科研院所仪器共享管理平台的建设

文/刘永强 莫达松 谢安杰 叶苁佑

随着科研投入的不断增加，实验室购置了大量仪器，特别是大型、贵重仪器设备资源相对于大量的研究人员来说仍然紧缺。各单位之间或是单位内部各实验室之间资源分布都难以平衡，仪器设备重复购买情况普遍。一些单位或实验室，没有专门的经费采购需要的贵重仪器，严重影响了其自身的发展。普通科研院所内部多个实验室仪器设备，特别是通用型仪器设备得不到充分的利用，导致仪器资源闲置浪费，使用效率较低，造成相当时段仪器设备闲置，科研检测人员却因无法及时掌握仪器状态信息无法及时申请使用仪器。另外，目前所采取的人工登记及统计方式不利于统计查询，对仪器共享管理工作的有效运行有一定的影响，不利于仪器管理人员对仪器设备的绩效统计。

1 问题原因

制约科研检测发展的瓶颈不仅是仪器设备、特别是大型仪器和专项设备的缺乏，而更常见于仪器共享信息渠道不畅，仪器设备利用率低下甚至长期闲置，利用率低下与需求旺盛矛盾激化。普通科研院所原有的仪器管理模式，大多是以科室为单位。这种模式容易形成利益小团体，科室及仪器使用人为了保证仪器完好，有时候甚至设置了各种人为障碍，不允许其他部门或其他单位使用，降低仪器的使用率。人工记录统计仪器设备使用情况，仪器管理人员工作量大。因此积极推进仪器设备资源共享，成为解决这种不平衡，提高仪器设备效益的最有效途径。

2 仪器共享平台结构

2.1 平台采用易于复用、可以搭建松散耦合、扩展性强应用的多层架构

除了方便平台开放的组织实施外，也能便于日后系统维护和扩展。系统分为五层主要框架：基础设施层、数据层、应用支撑层、应用层和用户层。以仪器设备授权管理为核心，探索仪器设备共享管理机制方向，仪器设备通过网络共享建设服务平台。

（1）基础设施层本系统的硬件支撑系统，包括服务器系统、安全系统、基础网络、机房设施等信息设施建设。

（2）数据层主要由用来持久化各种类型数据的载体组成。系统运行所需的大部分数据都通过数据库的形式进行存储，少数数据需要使用文件系统或 XML 的形式。

（3）应用支撑层由提供业务支撑的成熟中间件组成，主要包括数据查询与分析，通用业务构件，SOA构件，数据交换与同步构建，安全基础构件，模型工具等。

（4）应用层以基础业务构件为基础，实现移动本系统的核心业务流程。在应用层中，不能直接访问数据，须通过应用支撑层的数据访问构件。应用层对数据访问业务的调用，是通过数据访问接口模块来完成的，实现与具体的数据访问逻辑解耦。

（5）用户层，为用户提供统一的单点式登陆，本系统在展示层主要有 PC 端 Web 系统和移动端 WEB 系统。

2.2 平台结构硬件实现

根据仪器设备硬件及网络要求情况，结合单位实际设计拓扑结构图，如图1所示。

在信息平台上进行信息整合和接口开发，使共享管理系统成为信息管理平台，提供开放共享的管理、服务信息。同时，为用户查询、预约及使用，为仪器的效益评价提供 充分的技术支持。从平台的可扩展性考虑，仪器共享平台管理系统采用了以下关键技术进行开发：

（1）开放、标准的 Web 服务计算架构。根据服务计算的思想和技术，分层架构软件平台，向上支持与国家网络管理平台接口，向下支持在线服务平台接口。

（2）个性化仪器推荐算法。用户在浏览仪器时，根据用户地域、专业、近期浏览信息的不同，为不同用户呈现不同的推荐仪器列表，方便用户快速访问，优化用户体验。

（3）NoSQL 云数据库技术。为适应开放系统不断扩展的需求，以及仪器共享、网络访问大数据存在的非结构化、海量、高并行、高并发、高可用性要求，拟采用 NoSQL 云数据库技术进行存储。

2.3 平台需求分析与实现

图1：网络结构图

做好仪器分类，区分仪器设备控制需求。将仪器主要分为带有通用型计算机工作站的仪器和无外接工作站的一体化仪器两大类。将需要共享的仪器设备名称、型号、技术性能、用途、安装地点、管理人等信息建立一个可用仪器设备的数据库。仪器设备和数据服务器间通过网络连接，仪器设备通过硬件终端控制仪器的使用权限。

确定对仪器设备的验证授权方式有以下两种。

（1）对于不需要预约的仪器，用户直接通过刷卡的方式进行验证。

（2）对于需要预约的仪器，使用刷卡的方式或者在预约有效期内使用网络发送指令来验证用户身份，再根据用户身份查找当前时间是否已预约此仪器。

其中仪器控制方式有以下两种：

2.3.1 控制仪器电源

无工作站的小型仪器控制电源。使用电源控制器控制，当用户通过验证后，控制仪器的电源实现对仪器进行开关机控制。

2.3.2 控制连接仪器的电脑显示器/鼠标和键盘

大型仪器电脑控制。使用电脑控制器控制，当用户通过验证后，控制连接仪器的电脑显示器或鼠标和键盘来实现对仪器进行控制。

接收并存贮服务器预约指令，使用前用户刷IC卡或通过网络端点击上机，通过IC卡或网络息验证用户合法性，验证通过后用户方有权限操作电脑。用户使用完仪器后再刷IC卡或通过网络点击下机，验证通过后电脑将处于无权操作状态。

2.4 仪器共享平台需求

平台系统中常用的角色涉及以下两种：

仪器管理员、仪器操作员。每个角色都发挥着不同的作用。根据实际工作中可将其分为四个阶段：基本信息维护阶段、仪器预约使用阶段、数据统计阶段，在不同的阶段中，各角色所起到的作用也不尽相同。

（1）仪器管理员在仪器共享的整个流程中，主要作用有：管理仪器的基本信息，统计效益、仪器使用率等功能。在整个仪器共享的过程中起到枢纽的作用，且还全盘掌控着整个系统内所有仪器使用情况的重要数据。在基本信息的编辑阶段，仪器管理员主要负责系统内部各仪器的配置信息编辑及用户管理编辑；在数据统计阶段，需要统计仪器效益和仪器的使用率等数据。

仪器管理员在仪器共享的整个流程中，主要作用有：管理仪器的基本信息，统计效益、仪器使用率等功能。在整个仪器共享的过程中起到枢纽的作用，且还全盘掌控着整个系统内所有仪器使用情况的重要数据。在基本信息的编辑阶段，仪器管理员主要负责系统内部各仪器的配置信息编辑及用户管理编辑；在数据统计阶段，需要统计仪器效益和仪器的使用率等数据。在系统运行前期，仪器管理员需要完善系统内所有的仪器基本信息、仪器配置信息、人员信息等操作；在系统运行的中后期，仪器管理员主要的任务就是管理仪器的预约，在预约过程中起到重要的作用，还可按月、按季等统计条件统计仪器所产生的效益等信息，并可导出相应的数据表。

在系统运行前期，仪器管理员需要完善系统内所有的仪器基本信息、仪器配置信息、人员信息等操作；在系统运行的中后期，仪器管理员主要的任务就是管理仪器的预约，在预约过程中起到重要的作用，还可按月、按季等统计条件统计仪器所产生的效益等信息，并可导出相应的数据表。

（2）仪器操作员即使用仪器设备的检验研究人员。在仪器共享平台系统中，至关重要的就是能够让仪器的操作员感受到方便、快捷的操作，即能够很快的预约到所需要的仪器。在此阶段，仪器操作员主要的需求有：查看系统内的仪器信息、预约仪器，快速查看空闲时间、时间冲突检测。仪器操作员主要的需求有：查看系统内的仪器基本信息、预约仪器（查看空闲时间、时间冲突检测）、查询预约情况、查询历史预约记录、修改个人信息等。

2.5 功能模块设计

根据功能需求分析，该仪器共享平台的功能主要可以分为六个模块：仪器管理、预约管理、数据统计、部门/人员管理、环境监控、检验单。

仪器管理部分。仪器管理员可以添加、修改和删除仪器设备，录入仪器各项基本信息。可在系统上信息；可调整仪器设备状态，如将仪器设置为维护状态后，其它用户将不能通过平台预约此仪器；可将普通用户分配至不同仪器的名下，只有当该操作员在指定仪器名下方可有权限预约该台仪器使用；可设置仪器的计费方法和单价。系统提供预约的日程管理，预约日程展示为日历形式，可通过点击任意仪器后查看该仪器当月的预约情况，根据目前的预约情况来计划个人的实验时间。

图2：时长统计

预约管理。平台支持PC端Web端及手机网络预约两种方式，支持委托检验、课题、专项三种检验类型及实验、数据处理两种操作方式。无论检验类型为何，凡操作方式为“实验”的，必须填写样品单号。对于需要预约的仪器设备，必须要预约成功且仪器管理员审核后方可在预约时间内使用。仪器管理员可通过预约列表查询仪器操作员的预约申请，并进行审核。

数据统计。仪器管理员可通过按部门、按人员、按仪器三种方式统计查询仪器设备的预约和使用情况、仪器年度利用率及配置合理水平等。如图2所示。

部门管理和人员管理。系统管理员可以对系统内用户进行角色及权限的设置和权限的划分，从而实现对用户的有效管理。同时系统管理员应具备用户的增减、编辑其个人信息功能。

环境监控。在每个仪器房间安装温湿度传感器，服务器可以自动采集每一个仪器房的温湿度信息。该模块显示的内容包括该仪器所属房间内的温湿度设备的电压及更新时间，当超过指定的阈值时自动发送信息至仪器管理员，仪器管理员根据环境情况及时控制。

检验单（任务单）。由于在填写预约单时，样品为必录字段，故流程及所需要填写的内容较多。为了节省仪器操作员的操作时间，也避免预约者因为系统操作繁琐而失去了预约仪器的兴趣，特将填写样品时所需的检验单号作为单独系统开发出来由专人负责录入。仪器操作员在预约时候无须重复录入任何样品信息，仅需根据单号进行搜索并单个或批量选择即可。

3 结束语

通过仪器共享管理平台的建设，可以让用户可方便地了解仪器设备的基本技术资料、分布和使用情况并进行网上预约使用；可实现对仪器使用的实时监控管理，节省人力资源投入，提高工作效率和管理效益；管理人员可了解仪器设备的运行状况，为新设备的购置和管理机制的创新提供决策依据，能有效避免仪器设备重复购置、低效率运行等现象的发生，有效地提高了仪器的利用率和共享率，节约了大量的人工、管理成本。通过系统自动统计出的各项数据，可以帮助相关部门及时了解仪器运行的真实情况，为决策层做出管理决策提供数据支持，也符合国家要求科研院所仪器设备加快向社会开放的要求。