大型仪器一站式管理与共享

文/李志华 陈晓宁 郭玉娇 王慧锋

大型仪器一站式管理与共享

文/李志华 陈晓宁 郭玉娇 王慧锋

大型仪器从采购、招标、开箱、上线运行，到仪器资料填报、预约、运行数据填报，全部通过一站式的大型仪器共享管理平台来完成。通过使用机时数、测试样品数量，从量的角度，衡量设备的使用效率，这从一个侧面起到了评价设备使用率的效果。

自20世纪末以来，国家开始实施“211工程”、“985工程”，对高校的投入迅速增加，使得高校仪器设备，尤其是大型仪器设备进入了一个前所未有的快速增长时期。2005年，经国家发改委、财政部、教育部批准，“211工程”二期开展高等学校仪器设备和优质资源共享系统（CERS）专项建设，在全国高校层面上系统整合大型仪器设备资源，探索共享机制，促进高校间的仪器设备共享，并积极为全社会服务。该项目依托中国教育科研网，运用现代信息技术、网络技术手段，通过管理和机制创新，建立分层次的高等学校仪器设备和优质资源共享系统，形成互为适应的教育资源管理和应用服务新机制。该项目强化组织和协调配置，充分利用高等学校优质教育资源，提高优质教育资源使用效益。建成的资源共享系统布局合理、定位准确、功能齐全、开放高效、体系和机制健全。通过CERS建设，在高等学校仪器设备和优质资源建设的整合、共享运行、管理机制、共享服务能力等方面取得了突破性进展。2010年，CERS项目进一步深入推进，实施了大型仪器开放服务示范机组建设；大型仪器远程网络实验室建设；国家级实验教学示范中心共享资源建设；仪器平台校际互通建设；共享系统应用服务软件平台建设及总集成项目；标准谱图和物性数据共享资源建设；生物标本和矿物岩石标本共享资源建设等项目。全国“211工程”高校广泛参与，形成了超过2000台/套大型科学仪器设备、500余家国家级实验教学示范中心，近4000门国家精品课程的优质资源规模，为教学、科研提供良好的支撑。在此背景下，华东理工大学结合自身的实际情况，吸取其他高校的建设经验，独立自主地建设了大型仪器资源共享平台。

大型仪器资源亟须管理与共享

三个亟待解决的问题

据统计，截至2012年，我校单价超过20万元的大型仪器设备约400台/件，总价值近2亿元。由于缺乏统一的信息管理平台，虽然多年来学校积极推进大型仪器设备的共享开放，但一直成效甚微。

主要存在如下三个亟待解决的问题：

1. 监管方法单一。管理部门从采购到运行无法做出一体化的监管。由于缺乏统一的信息管理平台，采购和运行过程两者相互独立进行。实际上，运行的历史数据应该作为采购设备的重要参考数据，从源头上遏制不合理的采购。

2. 大型仪器设备利用率低。设备采购部门一般是实验室，往往在本学院大面积使用，但是其他学院却不能共享该设备，造成设备闲置，利用率低。

3. 未能有效实现资源共享。由于缺乏统一的资源共享平台和便捷的预约使用方式，教师、学生用户无法通过一站式服务找到自己需要的大型仪器设备，造成较大的资源浪费。

为了切实做好教学与设备资源共享的工作，提高大型仪器的使用率和共享率，规范仪器预约使用的流程，方便各项仪器使用数据的统计，也为了使仪器的预约、使用更加公平和透明化，亟须建立一套大型仪器设备共享的管理平台。

管理需求

传统的仪器设备管理主要是以人工抄写记录存档的运行模式，它存在着操作速度慢、散乱、易出错、重复工作多等一系列不足，已不能适应信息时代高效、便捷的工作要求。由于散乱、复杂，很可能出现文案丢失的情况，而且查找也不方便，给管理工作带来了诸多不便，增加了管理成本，降低了工作效率。一套完善的设备管理信息系统能够将设备信息数字化，方便随时更新设备信息及状态，便于查找，对人员的依赖性大大降低。数据的正确性、规范性也得到了极大的提高。

大型仪器共享管理平台要能够实现设备信息的电子化，将管理制度及流程信息化能够完成从仪器设备申请采购、审批、开箱、验收、使用、报废的整个生命周期的流程，使仪器使用数据统计变得简单易行，确保仪器使用情况更加公开、透明。让大型仪器共享管理平台达到充分发挥各类大型仪器设备在学校教学、科学研究及社会服务中的作用。

资源共享需求

长期以来，校内大型仪器采购和使用都是各个学院、系所、实验室独立申请采购及使用。为了一个科研项目就需要单独采购多台大型仪器设备，项目结束后设备大多闲置，这样极易造成仪器重复采购，以及使用率低下。从优化资源配置及教学与设备资源共享的角度考虑，需要将校内已有的大型仪器设备统筹管理起来，开放所有仪器的预约使用。现有仪器设备情况及其使用情况也可用于指导后期仪器的采购，保证采购最需要的仪器，避免重复采购，提高资金的有效利用率。

大型仪器共享管理平台需要能够将全校范围内的已有大型设备仪器纳入到管理体系中，建立统一的建档、管理、使用模式，保证数据的统一化及规范化，能够从现有的各项统计数据中分析仪器设备的使用率。

共享管理平台囊括七个功能

大型仪器共享管理平台须囊括从仪器采购到使用的整个流程，实现大型仪器设备采购和使用的一体化管理。在全校范围实现仪器设备共享，提高仪器使用率，采用网上预约仪器的模式，使仪器的使用情况更加公开、公平。结合实际情况，我校建立了一套完善的大型仪器设备资源管理和预约平台，完成资源整合及共享，实现预期的管理规范化及透明化。

从管理和资源共享的角度来分析，大型仪器共享管理平台包括七个主要功能模块。

仪器申购

教师网上填报申请购买信息，经过专家认证，学院、安全部门、经费管理部门、装备处、学校等一系列审批后，完成仪器购买申请、采购、最终开箱、归档等整个采购流程。“仪器申购”涉及到多个不同的权限模块，主要分为管理和用户的权限，同时有历史数据做决策支撑：本学院乃至本校是否已采购过同类型的仪器，其采购的数量和使用情况。

仪器管理

在仪器的采购、交付运行至报废的整个生命周期中可以随时修改仪器的状态、参数及配置信息等基本参数，添加对应的机组负责人、机组管理员，监控仪器运行、使用情况。

仪器盘点

随时对已有仪器进行盘点清理。通过各种组合条件，查询仪器，查看仪器的所有档案，包括采购、运行、填报、负责人等各类业务过程中产生的数据。

仪器预约

将仪器预约使用流程规范化、信息化。根据仪器及测试的限制条件、动态配置每日可送样品数量，并可动态调整开放预约的日期等。采用限时段预约模式，保证预约的公平性。完成预约、受理、测试、收费等多个环节的流程化服务，并记录仪器的各项使用数据，包括测试样品个数、使用机时、收费金额等运行信息。增加黑名单管理机制，将恶意预约用户加入黑名单，以限制其后期的预约权限，进一步提高预约的公平性，保证仪器的有效使用率。开放程度管理可以根据不同的管理需求，指定可以预约使用仪器的人员范围。

数据申报

管理员预先设置本年度申报的仪器，通过管理员填报、学院审核、装备处审核三级流程，实现SJ3表数据填报，直接导出上传至教育部指定平台。

数据分析

这个模块可以统计历年仪器设备购买情况，包括购买单位、购买金额、数量等情况；可以统计已有大型仪器设备的开放预约情况；可以统计开放预约仪器的预约情况、测样数量、测样机时等信息；可以统计大型仪器设备的使用频率等。

系统管理

该模块包括菜单管理、角色管理、权限管理、用户管理、系统参数配置。在菜单管理中，要能动态配置系统多级菜单信息，能随时调整配置菜单信息。在角色管理中，能根据工作需要添加删除或修改角色信息。在权限管理中，能为不同角色分配不同的操作权限，进而保证系统的灵活性及安全性。在用户管理中，可以为用户指定所属角色，以便于享受该角色的权限配置。对系统参数进行配置，以保证整个系统的平稳运行。

关键技术

Hibernate

Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行非常轻量级的对象封装，使得Java程序员可以使用对象编程思维来操纵数据库。Hibernate可以应用在任何使用JDBC的场合，既可以在Java的客户端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web应用中使用。最重要的是，Hibernate可以在应用EJB的J2EE架构中取代CMP，完成数据持久化的任务。

JSR168标准

JSR168（Java Specification Request，JSR）是Java 规范要求。它为创建Portlet建立标准的API。很多重量级的Portal开发商和开源项目组参与了Java标准化组织（Java Community Process）创建JSR168标准的过程，并且很多Portal产品开始支持JSR 168。开发符合JSR168规范的Portlet，将可以顺利移植到符合该规范的不同Portal平台上。

图3 大型仪器资源共享平台流程

图4 大型仪器申购

平台的关键技术与实现

大型仪器资源共享平台在设计、开发时严格遵循相关国标及校内统一标准，能与数字化校园项目主体平滑对接。采用通行的B/S架构，使用户能在任何有因特网的地方访问到平台。平台与因特网连接的部分以硬件防火墙进行过滤，保证了系统整体的安全性。平台纳入学校的统一身份认证体系，采用LDAP轻量级目录访问协议进行认证，能支持较大的并发访问请求，具有较高的安全性，确保数据的安全。真正做到用户以一个校园网账号就能访问到其有权访问的资源，极大方便了资源的共享。平台的每一层服务器均采用双机架构，当其中任意一台机器出现问题时将不影响系统的正常使用，杜绝了系统的单点故障，提高了平台运行的稳定性。同时在负载均衡设备的控制下，系统的负载能平均分配到每台服务器上，防止因某台机器负载过重而导致故障。大型仪器资源共享平台的总体架构如图1所示。

由于系统遵循JSR168与WSRP标准，系统能轻松地与信息门户集成，并通过ODI数据抽取工具与共享数据库进行数据共享交换，成为共享数据库的重要组成部分。

平台内部主要采用了目前主流的J2EE框架，分为应用表现层、业务逻辑层与数据模型层。用Hibernate技术对数据库进行持久化，能方便地转换为其他数据库，增加了平台迁移的灵活性。采用Web Service进行消息传递，能实现跨平台的消息传递。

平台用Java语言开发实现，具有跨平台的特性。数据库采用微软的SQL Server 2005，中间件为Tomcat 5.5，服务器端的操作系统为Microsoft Windows Server 2008。平台的功能模块如图2所示。

平台实现了从仪器的申购、审批、预约使用到统计反馈的全过程。最后可根据仪器的预约使用情况来引导仪器的申购。对于预约情况良好并且供不应求的仪器，在下次申购同类仪器时可鼓励申购并在审批时给予引导。对于开通后基本无人使用的仪器，在审批同类仪器申购时可不予通过。通过查询仪器的使用情况，可以非常方便地了解仪器的使用频率与仪器的使用范围，避免仪器的重复申购，最大程度地实现资源的共享，使仪器的使用更加便捷、透明与高效。整个大型仪器的共享流程如图3所示。

图5 大型仪器申购情况（单位：台/套）

系统运行效果的数据分析

大型仪器共享管理平台建设上线运行后，管理员与用户通过统一的入口，登录系统后，根据各人的权限不同显示不同的功能菜单，完成管理、申购、预约使用仪器等日常工作。图4是申购管理员申购仪器的系统页面。

教师、学生用户登录大型仪器共享平台后，可实现查询、预约共享资源的功能。

从2008年底使用至今，通过大型仪器共享资源平台共申购了420台/套各类大型仪器，其中2009年104台/套，2010年176台/套，2011年至今140台/套。平台使用情况良好。仪器申购情况如图5所示。

仪器预约使用情况以分析测试中心2011年仪器预约使用情况为例，一共29台/套大型仪器设备，每台仪器的样品预约数据统计如图6所示。图中所展现的样品个数为网上预约成功，并测试完成的样品数总计。

从整个学校仪器使用情况来看，仪器使用率呈现逐年提高的良好预期趋势，统计数据如图7所示。

图6 分析测试中心大型仪器设备预约使用情况

图7 全校仪器平均使用率

如何改进

大型仪器资源共享体系建设是一项长期而复杂的工程，如何进一步完善仪器资源共享开放平台建设，提高设备的使用效率，更好地为教学、科研服务，这需要我们在实践中不断完善仪器运行维护机制，建立科学、合理、统一的效益评价机制，提高服务质量，扩大宣传，使有限的资源效益得到充分的发挥，为我校人才培养、科研创新提供有力的保障。

1. 进一步提高教师、学生的用户体验度。目前，大型仪器从采购、招标、开箱、上线运行，到仪器资料填报、预约、运行数据填报，全部通过一站式的大型仪器共享管理平台来完成，但是付费环节还没有纳入整个平台。通过在线支付平台集成广大师生随身携带的一卡通，或者利用财务处经费卡实现直接缴费，既简化付费流程，同时便于资金的监控和管理。

2. 进一步完善设备使用评价体系。目前，大型仪器共享管理平台通过简单的使用机时数、测试样品数量，从量的角度简单衡量设备的使用效率，这从一个侧面确实起到了评价设备使用率的效果。但是，如何从更为科学、全面的角度来评价一台仪器的使用价值，是下一阶段工作的重点。利用数据挖掘技术，不仅要从量上，更要从质上考评仪器的使用效率和效果。例如通过跟踪使用仪器的实验项目的获奖情况，统计使用仪器的学生数；从科研和教学的不同角度来衡量设备使用效率和效果。通过先进的信息化技术实现完善的设备使用评价体系，进一步提高仪器的资源共享率，最终更好地服务于教学和科研。