实验设备管理系统设计及其Java实现

江唯青

关键词：Swing；JavaBean；MySQL；实验设备管理

0 引言

随着社会的发展进步，大数据已逐渐进入人们的生活以及工作中，各种信息的记录备份已经渐渐脱离了用纸和笔记录，对于高校的实验室设备管理而言，随着教学规模的不断扩大，设备的更新换代必然带来的就是过大信息量的存储和管理问题。目前，由于实验室工作繁杂、资料众多，很多高校的实验设备管理工作还存在着许多问题。如实验室缺乏统一管理、人员信息不完善、设备调度记录上存在重复等不规范现象；设备信息的透明度低，致使利用率不高；由于历史或人为的因素，致使设备账目不相符等问题。解决这些问题的关键在于要充分利用现代计算机信息技术，建立一个完善的设备信息化管理系统，使设备的管理规范化，从而提高高校的设备信息管理的效率[1]。

1 系统分析与设计

1.1 系统功能分析

实验设备管理通常需要满足三个大方面的需求，即消息提醒、设备管理、系统管理。其中，消息管理主要为了在设备维护和更新过程中能够及时提醒管理人员；设备管理主要实现设备本身信息的维护；系统管理主要实现基于角色和用户的管理权限控制。针对三个方面的需求，本文设计了三个对应的模块，每个功能模块进行了细分功能的设计，具体功能结构如图1所示。

1.2 消息提醒模块

该模块主要包括三个模块，即申请、待审核和已审核。每个实验员在进行设备管理操作前先需要提出申请，申请信息会自动提交到系统管理员处审核。当实验员对设备进行管理操作时（领用、借用、报废、报修），需要经过管理员审批（审核通过或者驳回），当实验员提交调度申请后，管理员可在待审核界面查看具体的申请信息，然后进行审批，填写审批意见。当管理员对实验员提交的设备调度申请审批完成后，可在已审核界面查看自己的審核记录。实验员提交了设备调度申请后，可在“我的申请”界面查看自己提交的申请。

1.3 设备管理模块

设备管理是系统的核心模块，包括的管理操作有设备录入、设备领取、设备借用、设备保修、设备报废。其中，每个设备都设置了相应的二维码进行高效、快捷管理及跟踪。

1） 设备录入：设备录入界面可对设备信息进行增（添加设备）、删（删除设备）、改（编辑设备）、查（根据查询文本框中输入的内容查询设备信息）以及设备信息的导入导出操作。

2） 设备领取：由于新录入的设备存在于实验室中，只有在需要时进行领取才会分配到对应的实验室中，对于管理员和实验员在此界面显示的信息有所不同，管理员可在此界面审核所有的领用申请，实验员则在此页面进行领取申请，填写领取信息。

3） 设备借用：管理员在此界面查看所有实验员的设备借用申请信息，填写审批意见，进行审批，判断是否同意借用，同意借用则标记设备当前状态为借用中，驳回则标记当前设备状态为未领取，并给申请人发送消息，实验员可在此界面进行设备借用申请。

4） 设备报修：管理员在此界面查看所有实验员的设备报修申请信息，填写审批意见，进行审批，判断是否同意借用，同意报修则标记设备当前状态为报修中，驳回则标记当前设备状态为报修前的状态，并给申请人发送消息，实验员可在此界面进行设备报修申请。

5） 设备报废：管理员在此界面查看所有实验员的设备报废申请信息，填写审批意见，进行审批，判断是否同意借用，同意报废则标记设备当前状态为已报废，驳回则标记当前设备状态为报废前的状态，并给申请人发送消息，实验员可在此界面进行设备报废申请。

6） 设备二维码：按自定义协议模式生成二维码的技术，在很多实际场景中得到广泛应用，尤其是应用于设备管理中[2]。文利用二维码技术实现设备的唯一标识，对设备的日常维护管理进行跟踪。二维码设计如图2所示。

生成该二维码的协议字符串格式为“实验室名称| 设备名称|设备编号|启用时间”，图2示例表示的内容为“1号实验室|台式电脑|16|2023-5-12”。

1.4 系统管理模块

1） 实验室管理：对实验室信息的管理，主要是对实验室信息进行增删改查。

2） 角色管理：对角色信息进行增删改，将用户划分为不同角色，在界面显示中根据用户所属角色不同进行不同信息显示。系统角色分为两类：管理员、实验室主任和实验员。

3） 人员管理：实现查看所有人员信息，添加人员、编辑人员信息、删除人员和按条件查询相应用户。

4） 权限管理：系统中涉及多种角色，每种角色对应多个用户，每种角色用户对实验设备的管理具有不同的权限。本文采用了RBAC的模式进行了权限控制设计[3]，对系统中的用户进行动态权限管理。

2 数据库分析与设计

2.1 数据库分析

数据库是信息的集合，一个完善的数据库可以大大提高系统的运行效率，因此在设计数据库时应该注意：在概念数据模型设计时遵守第三范式，降低范式标准的工作放到物理数据模型设计时考虑，严格遵守数据库设计标准，合理地减少数据冗余。

2.2 数据库概念模型设计

根据对系统的需求分析，本系统主要包括五个实体型，分别为用户、角色、功能权限、实验室和设备。根据各实体型之间的语义关系，设计系统的数据库概念模型，如图3所示，其中各实体型不仅给出了主要属性，同时给出了实体型之间的对应关系。

本文基于RBAC模式的权限控制设计了实验室管理系统，将系统中的每种操作设计成权限，每个用户对应一种角色，每个角色包含多个用户。系统功能权限与角色之间是多对多的关系，即一个角色包含多个功能权限，一种权限可对应多个角色，用户的权限来自相应的角色。设备和用户之间是管理关系，每个用户可根据权限操作多个设备，设备在不同时间可由不同用户进行操作。

2.3 数据库表设计

由数据库概念模型生成逻辑模型，最终生成物理模型和数据库。系统数据库中包含8 张表，如表1 所示。

由于全部表中字段信息较多，这里仅以设备信息表为例，给出具体的字段设计描述，如表2所示。

3 系统实现

3.1 实现技术

本文实验设备管理系统采用图形化用户界面设计，对于用户而言图形化界面视觉上更容易接受。Swing是开发Java图形化界面程序的工具包。提供了创建图形化界面的组件，使用Swing开发只需用少量的代码就可以利用Swing的模块化组件来创建内容丰富、美观的用户操作界面[4-5]。

系统开发语言采用Java语言。Java语言是由sun 公司开发而成的新一代编程语言，采用面向对象的思想[6]，Java语言编写的项目可以在不同的操作系统上运行，真正意义上实现了一次编程到处执行的构想。

系统后台存储数据采用MySQL数据库，它是一种关联的数据库管理系统，是一个开放源码的小型关系型数据库管理系统。MySQL的高并发存取能力较好，安装以及使用简便快捷[7]。

3.2 系统功能实现

实验设备管理的三大模块按照软件工程标准进行了相应的设计，本文给出2个代表功能实现，即系统主界面和消息提醒中的设备操作维护中的审核界面，分别如图4和图5所示。

系统操作首页主要由三部分组成，分别是：头部容器（TopPanel） 、左部容器（LeftPanel） 、右部容器（RightJpanel） 。

1） 头部容器：主要是显示当前日期及动态时间，当前登录的用户名，退出、重新登录和修改密码组成。头部页面信息是固定的，不会随着不同的操作而变化。

2） 左部容器：通过JTree组件显示树形操作提示菜单，操作菜单会根据当前登录人所属角色不同显示不同菜单选项。

3） 右部容器：主要對左部树形操作提示菜单中选中的操作进行响应，显示对应的设备或人员信息，菜单栏中选中的操作会在右部容器顶部显示。

设备每次维护和管理，如领用、报修、报废等操作需要实验员提交系统管理员审核。在设备管理维护记录中选中一条记录，点击审核按钮，则弹出审核设备信息页面供管理员查看申请信息，填写审核相应的审核意见，如图5所示。

同时，为方便数据维护，系统专门设计了数据导出功能，将数据导出到Excel表格中。

4 结束语

实验设备作为高校固定资产的一个重要组成部分，实现高效、便捷的信息化管理有重要意义和价值。本文在系统需求分析的基础上，对实验设备管理系统进行了详细设计，利用Java语言中图形化界面设计技术实现了整个系统。其中，利用二维码技术实现了设备维护和管理的跟踪，提高了实际管理的效率和便捷性。