■董敏華

化學實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

■董敏華

隨著信息化滲透到教育的方方面面，原有的實驗室管理及預(yù)約方式已不能適應(yīng)社會發(fā)展的要求。構(gòu)建現(xiàn)代化學實驗室管理系統(tǒng)，可為實驗教學管理、實驗室管理、儀器設(shè)備管理與采購、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、制作報表、實驗室評估等相關(guān)事務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)化操作，從而提升實驗教學的管理水平。

化學實驗室管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化操作SSH框架MVC架構(gòu)自動化管理

一、課題背景

最近幾年，我國在逐步擴大對實驗室建設(shè)的范圍和規(guī)模。然而，我國的實驗室建設(shè)還存在著許多問題和困難，例如，受我國發(fā)展條件的制約，許多實驗室并沒有一個規(guī)范的管理制度，因此出現(xiàn)了實驗室發(fā)展參差不齊的現(xiàn)狀，大部分實驗室還處于人工管理的階段。在物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的今天，我們期待有能夠自動管理的實驗室，甚至可利用遠程操控對實驗室進行管理。

考慮到我校實驗室發(fā)展的現(xiàn)狀，在實驗室建設(shè)中，我校也針對自身發(fā)展情況提出了一些實際措施，力圖在實驗室的信息化方面進行一定改進。

目前，國內(nèi)外有很多互聯(lián)網(wǎng)公司提供了一些專業(yè)的實驗室管理軟件供學校選擇。如LIMS系統(tǒng)，較為完整地將實驗室設(shè)備進行管理，但費用相對較高，加之我校實驗室硬件設(shè)備不完善，有些軟件功能無法完全實現(xiàn)，造成浪費。

綜上所述，我?；瘜W實驗室信息化建設(shè)迫在眉睫，但直接照搬其他學校的成功案例或是采購國外先進實驗室管理體系無法完全切合我校實驗室建設(shè)的實際。因此需要我校自行開發(fā)出一套完整的實驗室管理體系，減少我校實驗室管理人員，同時減低因人為原因產(chǎn)生的實驗室事故，提升管理的水平和質(zhì)量。

二、課題內(nèi)容

學校實驗室管理的基本內(nèi)容包括設(shè)備和環(huán)境管理、實驗室人員監(jiān)控、儀器的使用。其中實驗室管理的關(guān)鍵是儀器的管理，特別是電子實驗室。由于儀器數(shù)量有限，以及為確保儀器的安全使用，實驗室并不能100%對學生開放。為解決上述問題，一些學校常見的處理方式就是建立幾個開放實驗室，這樣不僅滿足了學生實驗的需求，也能保證儀器的安全。不過這種實驗室規(guī)模較小，無法滿足整個學校學生的實驗要求，也增加了這幾個開放實驗室的工作壓力，因此需要針對上述問題尋找到一個更加有效的解決辦法。

本文設(shè)計實現(xiàn)的實驗室信息管理系統(tǒng)是一個集合了信息采集與數(shù)據(jù)存儲等多功能的新型管理模式，它主要分為軟件設(shè)計與硬件采集兩部分，其目標是完成整個實驗室的信息采集，包括各個學生信息、管理員信息，同時包括試劑信息、儀器信息等。這里需要將信息與每一件試劑、儀器一一對應(yīng)，以保證最精確的管理，按照實驗室的要求而定制的數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用系統(tǒng)是LIMS的核心。該系統(tǒng)還可以管理實驗室藥品和儀器等相關(guān)信息。

三、系統(tǒng)設(shè)計

1.功能結(jié)構(gòu)設(shè)計。

系統(tǒng)開發(fā)的總體任務(wù)是實現(xiàn)化學實驗室藥品儀器管理過程的規(guī)范化、系統(tǒng)化。系統(tǒng)功能主要包括系統(tǒng)登錄模塊、用戶管理模塊、實驗室使用管理模塊、化學試劑管理模塊、儀器和設(shè)備管理模塊。如圖1所示的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖。

圖1　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.技術(shù)架構(gòu)簡介。

本系統(tǒng)采用SSH框架對總體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，Hibernate側(cè)重于數(shù)據(jù)端，Spring側(cè)重連接，而Struts便于與客戶端進行聯(lián)系。這三者有機地結(jié)合在一起就可以形成一個完整的網(wǎng)站體系。同時結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)，讓系統(tǒng)的可維護性大大增加。持久層、業(yè)務(wù)層、表示層的關(guān)系如圖2所示：

圖2　SSH框架總體結(jié)構(gòu)

3.數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

本系統(tǒng)部分數(shù)據(jù)庫表如下所示：（1）用戶表（用戶名、密碼、學號、學部、班級）；（2）實驗信息表（實驗教師、實驗類別、實驗時間、實驗人數(shù)、實驗室位置）；（3）設(shè)備儀器表（編號、類別、器材名稱、型號、入庫日期、入庫數(shù)量、庫存數(shù)量、單價、存放位置）；（4）化學藥品借用表（課題名稱、課題目標、借用試劑名稱、借用數(shù)量、預(yù)計耗損量、歸還量、借用老師、借用試劑、歸還時間）。

四、系統(tǒng)實現(xiàn)

1.登錄界面介紹。

用戶管理模塊包括用戶信息的添加、修改、刪除、更正和查詢。對于用戶的登錄界面，當用戶需要登錄時，首先要找到登錄框的位置，將用戶信息填進去，這時用戶信息就被放置在一個FormBean容器中，當Java程序調(diào)用函數(shù)對用戶信息與數(shù)據(jù)庫已有信息進行判別時，會將容器中的值與數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)值進行逐一比較。用戶注冊則是調(diào)用UserForm類中的add（）算法來實現(xiàn)，當管理員需要增加一個新成員時，可以通過add（）算法將新的字段寫入到表中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的更改，如果想要刪除信息則采用delete（）算法來實現(xiàn)，同樣，上述修改、查詢也有其各自對應(yīng)的操作。

2.權(quán)限管理模塊的實現(xiàn)。

按照實驗室管理的正常要求，需要對不同的人員安排不同的任務(wù)，如管理員需要對整個網(wǎng)站進行維護、管理，而教師要對實驗進行發(fā)布、預(yù)約等，學生的權(quán)限只限對信息進行查詢。為完成不同權(quán)限下的操作，系統(tǒng)選用兩個Java程序進行處理，分別是Constant.java和GrantAction. java。因為實驗室內(nèi)部人員的任務(wù)固定，所以采用將權(quán)限與人員身份進行綁定，即個人無法進行權(quán)限以外的任何操作，這樣可以降低操作的復雜程度。如果沒有管理權(quán)限，則無法進行操作。

3.歷史信息查詢。

通過查詢數(shù)據(jù)庫歷史信息，教師和管理員可以隨時掌握藥品的使用情況，可利用報表進行信息發(fā)布等。同時對網(wǎng)站的瀏覽人數(shù)進行統(tǒng)計分析，得出每日訪問量，便于日后對網(wǎng)站進行優(yōu)化升級。

五、系統(tǒng)測試與結(jié)果分析

通過系統(tǒng)性能測試和功能測試（黑盒測試），該系統(tǒng)符合開發(fā)要求，各個功能模塊運作正常，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，能夠達到設(shè)計目標。筆者設(shè)計的基于SSH框架的化學實驗室管理系統(tǒng)能夠充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源，發(fā)揮信息資源和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，使得實驗室藥品儀器的管理趨于自動化和規(guī)范化。

六、總結(jié)

1.結(jié)論。

本文以學校化學實驗室管理軟件開發(fā)為背景，根據(jù)我校實驗室現(xiàn)有狀況進行分析，通過對比國內(nèi)外一些已經(jīng)推廣使用化學實驗室管理系統(tǒng)的學校，找出我校實驗室建設(shè)的實際問題，通過完善實驗室系統(tǒng)總體設(shè)計，實現(xiàn)了對化學實驗室管理系統(tǒng)的初步構(gòu)架。筆者通過建立化學實驗室管理系統(tǒng)，完成了以下幾個目標：

（1）實用性強。本系統(tǒng)包括了我校實驗室管理的常用方式，包括了實驗室設(shè)備登記管理、人員登記管理等，同時增加了網(wǎng)上發(fā)布信息的功能。

（2）使用簡單。采用SSH框架搭建的網(wǎng)站，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，同時后期維護的工作量小，適合實驗室長期使用，該網(wǎng)站界面簡潔易懂，便于學生瀏覽，教師操作。

（3）安全性比較強。通過對權(quán)限的設(shè)置，實現(xiàn)了只有校內(nèi)用戶才可以登錄操作，保證了實驗室信息的安全，方便管理。

（4）便于數(shù)據(jù)共享。有利于網(wǎng)絡(luò)共享，通用性強。

（5）系統(tǒng)各個模塊的運行較為正常。

2.展望。

一個優(yōu)秀的實驗室管理系統(tǒng)，僅僅完成上述功能是遠遠不夠的，而且實驗室管理理論的逐步提升也促進了網(wǎng)站的優(yōu)化升級，因此還有許多需要改進的地方：

（1）網(wǎng)站與設(shè)備儀器之間沒有進行實時跟蹤，還是采用登記的方式，仍然不夠便捷。今后可以采用在儀器上增加定位來實現(xiàn)對貴重儀器的實時跟蹤管理。

（2）該系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也較為簡單?？梢栽谌蘸笤黾有Ｍ庥脩艄芾砟K，增加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

（3）改進和完善查詢、統(tǒng)計和報表功能。一邊實踐一邊調(diào)整，改進部分模塊功能。

（作者為江蘇省蘇州市景范中學教師）