趙晟鋅， 徐勇鵬， 陳忠林,b， 郭 亮,b， 曲 新

(哈爾濱工業(yè)大學 a. 市政環(huán)境工程學院；b. 城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150090)

0 引 言

隨著科學技術(shù)的進步，大型儀器在各科研領(lǐng)域上蓬勃發(fā)展。針對各高校實驗室在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，管理部門如何協(xié)調(diào)人與人、人與機器等問題，開發(fā)了一套大型儀器科學儀器分析預約系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立，架起了師生溝通的橋梁，實現(xiàn)儀器設(shè)備的信息化分類管理，推進了實驗室管理高質(zhì)、高速地進行。目前，在職能部門的積極努力下，我院的大型科學儀器分析測試預約平臺建設(shè)工作已取得了一定的實效，實現(xiàn)了資源、信息智能化管理，做到了實驗室資源的開放與共享。

1 實驗室管理存在問題

近年來，以高校、科研院所為主體的科研項目的增加，國家對其的經(jīng)費投入亦呈逐年遞增趨勢，實驗室建設(shè)隨之成為高校、科研院所謀求發(fā)展的重要內(nèi)容。硬件設(shè)施是實驗室必備的基礎(chǔ)條件，大型儀器設(shè)備成為實驗室建設(shè)的重要投資。大量國內(nèi)、外先進科學儀器的購置，如何避免資源浪費，實現(xiàn)大型科學儀器資源優(yōu)化配置及共享等問題成為實驗室建設(shè)迫切需要解決的問題[1-2]。

市政環(huán)境工程學院實驗中心隸屬于學院的設(shè)備共享部門，近3年來，承擔了國家級項目130余項、省部級項目60余項。在“985”、“211”等專項建設(shè)經(jīng)費的支持下，儀器設(shè)備得到逐年更新、添加，現(xiàn)有20萬元以上大型設(shè)備40余臺套，小型設(shè)備1 000多臺套，設(shè)備的維護、保養(yǎng)費來自于學院導師課題組的儀器使用成本費及對外社會服務創(chuàng)收費。目前，中心擁有儀器設(shè)備管理專職人員12人，僅學院碩、博士生達近千人，而師生比例僅約1∶100，傳統(tǒng)的口頭、電話、登記等預約方式，給實驗室管理人員管理帶來極大的工作困擾，可能因一人預約出錯，而導致他人到既定預約時間做不成實驗的情況出現(xiàn)。另外，年底進行費用結(jié)算時，大量的費用清單，需要多名財務人員花費長時間去統(tǒng)計、計算，耗時耗力。因此，結(jié)合中心實際情況，針對如何提高這些大型儀器設(shè)備的使用率，促進大型儀器設(shè)備的開放共享，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，減輕相關(guān)人員工作量等問題，開發(fā)了一套網(wǎng)絡版的管理系統(tǒng)，此系統(tǒng)有效地解決了上述問題，實現(xiàn)了高校網(wǎng)絡化、信息化、自動化和個性化實驗平臺的建成[3-4]。

2 預約型開放實驗室管理系統(tǒng)及技術(shù)基礎(chǔ)

2.1 實驗室管理系統(tǒng)

預約型開放實驗室管理系統(tǒng)以現(xiàn)代化的管理理念為指導, 利用計算機網(wǎng)絡管理技術(shù)，有效地實現(xiàn)了對實驗室的現(xiàn)代化管理。在減輕實驗室管理者的工作負擔的同時，提高了其工作效率和對外服務水平及能力。以節(jié)約成本，提高利用率為目的，加強了實驗室主管部門對儀器設(shè)備的采購、使用和維護的宏觀控制，為管理部門對實驗室進行管理、監(jiān)督、調(diào)控等提供詳實的數(shù)據(jù)支持，有效提高投資效益；提高管理人員的自身技術(shù)水平和管理能力，保證設(shè)備正常運行。

網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的組成取決于網(wǎng)絡管理需求，由網(wǎng)絡管理軟件、網(wǎng)絡設(shè)備、網(wǎng)絡管理工作平臺和網(wǎng)絡管理支撐軟件組成。其中網(wǎng)絡管理軟件平臺負責提供系統(tǒng)的配置、性能、故障及網(wǎng)絡用戶分布基本管理，是網(wǎng)絡管理軟件各種功能得以實現(xiàn)的基本保障，是網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的核心組成[5]。為了向用戶提供一種通用的、開放的、可擴展的框架體系，要求網(wǎng)絡管理軟件應該支持通用平臺，如既支持Unix操作系統(tǒng)，又支持Windows NT操作系統(tǒng)，目前公認的三大網(wǎng)管軟件平臺是：HP OpenView、IBM Netview和SUN Netmanage，它們都遵循簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議和提供類似的網(wǎng)絡管理功能，但是其依托于不同的操作系統(tǒng)的版本，且它們在網(wǎng)絡管理支撐軟件的支持、數(shù)據(jù)庫的支持、系統(tǒng)的可靠性、用戶界面、操作功能、管理方式及應用程序接口等方面都存在一定的差別[6]。

網(wǎng)管支撐軟件通常由網(wǎng)絡設(shè)備生產(chǎn)廠商提供，它運行于網(wǎng)絡管理軟件平臺之上的，負責支持特定的網(wǎng)絡功能、網(wǎng)絡設(shè)備和操作系統(tǒng)管理，對于特定的網(wǎng)絡管理設(shè)備，可通過應用程序接口與平臺交互及平臺提供的數(shù)據(jù)庫和資源，來實現(xiàn)網(wǎng)絡設(shè)備的管理工作[7]。

2.2 實驗室管理系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)

系統(tǒng)采用IIS 5.1服務器，通過內(nèi)部局域網(wǎng)和外部網(wǎng)絡雙重交互模式，以Visual Studio 2008為開發(fā)環(huán)境，運用Asp.Net(C#)的編程框架，依靠HP OpenView網(wǎng)管軟件平臺，結(jié)合Microsoft SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫技術(shù)，為系統(tǒng)提供了安全、可靠、高效的智能數(shù)據(jù)平臺[8]。

內(nèi)部局域網(wǎng)采用C/S模式(客戶/服務器模式)的體系結(jié)構(gòu)，主要由中間件(Middleware)、客戶應用程序(Client)和服務器管理程序(Server)三個部件組成。它建立在小范圍、專用里的網(wǎng)絡環(huán)境基礎(chǔ)上, 再通過專門服務器提供局域網(wǎng)之間連接和數(shù)據(jù)交換服務[9]。中間件(Middleware)負責協(xié)同客戶應用程序與服務器管理程序，來滿足用戶查詢管理數(shù)據(jù)的需求?？蛻魬贸绦?Client)是系統(tǒng)中用戶與數(shù)據(jù)進行相互交換的部件。服務器管理程序(Server)負責有效地管理系統(tǒng)資源。C/S模式不依賴外網(wǎng)環(huán)境，在充分利用兩端硬件環(huán)境優(yōu)勢的條件下，將任務合理分配到客戶端與服務器端來實現(xiàn)，使系統(tǒng)的通訊開銷大幅度降低[10]。在與外部網(wǎng)絡連接時，采用B/S模式(瀏覽器/服務器模式)，它建立在廣域網(wǎng)之上, 不需要專門的網(wǎng)絡硬件環(huán)境，核心部分集中到服務器上，通過服務器上安裝的SQL Server數(shù)據(jù)庫，客戶機上只要安裝一個瀏覽器，如Internet Explorer，實現(xiàn)了便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)交互[11-12]。

HP OpenView是一個功能強大軟件工具，它可以支持多機環(huán)境，有強大的安全保證，可實現(xiàn)一體化網(wǎng)絡和系統(tǒng)資源性能管理，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)管理，網(wǎng)絡業(yè)務管理，數(shù)據(jù)庫管理，應用程序管理，系統(tǒng)性能管理，存儲信息管理，用戶帳號管理，網(wǎng)絡安全管理，實時診斷和監(jiān)控功等功能。從系統(tǒng)資源性能管理功能的實現(xiàn)方面來講，可做到系統(tǒng)問題的集中管理，自動發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，并提供功能強大的管理報告解決方案，提醒系統(tǒng)管理員及時去解決問題。通過這個特征，我們可以配置、監(jiān)視某些與系統(tǒng)性能和資源有關(guān)的變量，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡系統(tǒng)中存在的性能問題。從實現(xiàn)資產(chǎn)管理功能方面上講，通過高端UNIX系統(tǒng)平臺上可實現(xiàn)用戶在分布式多機種環(huán)境下，從單點有效地管理所有資產(chǎn)。具體功能如下：①實行系統(tǒng)、核心程序、軟件、文件、用戶等集中配置，所有管理目標均可進行添加、修改、拷貝和刪除操作；②多角度、多方面地自動地收集、驗證、跟蹤和管理所管理對象的資產(chǎn)信息；③在處理緊要問題時，提供了多種機制的信息指導，如問題相關(guān)幫助等。從實現(xiàn)安全管理功能方面上講，可以按照不同的對象定義不同的管理方式和管理內(nèi)容，高級管理員可實現(xiàn)對設(shè)備管理員和用戶定義操作規(guī)范和管理規(guī)則，監(jiān)視管理員所管理的設(shè)備系統(tǒng)文件和用戶文件的使用情況，實現(xiàn)管理自動化和標準化。嚴格的用戶認證和密碼管理、系統(tǒng)安全審計、終端訪問控制、文件限制訪問等，為系統(tǒng)提供了可靠的安全保證。另外，以壓縮和加密的方式來控制管理站和被管節(jié)點之間的通信，也確保了網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)的安全性。從故障管理功能方面上講，網(wǎng)絡管理軟件會及時收集網(wǎng)絡運行信息，當發(fā)生應用程序、病毒、存儲設(shè)備、進程、通訊等故障時給以自動報警信息，并可能過自動或手工方式對發(fā)生的事件和故障進行處理。

3 系統(tǒng)的總體設(shè)計及模塊開發(fā)

3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

系統(tǒng)在設(shè)計思想上提出“互動”理念，增加了實驗分析測試的多樣化開展模式，引入導師管理模塊、設(shè)備管理人模塊、資金管理人模塊、學生管理模塊和師生交流模塊等。實現(xiàn)導師與學生、設(shè)備管理人與學生、資金管理人與導師、導師與設(shè)備管理人多重互動模式，可達到儀器資源合理、有效地利用。系統(tǒng)的網(wǎng)上預約功能，可幫助學生及時了解儀器設(shè)備使用狀態(tài)，通過它可合理地安排儀器工作時間，另外，當設(shè)備臨時發(fā)生故障而不能被使用，通過網(wǎng)上會話功能，可及時將信息反饋給學生用戶，提高人、機工作效率。導師借助于此系統(tǒng)，可及時的了解學生的實驗進展及測試經(jīng)費使用情況，為導師對學生的管理工作增加了一個輔助性平臺。管理系統(tǒng)中，可進一步加強統(tǒng)計功能。如，從實驗室資金、資產(chǎn)管理角度出發(fā)，可以對測試記錄進行統(tǒng)計，并能生成滿足向?qū)W校、教育部和教育廳上報要求的上報數(shù)據(jù)庫，另外主管部門可對設(shè)備和材料的計劃、采購、使用和維修進行宏觀控制;從實驗教學工作管理來看，能夠進行分類統(tǒng)計，如大型儀器工作機時數(shù)和收支情況統(tǒng)計以及實驗教學工作人員工作量的統(tǒng)計。除此之外，此系統(tǒng)會對如何解決預約沖突，過期預約設(shè)定信息等問題做出了合理的處理。

3.2 系統(tǒng)的模塊開發(fā)

從預約系統(tǒng)的開發(fā)與功能來看，大體將整個系統(tǒng)分為四個模塊，即注冊用戶信息管理，實驗設(shè)備管理，預約事件管理，系統(tǒng)消息管理。其功能模塊框架如圖1所示。

(1) 學生管理模塊。學生信息管理：學生用戶本人可對其基本信息進行修改，包括專業(yè)、學號、所屬導師、聯(lián)系方式等；課題預約申請管理：用于學生用戶填寫預約信息，如課題名稱、來源，樣品理化性質(zhì)等；設(shè)備預約申請管理：用于查看可預約設(shè)備及設(shè)備預約狀態(tài)；

圖1 分析測試預約系統(tǒng)功能框架圖

預約統(tǒng)計檢索：用于學生用戶對課題預約與設(shè)備預約模塊的申請信息進行統(tǒng)計，可根據(jù)時間段和審批狀態(tài)進行檢索；預約信息統(tǒng)計管理：可針對設(shè)備預約信息、課題預約信息等進行分類統(tǒng)計；申請消息管理：用于申請消息的管理，可實現(xiàn)用戶與管理員之間的對話。

(2) 導師管理模塊。導師信息管理：導師用戶本人可對其基本信息進行修改，包括姓名、職稱、聯(lián)系方式等；課題預約審批管理：用于導師用戶對本課題組預約信息給以審批，或通過或不予通過；預約統(tǒng)計檢索：用于導師用戶對學生用戶的課題預約和設(shè)備預約申請信息、經(jīng)費支出進行統(tǒng)計。

(3) 設(shè)備管理模塊。設(shè)備管理模塊設(shè)定設(shè)備管理員模塊和高級管理員模塊。高級管理員具有最高權(quán)限，可對所有設(shè)備信息、用戶信息進行統(tǒng)計、添加、修改及刪除。設(shè)備管理員可對其本人基本信息、所專屬設(shè)備信息進行添加、修改、刪除[13]。

添加設(shè)備管理：用于添加、修改新進或已有設(shè)備信息及預約情況；周、月、季工作計劃列表：可對以往預約情況分別進行周、月、季統(tǒng)計，也可按導師，申請人類型，選擇時間段，審批狀態(tài)等進行分類統(tǒng)計；審批預約：用于查看審批預約詳情；設(shè)備使用情況：可提供實驗室現(xiàn)有設(shè)備的設(shè)備名稱、設(shè)備類型、設(shè)備管理員、使用次數(shù)、費用總額、設(shè)備狀態(tài)等；在線對話：實現(xiàn)設(shè)備管理員與用戶間的對話；設(shè)備工作狀態(tài)：顯示現(xiàn)有設(shè)備使用情況，設(shè)有正常、待修、報廢三種狀態(tài)。

(4) 公共模塊管理。用戶注冊模塊：用于不同用戶進行用戶注冊；系統(tǒng)信息模塊管理：用于系統(tǒng)信息的公布，有助于用戶了解實驗室的最新動態(tài)和儀器設(shè)備使用狀況。只能由高級管理員發(fā)布系統(tǒng)消息,管理員可對消息進行修改和刪除等，一般的用戶則可以進行消息的閱讀。充分實現(xiàn)分析預約系統(tǒng)信息共享。

4 實驗室在線管理等功能的實現(xiàn)

遠程控制實驗室是進行實驗室資源管理過程中一個重要的中間環(huán)節(jié)，它具有擺脫時間、空間束縛和實現(xiàn)資源共享的特點，更有利于支撐控制實驗研究。因此，提供一種易于實現(xiàn)復雜控制的軟硬件控制平臺具有重要的意義[14-15]。遠程控制模塊通過計算機遠程控制各工作臺的電源或儀器的登錄系統(tǒng)，把控制狀態(tài)反饋到中心數(shù)據(jù)庫，并同時發(fā)布到網(wǎng)上和各終端。通過實驗室座位和電腦(手機)綁定的方式，支持管理員實時查看、維護和管理實驗室電腦設(shè)備的相關(guān)信息、使用狀態(tài)。即當控制系統(tǒng)接收刷卡系統(tǒng)的請求命令，刷卡系統(tǒng)通過與管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫信息進行比對和處理，以UDP方式向遠程控制臺發(fā)送控制信息?？刂婆_收到UDP數(shù)據(jù)包信息后，再通過串口向終端電源控制系統(tǒng)發(fā)出打開或關(guān)閉機器等命令，然后接收相應的返回信息，動態(tài)更改數(shù)據(jù)庫中實驗室中各實驗臺的占用狀態(tài)，并向刷卡系統(tǒng)返回UDP數(shù)據(jù)包。

在線支付以銀行為媒介，通過因特網(wǎng)上的電子商務網(wǎng)站，為交易雙方提供網(wǎng)上資金結(jié)算服務，它使得資金的流通變得方便、快捷。預約平臺也可采用在線支付功能，從而實現(xiàn)測試費用款項的快速回收，縮短收款周期，保障設(shè)備更新、維護等費用充足，有效防止資金短缺等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

5 結(jié) 語

大型科學儀器分析測試預約系統(tǒng)，采用科學的管理思想和先進的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，向用戶提供實驗室儀器相關(guān)信息，人性化的預約方式，實現(xiàn)用戶即時預約功能，它已經(jīng)成為實驗室實現(xiàn)資源開放共享和統(tǒng)一化管理必不可少的一部分，推動著實驗室管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和制度創(chuàng)新等的快速發(fā)展。目前，在職能部門的積極努力下，我院的大型科學儀器分析測試預約平臺建設(shè)工作已取得了一定的實效，實現(xiàn)了資源、信息等的智能化管理，做到了實驗室資源的開放與共享，但預約系統(tǒng)的功能拓展工作仍有待完善，如遠程控制、在線支付等功能的實現(xiàn)。

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