尹多多　許崇彩　劉昊　楊敏　吳欣雨　王瑩

摘? 要：隨著時(shí)代發(fā)展，創(chuàng)新能力的提升，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也越來(lái)越多，眾多的芯片耗材讓實(shí)驗(yàn)材料的使用變得煩瑣，實(shí)驗(yàn)耗材的收納顯得尤為重要。該實(shí)驗(yàn)室自助耗材柜能夠?qū)崿F(xiàn)耗材的識(shí)別、存取、數(shù)量計(jì)算等功能，同時(shí)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)耗材數(shù)目實(shí)時(shí)更新并上傳至服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)耗材庫(kù)存的實(shí)時(shí)展示，不僅能方便實(shí)驗(yàn)耗材的收納整理，更能準(zhǔn)確地提高工作效率。

關(guān)鍵詞：芯片耗材柜；ORC識(shí)別；SQL Server

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）20-0157-04

Design and Application Research on Laboratory Self-service Consumables Cabinet

YIN Duoduo1， XU Chongcai1，2， LIU Hao1， YANG Min1， WU Xinyu1， WANG Ying1

（1.Suqian University， Suqian? 223800， China; 2.Industrial Technology Research Institute of Suqian University， Suqian? 223800， China）

Abstract： With the development of the times and the increase of innovation ability， there are more and more experimental items. So many chip consumables make the use of experimental materials become cumbersome， and the storage of experimental consumables is particularly important. The self-service consumables cabinet in our laboratory can realize the functions of identifying， accessing and calculating the amount of consumables. At the same time， it builds a database platform to update and upload the number of experimental consumables to the server in real time，and achieves the real-time display of experimental consumables inventory. The laboratory independent consumables cabinet designed in this project can not only facilitate the storage of experimental consumables， but also improve the work efficiency.

Keywords： chip consumables cabinet; ORC recognition; SQL Server

0? 引? 言

隨著時(shí)代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，創(chuàng)新能力不斷提高，科研水平也日益增高，各種各樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目層出不窮。越來(lái)越多煩瑣而細(xì)小的零件耗材更讓實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備階段和結(jié)束后的收拾階段變得復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)耗材的收納顯得尤為重要，實(shí)驗(yàn)柜中貼著標(biāo)簽的小型收納箱讓人眼花繚亂。如果能將智能化[1]與實(shí)驗(yàn)耗材收納柜所完美融合，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室管理人員及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員而言，不僅能方便實(shí)驗(yàn)耗材的收納，更能準(zhǔn)確地提高工作效率，減少由于耗材選取錯(cuò)誤所產(chǎn)生的誤差。

數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室面向電子信息工程、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)械制造等專(zhuān)業(yè)開(kāi)放，主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有門(mén)電路、編碼器、譯碼器、加法器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器、移位寄存器等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和相應(yīng)的綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)，使用到的芯片種類(lèi)達(dá)到50多種，實(shí)驗(yàn)芯片管理極其艱難。

然而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)柜作為實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分難以滿足實(shí)驗(yàn)室管理人員的需求，表現(xiàn)出位置雜亂、分類(lèi)錯(cuò)誤、不易整理、難以區(qū)別等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)打造了實(shí)驗(yàn)室自助耗材柜。

本實(shí)驗(yàn)室自助耗材柜，可以根據(jù)使用耗材的不同，進(jìn)行不同種類(lèi)耗材的識(shí)別，本項(xiàng)目中的耗材柜主要面向數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室使用，所以本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的耗材柜識(shí)別耗材為芯片型號(hào)。

本實(shí)驗(yàn)自助耗材柜可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的耗材的差別，建立耗材種類(lèi)的數(shù)據(jù)集，利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)耗材種類(lèi)進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)室耗材識(shí)別，可廣泛應(yīng)用于各個(gè)醫(yī)療單位，各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室、企事業(yè)單位等。

1? 總體方案

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)耗材整理主要存在兩個(gè)痛點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)耗材種類(lèi)繁多，耗材數(shù)目難以統(tǒng)計(jì)。每一個(gè)痛點(diǎn)都會(huì)延緩實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，解決以上問(wèn)題成為本設(shè)計(jì)需要首先考慮的關(guān)鍵點(diǎn)。耗材管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可分為主要的三個(gè)模塊：取貨、歸還、存貨。

管理員通過(guò)賬號(hào)登錄，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)耗材的取貨、歸還、存貨功能，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)端并更新數(shù)據(jù)庫(kù)。

用戶通過(guò)工號(hào)登錄，實(shí)現(xiàn)耗材的取貨和歸還功能，通過(guò)服務(wù)端記錄該用戶的使用情況，并能夠記錄該用戶使用耗材損耗情況。通過(guò)電子秤對(duì)實(shí)驗(yàn)耗材進(jìn)行稱重，通過(guò)耗材總重量除以單個(gè)耗材重量，計(jì)算出存、取、還三種情況下的耗材數(shù)量并上傳至服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)耗材的損耗記錄，便于耗材統(tǒng)計(jì)。

利用圖像識(shí)別技術(shù)，調(diào)用百度API庫(kù)的orc識(shí)別技術(shù)，對(duì)芯片進(jìn)行圖像拍攝，將芯片表面型號(hào)轉(zhuǎn)化成文本，實(shí)現(xiàn)芯片型號(hào)的識(shí)別。本耗材柜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。使用人員通過(guò)工號(hào)登錄進(jìn)入實(shí)驗(yàn)耗材柜系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為管理員登錄和普通用戶登錄，根據(jù)用戶的使用需求不同，設(shè)計(jì)的功能不同。

2? 功能模塊技術(shù)與創(chuàng)新

2.1? ?耗材柜的總體功能

耗材管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要可分為三個(gè)模塊：管理員存貨、取貨、歸還。用以解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜痛點(diǎn)一——耗材收納混雜問(wèn)題，耗材位置難以查找問(wèn)題，以及傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜痛點(diǎn)二——耗材難以整理問(wèn)題，耗材數(shù)目難以統(tǒng)計(jì)問(wèn)題。因?yàn)槊恳粋€(gè)痛點(diǎn)都延緩了實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，解決以上問(wèn)題成為設(shè)計(jì)中需要首先考慮的關(guān)鍵點(diǎn)，存、取、還登錄界面如圖2所示。

2.2? 耗材的清點(diǎn)計(jì)數(shù)功能

采用SQL Server 2012技術(shù)[2]：構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)耗材數(shù)目實(shí)時(shí)更新并上傳至服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的實(shí)時(shí)展示，管理員及時(shí)存入，精準(zhǔn)補(bǔ)缺。采用EF+asp.net MVC[3]為基礎(chǔ)項(xiàng)目框架，阿里云MQTT通信技術(shù)[4]為物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)[5]，使用C#、.Net FrameWork[6]為本項(xiàng)目的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。實(shí)現(xiàn)通過(guò)屏幕點(diǎn)擊選擇來(lái)控制各個(gè)耗材柜的精準(zhǔn)查找單獨(dú)打開(kāi)、稱量計(jì)數(shù)等的實(shí)現(xiàn)。

2.3? 耗材的種類(lèi)的識(shí)別

利用圖像識(shí)別技術(shù)[7]和深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)集的訓(xùn)練，能夠識(shí)別出耗材的種類(lèi)和耗材的具體型號(hào)。調(diào)用百度API庫(kù)的orc識(shí)別技術(shù)[8]，簡(jiǎn)單地講就是圖像文字識(shí)別并轉(zhuǎn)化為文本文件的技術(shù)。通過(guò)對(duì)芯片進(jìn)行掃描將上面的文字轉(zhuǎn)化成文本，調(diào)用百度API庫(kù)進(jìn)行芯片識(shí)別。文字識(shí)別部分如圖3所示。

2.4? 耗材的計(jì)數(shù)功能

通過(guò)電子秤對(duì)實(shí)驗(yàn)耗材進(jìn)行稱重，用耗材總重量除以單個(gè)耗材重量，計(jì)算出存、取、還三種情況下的耗材數(shù)量并上傳至服務(wù)端，每次稱重前要對(duì)電子秤進(jìn)行歸零操作，使耗材數(shù)量的讀取更加精確，稱重計(jì)數(shù)部分如圖4所示。

2.5? 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的構(gòu)建

采用SQL Server 2012技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)耗材數(shù)目實(shí)時(shí)更新并上傳至服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的實(shí)時(shí)展示，管理員及時(shí)存入，精準(zhǔn)補(bǔ)缺。通過(guò)后臺(tái)賬號(hào)可以實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)信息，主要包括：用戶信息、角色信息、使用時(shí)間、使用芯片信息、庫(kù)存數(shù)量、補(bǔ)貨信息等，芯片剩余界面如圖5所示。

2.6? 應(yīng)用創(chuàng)新

1）節(jié)約耗材尋找時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)人員效率。使用實(shí)驗(yàn)室自助耗材柜實(shí)驗(yàn)人員無(wú)須依次收納箱翻看查找所需耗材標(biāo)簽，簡(jiǎn)單直接的操作方法使整個(gè)耗材過(guò)程變得簡(jiǎn)單高效，減少了實(shí)驗(yàn)耗材的尋找時(shí)間。同時(shí)新穎便利的耗材方式也大大提高了實(shí)驗(yàn)人員的效率，為實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行節(jié)約了時(shí)間，提供了良好的準(zhǔn)備條件。

2）減輕實(shí)驗(yàn)室管理員的工作負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)柜整理及分布難以尋找，對(duì)于實(shí)驗(yàn)后器材的整理及清點(diǎn)十分麻煩。通過(guò)推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室自助耗材柜的使用，可快速精準(zhǔn)定位到耗材位置，此項(xiàng)目通過(guò)稱重方式準(zhǔn)確識(shí)別出取出及歸還耗材的數(shù)目，耗材余額一目了然，便于管理人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和及時(shí)補(bǔ)充，大大減輕了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作負(fù)擔(dān)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行做好充足準(zhǔn)備。

3）提高耗材使用壽命，降低實(shí)驗(yàn)消耗。將實(shí)驗(yàn)耗材放入柜中，相比于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜減少由于對(duì)收納箱的位置移動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦，減輕耗材磨損，降低實(shí)驗(yàn)室的器材消耗，提高實(shí)驗(yàn)耗材的循環(huán)利用率，減少了實(shí)驗(yàn)成本，降低了實(shí)驗(yàn)室的支出負(fù)擔(dān)。同時(shí)新型實(shí)驗(yàn)柜的研究在耗材消耗數(shù)量上也有了一定的統(tǒng)計(jì)，減少了實(shí)驗(yàn)耗材的浪費(fèi)行為。

3? 耗材柜實(shí)物圖

1）產(chǎn)品的基本外形、大小與普通實(shí)驗(yàn)柜相似，將柜內(nèi)分為單個(gè)小格子，大大節(jié)省了空間、提高了柜子的空間利用率，如圖6所示。

2）采用稱重計(jì)量的方法并通過(guò)耗材名稱準(zhǔn)確定位到耗材的位置，方便取材，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)人員的時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率。

3）通過(guò)耗材名稱查找精確定位耗材位置，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜耗材混亂的問(wèn)題，大大保護(hù)了耗材，增加了耗材的使用壽命。

4? 發(fā)展前景

4.1? 宏觀環(huán)境分析

4.1.1? 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)環(huán)境

目前全國(guó)主要實(shí)驗(yàn)室儀器生產(chǎn)企業(yè)約有13個(gè)專(zhuān)業(yè)近700家企業(yè)。實(shí)驗(yàn)室儀器各類(lèi)儀器裝備已發(fā)展到13個(gè)專(zhuān)業(yè)，200多個(gè)系列，5 000多個(gè)產(chǎn)品品種規(guī)格，實(shí)驗(yàn)室儀器使用領(lǐng)域越來(lái)越廣，已涉及各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、教育、制藥、航天航空、航海、農(nóng)林牧漁、建筑、地質(zhì)、水力等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。

4.1.2? 人口環(huán)境

實(shí)驗(yàn)室是學(xué)校建設(shè)的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、生產(chǎn)試驗(yàn)技能和開(kāi)展科技活動(dòng)的重要場(chǎng)所。教育行業(yè)非常重視實(shí)驗(yàn)室的持續(xù)建設(shè)，在實(shí)驗(yàn)室采購(gòu)方面，長(zhǎng)期以來(lái)高等教育領(lǐng)域一直是采購(gòu)的主力軍。

4.1.3? 科技環(huán)境

實(shí)驗(yàn)室儀器多是集光、機(jī)、電、儀等方面最新技術(shù)于一體，涉及光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、放射等技術(shù)領(lǐng)域，配備相當(dāng)精密的物理與幾何光學(xué)系統(tǒng)、精密機(jī)械系統(tǒng)、電子傳感測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理及人機(jī)界面系統(tǒng)等。

4.1.4? 政治法律環(huán)境

從當(dāng)前的國(guó)際和國(guó)內(nèi)科技發(fā)展現(xiàn)狀分析，建設(shè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是促進(jìn)我國(guó)國(guó)家創(chuàng)新體系建設(shè)的重要措施之一。西方先進(jìn)國(guó)家都以不同的形式建立了國(guó)家級(jí)的科研基地。如美國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，日本的理化學(xué)研究所、分子研究所，德國(guó)的馬普研究所等。這些國(guó)家級(jí)的科研基地為本國(guó)及國(guó)際的科技發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)，在國(guó)際科技領(lǐng)域擁有了極高的影響力和地位。

我國(guó)科技部于2003年11月批準(zhǔn)籌建5個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。11年來(lái)，籌建中的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在創(chuàng)新科研體系建設(shè)和科技創(chuàng)新活動(dòng)中取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，為國(guó)家創(chuàng)新體系建設(shè)起到了引領(lǐng)作用。

4.2? 目前市場(chǎng)中所存在的問(wèn)題

1）實(shí)驗(yàn)柜中層數(shù)分布較少，空間利用率低。

2）管理人員尋找合適數(shù)量的耗材耗費(fèi)太多的時(shí)間，效率較低。存貨需人工進(jìn)行實(shí)時(shí)更新并及時(shí)補(bǔ)貨，管理人員的工作任務(wù)較為煩瑣。

3）實(shí)驗(yàn)室人員人人均可自取耗材，不一定做到及時(shí)歸還，最終責(zé)任者難以追究，浪費(fèi)了大量的實(shí)驗(yàn)資源。

目前市場(chǎng)上暫時(shí)還沒(méi)有一款產(chǎn)品推行來(lái)解決這這些問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室自助耗材柜的發(fā)展具有很大的市場(chǎng)，而且人工智能設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模已破千億，所涉及的周邊產(chǎn)業(yè)范圍極廣。所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的出現(xiàn)解決了實(shí)驗(yàn)室耗材消耗問(wèn)題，提高了耗材壽命，必定能夠在市場(chǎng)中占據(jù)一定地位，極具發(fā)展前景。

4.3? 競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)分析與發(fā)展前景

本項(xiàng)目小組依托于宿遷學(xué)院，宿遷學(xué)院作為江蘇省公辦本科高等學(xué)校，采用“省市共建，八校聯(lián)手”的辦學(xué)體制，在全國(guó)地區(qū)享有盛譽(yù)，并且在創(chuàng)辦的幾年中高速發(fā)展，項(xiàng)目小組專(zhuān)注于嵌入式開(kāi)發(fā)和安卓系統(tǒng)，設(shè)有項(xiàng)目負(fù)責(zé)人一名，指導(dǎo)教師兩名，項(xiàng)目成員若干名，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)項(xiàng)目成員在指導(dǎo)教師的幫助下共進(jìn)協(xié)作。本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)自助耗材柜風(fēng)險(xiǎn)低，成本低，利潤(rùn)高。作為學(xué)生團(tuán)隊(duì)規(guī)模小、人力成本低、工作積極性強(qiáng)。在政府大力扶持年輕人大眾創(chuàng)新萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)大環(huán)境的影響下，項(xiàng)目發(fā)展前景極好。

本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)自助耗材柜為自主開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)成本相對(duì)比較低，可以進(jìn)行不同種類(lèi)耗材的識(shí)別，建立耗材種類(lèi)的數(shù)據(jù)集，利用深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)室耗材識(shí)別，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療單位、各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室、企事業(yè)單位等，具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值，自助柜[9]的發(fā)展前景非?？捎^。智能化正在慢慢地滲透我們的生活，便利我們的生活，我們也將會(huì)慢慢接受這種新型的方式。

5? 結(jié)? 論

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室自助耗材柜不僅能方便實(shí)驗(yàn)耗材的收納，更能準(zhǔn)確地提高工作效率，減少由于耗材選取錯(cuò)誤所產(chǎn)生的誤差。通過(guò)使用實(shí)驗(yàn)室自助耗材柜帶來(lái)的效益顯著，且隨著實(shí)驗(yàn)室數(shù)目的激增態(tài)勢(shì)在不斷地發(fā)展壯大，目前此行業(yè)相對(duì)空白，新型實(shí)驗(yàn)柜的出現(xiàn)，可以較好解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜所展現(xiàn)出的種種問(wèn)題，為實(shí)驗(yàn)耗材的存放和收取提供了全新的思路與模式。

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作者簡(jiǎn)介：尹多多（2002—），女，漢族，江蘇徐州人，本科在讀，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程。

收稿日期：2023-04-18

基金項(xiàng)目：2019宿遷市AI+智慧醫(yī)療重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（S202218）；2022年宿遷市科技計(jì)劃項(xiàng)目（K202205）；2022年宿遷學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（2022XSJ058Y，2022XSJ083Y）