现大型仪器设备开放共享数据挖掘与分析,为各级管理者提供决策依据的重要功能。主要包括大型仪器设备在用率、完好率、共享预约、使用、收费、人才培养、科研成果、社会服务、功能利用与开发、经费使用等信息的查询、统计与分析,实现大型仪器设备使用效益的自动评价,自动分析同类大型仪器设备的使用情况、分析用户的使用需求等功能,为大型仪器设备的后期投入、管理决策,提供科学、准确、实时的数据支撑。

3.2.7 数据接口功能模块

高校大型仪器设备开放共享网络平台软件是高校数字化校园的组成部分，并非独立的信息孤岛,应实现完整、规范的数据接口功能，包括与高校数字校园统一门户、统一身份认证、统一数据流转的同步数据接口,与高校一卡通涉及的教师、学生基本信息同步的数据接口,与资产管理系统中仪器设备基本信息同步的数据接口,与实验室综合管理系统中实验室和实验教学基本信息同步的数据接口,与科研管理系统中科研项目信息同步的数据借口。

同时,为实现大型仪器设备校际共享、跨区域共享,实现全国高校优质资源共享平台(CERS)系统的数据接口和各地区优质资源共享平台的数据接口,扩大高校大型仪器设备的宣传面和共享效率。

4 高校大型仪器设备开放共享网络平台软件的特色和优势

高校大型仪器设备开放共享网络平台软件是集开放预约、使用管理、绩效评价、效益分析、决策辅助于一体的综合管理平台软件，与各高校现有的共享网站相比,具有以下特色和优势。

4.1 实现开放共享全周期管理,提供决策辅助

目前,绝大部分高校还停留在共享网站建设,重点体现共享信息的发布,但后期的管理相对薄弱。高校大型仪器设备开放共享网络平台软件实现了从预约到使用,再到后期的效益评估和决策辅助等全周期的管理。为用户提供方便、快捷的预约服务,为大型仪器设备管理员提供完善的使用管理功能,为领导决策提供及时、准确、详细的数据支撑，为最终实现优化资源配置、提高设备共享率,发挥大型仪器设备在人才培养、科学研究和社会服务等方面的作用提供技术手段。

4.2 强化过程管理,掌控即时动态

高校大型仪器设备开放共享网络平台软件强化过程管理,获得授权的各级管理者能实时在线查看所有大型仪器设备的当前运行状态,及时、全面掌控全校大型仪器设备的在用或闲置状态,有效管控设备及设备使用情况等动态信息，为后期的效益评估提供详细、准确的数据支撑。

4.3 引入物联网技术,实现全方位立体化管理

通过将门禁系统、智能电源控制器、远程视频监控等物联网技术融入高校大型仪器设备开放共享网络平台中,实现门禁—设备终端控制—人员权限控制的全方位立体化管理,为大型仪器设备开放共享的权限控制、数据统计、安全管理等提供了先进的技术支撑。

4.4 完善的数据接口,彻底解决信息孤岛

设计的高校大型仪器设备开放共享网络平台软件完全融入高校数字化校园系统,实现数字校园的单点登录、信息门户集成等功能,所有数据均来源于数字校园的大数据池,确保了数据的实时性、准确性和权威性。同时,接入全国高校优质资源共享平台(CERS)系统各地区优质资源共享平台,扩大宣传面,有效地推动校际互通和跨区域共享。

5 结束语

高校大型仪器设备开放共享网络平台软件的实现,为大型仪器设备开放共享工作的正常运行、日常管理、效益考评、数据统计等提供了强有力的技术手段。但各高校也要清醒地认识到高校大型仪器设备开放共享网络平台软件是为管理者提供的管理手段和技术支持,要充分发挥大型仪器设备在人才培养、科学研究和服务地方经济等方面的重要作用,提高大型仪器设备的共享率和投资效益,还必须不断探索和完善大型仪器设备开放共享管理机制和运行模式,将软件建设和制度建设有机地结合起来,相辅相成、协调配合,才能有效地推动大型仪器设备开放共享工作。

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Software design for opening and sharing platform of large-scale instruments and equipment in colleges and universities

Peng Shijin, Guo Ping, Wu Yan, Tong Hua

(Southwest Petroleum University,Division of Laboratory and Equipment Management, ChengDou 610500，China)

The key reasons of the repeated construction and inefficient operation in colleges and universities have been analyzed.Based on the concepts of “management first,source first,Web first,sharing first and service first,” this paper puts forward the software design idea for the opening and sharing platform.The design idea of this opening and sharing platform,including information exchange,booking,budget,training,instrument terminal management,benefit analysis,decision aids, data interface,etc., has been introduced.

large-scale instrument; opening and sharing; software design; opening booking

2015- 01- 16

四川省2013—2016年高等教育人才培养质量和教学改革项目 (2013201)

彭世金(1982—)，男，四川内江，硕士，实验师，大型仪器设备管理中心主任，主要从事实验室建设、大型仪器设备管理及研究工作.

E-mail：sbk2115@126.com

G482

A

1002-4956(2015)7- 0256- 05