大型仪器实时监控系统在辽宁省高校和科研院所使用情况分析

赵健 夏海杰 杨韬 吴志刚 凌平 杨松楠

(1.辽宁省重要技术创新与研发基地建设工程中心 辽宁省大型仪器共享服务平台管理办公室 辽宁 沈阳 110015; 2.沈阳城市建设学院建筑与规划系 辽宁沈阳 110167; 3.辽宁工业大学 资产与设备管理处 辽宁 锦州 121001)

随着我国经济的高速发展，科技投入的力度不断加强。国家财政经费投入的持续增加，使我国高校和科研院所科研仪器规模持续快速增长。根据国家科技基础条件资源调查数据显示，截至2020 年底，我国高校和科研院所大型科研仪器总量超过12万台（套），总原值超过1 800 亿元[1]，这在培养创新型人才、开发出高水平科研成果等方面都发挥着重要作用，同时也大大促进了国家的科技进步和经济发展。但目前高校和科研院所大型仪器设备的使用现状并不理想，设备闲置、低利用率、投资效益较差等现象普遍存在[2-3]。并且高校和科研院所各单位之间仍存在统筹协调机制缺乏、条块分割、重复购置、使用效率低等问题。各省级大型仪器共享平台与各高校大型仪器共享平台的组建对于解决这些问题意义重大[4-6]。

随着国内各地大型仪器共享平台的建立，部分问题也随之暴露出来。目前，国内大型仪器共享平台更侧重于对仪器的预约与共享数据的统计。在大型仪器监控，特别是实时状态监控方面相对薄弱。平台系统很少能够实现与终端监控相结合，在仪器设备的使用过程管理、溯源维护、数据统计等功能上不能很好地满足仪器监管的需要[7]。因此，将各个大型仪器共享平台与终端监控系统紧密结合起来，已成为目前大型仪器共享平台建设亟待解决的一个问题。同时，仪器所在单位的各级管理部门在进行共享评价考核时，都需要获取参与共享的大型仪器的共享机时与使用机时，而这些数据信息报送以手工填报居多，存在数据更新不及时、数据精度不足、报送信息不完整等情况。因此，获取仪器使用信息的方法也有待改进。

近年来，国内一些高校和企业开始研发大型仪器实时监控系统。这一系统的出现，使大型仪器共享平台与终端监控系统得以紧密结合起来，从而可以更加准确、客观地获取大型仪器使用情况的具体信息。付清林等人[8]设计了一款基于MSP430 单片机的大型仪器设备运行状态监控系统，可实现对大型仪器设备基本运行状态的实时监控和远程监控。邓晓东等人[9]报道了中国医科大学资产管理处处长庞希宁带领团队研发的“仪器设备使用状态网络实时监控系统”，该系统的核心技术即最新的射频通信及电流信号识别技术，该技术实现了对仪器设备的网络实时监测。谭海燕等人[10]应用前端感知器、ZigBee 短距离无线组网技术等物联网技术，对大型仪器设备进行基础信息采集，同时接收来自因特网的控制信息，完成相应操作，能较好地实现对大型仪器设备的管理，保障仪器设备的安全运行，提高维护水平，实现科学管理。四川省科学器材公司研发出一种仪器运行检测分析仪，该设备采用低功耗物联网技术，远程监控仪器开机等状态为科研仪器与设备使用效率提供数据支撑。

1 大型仪器实时监控系统概况

1.1 大型仪器实时监控系统介绍

大型仪器实时监控系统是一种用于远程监控大型仪器使用状况的系统。此系统的基本功能是仪器设备监管和实时使用数据记录。目前，在此基础上，此系统已发展成为集大型仪器设备的预约、设备授权使用、用户持卡开机、机时自动统计、项目成本核算、设备档案管理等要素为一体的软硬件集成产品。

现有较为完备的系统一般由相关硬件系统和软件系统组成。硬件系统一般包括监控与控制设备、网络服务器系统以及用户终端，其中监控与控制设备包含门禁系统、视频监控系统、大型仪器监管（控电）设备，用以保证大型仪器设备的使用安全和信息化管理。网络服务器系统是系统的核心部分，包括软件服务器、有线无线网络等，其中软件服务器通过互联网进行自身的软件更新、信息传送，并通过本地网络对全系统进行管理、控制、传输命令。用户终端包括手机、平板电脑、笔记本电脑、PC机等。软件系统一般包含系统管理软件和系统数据库等。系统管理软件可以实现培训/准入、预约/审核、计费/收费、实验报告/数据、监控/维护等功能。系统数据库是系统的数据中心，对系统软件的数据进行存储、查询、备份等操作。

1.2 大型仪器实时监控系统种类

按照监控模式来分，现有的大型仪器实时监控系统主要有以下几种。

1.2.1 电源监控

电源监控是对网上运行的电源设备进行实时的自动监控。虽然可以做到减少人工记录、提高维护水平的作用[11]，但是对于一些特殊类型的设备，尤其是精密仪器设备，如气相色谱仪等设备，在测试之前有较长时间的预热、预处理过程，或是长期要待机在某种温度、湿度环境中，电源监控只能记录下仪器开机时长，无法获得设备实际使用的有效机时。

1.2.2 电脑开机监控

电脑开机监控即对仪器设备相连的电脑的开机和关机进行监控，自动记录下开关机时间。虽然这种方法可以减少记录下仪器设备的预处理、待机等时间，但是当与设备相连的电脑用于测试数据分析或是未进行测试时，电脑开机监控的数据也非设备实际使用机时[12]。

1.2.3 软件使用监控

该系统将IC卡管理系统应用于监控系统，通过监控设备的电源或开机软件，实现了科研仪器设备远程监控和网络化管理，满足了信息采集的实时性和快速性，实现了大型仪器设备的专管共用[13]。此系统还可以与门禁系统相结合，使实验室管理者可以安全、方便地管理实验室与仪器设备。

2 大型仪器实时监控系统使用现状

2.1 大型仪器实时监控系统使用情况概述

通过对辽宁省大型仪器共享服务平台入网高校与科研院所的调研，目前已经安装大型仪器实时监控系统的高校和科研院所情况如下。

中国科学院仪器设备共享管理平台已经在中国科学院 15 个大型仪器区域中心，110 余个研究所全面应用，上线大型仪器设备达到9 000 余台（套），价值超过120 亿[14]。中国科学院的4家研究所已经加入到辽宁省大型仪器共享服务平台，各研究所都已经建立起来比较完备的预约管理系统，可以实现中国科学院下属科研院所大型仪器的预约使用功能。部分科研院所安装了仪器实时监控系统，通过网络平台可以实现对仪器的管理。

中国科学院系统外的科研院所中，很少有安装大型仪器实时监控系统的，少数一些单位有自己独立的网络管理平台和预约管理系统，可以实现大型仪器的网上预约功能。

辽宁省28家入网的本科高校中，已经安装和近期准备安装大型仪器实时监控系统的学校有17家，占入网高校的60.7%。其中，还有高校自主研发仪器设备使用状态网络实时监控系统，也取得了很好的效果[9]。

2.2 大型仪器实时监控系统使用情况分析

虽然已有部分高校和科研院所使用了大型仪器实时监控系统，但是仍有许多高校和科研院所并未安装此系统，主要原因有以下几点。

2.2.1 资金短缺

尽管财政投入在逐年增加，但是目前辽宁省高校和科研院所可用经费还是很有限，大部分经费还要用于仪器的购买和实验室基础设施的建设。而一套齐备的大型仪器实时监控系统少则几万，多则几十万上百万，许多高校和科研院所很难申请下来这批经费，而且投入到这套系统中很难收到直观的经济效益。因此，资金短缺的原因成为了一些单位未安装大型仪器实时监控系统的主要原因。

2.2.2 缺乏必要的奖惩机制

为加快推动辽宁省重大科研基础设施和大型科研仪器的开放共享，近年来该省分别出台了《辽宁省促进重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放实施方案》（辽科发〔2018〕21号）和《辽宁省重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享管理办法》（辽科发〔2022〕20号），有效地促进了该省重大科研基础设施和大型科研仪器共享工作的开展。但是，其中并未严格规定我省的高校和科研院所必须安装大型仪器实时监控系统，对于已经安装这套系统的单位也没有什么直接的奖励政策。因此，造成了安装大型仪器实时监控系统的积极性不是很高，这也是部分单位未能安装此系统的原因之一。

2.2.3 仪器设备规模过小

辽宁省大型仪器共享服务平台入网的大型仪器金额是要达到30万元的。目前，该省平台入网仪器在10台以下的单位共90家，这90家单位中高校和科研院所占到30家左右。对于这些高校和科研院所来说，仪器设备规模过小，管理起来并不是十分费力。再投入大量的人力、物力去配备一套大型仪器实时监控系统并不是十分的必要。因此，仪器设备规模过小也是一些单位没有安装大型仪器实时监控系统的原因之一。

3 大仪平台针对大型仪器实时监控系统所做的工作

图1 辽宁省大型仪器共享服务平台入网高校安装实时监控系统情况图

辽宁省大型仪器共享服务平台成立于2013年，经过多年的建设和发展，目前拥有网员单位168家，30万元以上大型仪器设备5 000 多台（套），1 000 万元以上超大型设备21台（套）。特别是近两年，依据国家科技部平台中心工作安排，通过与平台中心积极沟通，自身不断建设，该省平台已于2020年底前顺利完成与国家平台后台各数据接口的汇通工作。目前，可以实现基于科研设施与仪器国家网络管理平台的大型科研仪器全国范围内的互联互通。

目前，辽宁省大型仪器共享服务平台通过财政资金购置了一批实时监控系统。此系统是基于以电源监控为基础的实时监控设备，采用低功耗物联网技术，远程监控仪器开机等状态为科研仪器与设备使用效率提供数据支撑。目前，针对该省平台的相关软件系统已经上线运行，硬件设备目前已在部分单位试运行，未来将在全省针对有需求的网员单位进行免费安装和使用，该系统可以满足该省平台网员单位入网仪器的实时监控的基本需求，可以实现对仪器运行机时、使用状况、机时统计等功能。

4 针对大型仪器实时监控系统存在问题的几点建议

4.1 加大各级财政资助力度，加大专项投入

目前，辽宁省内一些高校利用国家与地方财政资金建立起了比较完备的校级大型仪器管理平台，并将大型仪器实时监控系统引入其中，如辽宁工业大学，利用中央与地方共建专项资金建立起大型仪器设备管理平台，分两个批次将校内100 多台（套）仪器设备安装大型仪器实时监控系统，对实验室的管理与大型仪器的共享都发挥了积极的作用。

4.2 完善相关政策制度保障，构建完备的考核体系

将引入大型仪器实时监控系统作为共享评价考核的基础，完善共享评价考核体系。同时，在之后制定相关政策中，适度提出对引入此系统的指导性意见，使其发挥更加巨大的作用。

4.3 鼓励引进、自主研发大型仪器实时监控系统

鼓励一些中小规模单位建立起有自己单位特色的仪器共享平台。在辽宁省大型仪器共享服务平台帮助下，协助仪器设备规模较小的单位安装大型仪器实时监控系统，对完善辽宁省共享评价考核具有重要意义。

5 结语

大型仪器实时监控系统是共享经济下的必然产物，是传统实验室管理模式的有益补充。大型仪器实时监控系统可以更好地掌握大型仪器的利用率和使用情况，对于实验室管理有着重要作用。此系统投入使用后，有力地保障了实验室的专属使用和实验室的安全，使实验室管理更加科学化和智能化。同时，通过这套系统，管理部门也可以准确、客观地获得大型仪器共享数据，对于各层级的大型科研仪器共享评价考核也具有重要意义。大型仪器实时监控系统在辽宁省内的高校中安装的情况较好，而在科研院所中安装情况并不是很好，其中原因是多方面的，希望在各方面的协同努力下，提升大型仪器实时监控系统的应用范围，推动大型科研仪器共享工作更好、更快地向前发展。