物联网时代大型仪器管理系统的开发与应用

蔡 超，林卫峰，赵明明，仲崇楠

(天津大学 国有资产与设备管理处，天津300072)

0 引 言

近年来，随着“211 工程”和“985 工程”的实施，高校的大型仪器设备的数量迅速增加，装备水平得到了大幅度提升，这也为高校大型仪器设备管理带来了挑战［1-2］。

同时，随着信息技术的快速发展，高校教育资源和科技资源的广泛共享已成为时代发展的趋势［3-4］。因此，各高校在不断探索管理机制［5-6］的同时，纷纷研究、开发大型仪器管理信息系统［7-8］，作为大型仪器管理的先进技术手段，提升大型仪器管理水平、促进大型仪器开放共享。

1 高校大型仪器管理存在的问题

(1)仪器共享信息缺失。目前，大多数高校由于缺乏一个完善的仪器设备信息共享平台，导致信息共享不畅，因此许多部门、师生不知道学校仪器设备资源分布状况，形成了想用设备者不知何处可用，设备管理者希望提高利用率不知何处有需求的现象［9-10］。

(2)不能实时追踪仪器状态。仪器负责人通常需要负责多台仪器，不同的仪器也会分布在不同房间，不同楼层，所以仪器负责人不能随时随地的监控仪器的使用状态，也不知道当前的仪器操作人是谁;一台大型仪器设备需要花费数十万甚至数百万的资金购置，但是用户使用时，通常都以得到最终实验结果为目标，很少注意仪器的正确使用方法，不当的操作造成仪器损坏时常发生，不但减少了仪器的使用寿命，也间接的造成其他用户的不便［11-12］。

(3)仪器设备维护成本高。由于大型精密仪器运行成本高，维修费用居高不下，只靠学校设备维修费用难以维持仪器的正常运作。采取仪器使用收费的方法提高设备的使用效益固然是一个解决途径，但是收费机制和标准不健全，使收费在实践中遇到阻碍［13］。

(4)仪器绩效统计费时费力。通过对仪器设备进行绩效评估，可以量化统计每台大型仪器的使用效益，为学校购买同类型的大型仪器提供决策依据。但现有的仪器绩效统计主要采用人工计算，消耗大量的人力物力，使统计工作不容易得到贯彻和推行［12］。

针对以上的问题，通过开发智能化的管理系统，用较少的人力对全校大型仪器进行高效管理是一个非常有效的手段。

2 构建物联网时代的大型仪器管理平台

在科技发展的今天，计算机已经承担了人们大量的工作，但是计算机无法像人一样，对感受的事物做出判断，并进行反应。因此，科技发展的下一个重要阶段就是智能化，而物联网是解决智能化问题的重要途径，通过“身份识别”、“物理定位”以及“数据传输”形成一个完整认知的网络体系［14-16］。在仪器管理方面的应用，将实现从一个人负责一台仪器，扩展成为一个人负责不同地域的多台仪器的全方位管理。

我校开发的基于物联网技术的大型仪器管理系统将仪器的实时信息公开、人员管理、仪器管理、财务管理、预约管理、授权使用、计费收费、数据共享、报表统计等工作整合，结合软件系统和硬件设备，对大型仪器的日常使用进行监督和管理，使大型仪器资源得到充分、合理和高效地利用。

2.1 系统用户管理

系统可以非常灵活的定义各级管理员及用户的权限。按照行政级别划分，校级仪器管理平台可以分为资产处管理员、学院管理员、系/研究所管理员、仪器管理员、实验室管理员、财务管理员等(见图1)。

图1 系统用户分类示意图

(1)普通用户。可查询仪器信息、申请培训、预约仪器、费用结算并在仪器使用完毕后填写仪器反馈表。

(2)实验室管理员。负责管理自己的实验室，包括授权实验室成员使用经费，查询本实验室成员仪器使用情况;关注实验室经费使用情况并及时向财务部门充值经费，打印本实验室财务报表;进行成果管理，年初输入实验室项目，通过系统自动记录实验室成员使用过的仪器。

(3)仪器管理员。负责仪器设备的日常维护，包括用户培训，设置仪器预约的各种限制条件，监控仪器使用状况，管理黑名单，打印仪器使用年度报表等。

(4)财务管理员。可以灵活定义，从校级、院级或其他级别设立财务负责人，进行充值、收费及其他财务管理工作。

(5)资产处管理员。拥有系统管理员的最高权限，可以根据实际需要，对所有权限进行分配管理，实时监控仪器设备的运行状况、使用状况和收费状况，统计全校仪器设备的绩效信息，掌握设备运行的各种宏观信息。

2.2 授权预约管理

授权系统是整个平台的核心，管理员可以对不同用户进行分类管理，系统根据预约/付费情况直接限制用户登陆的时间和地点，使用户只能从特定的计算机终端或是读卡器上通过验证，从而控制和使用相应的设备。对于多次爽约的用户，模块会根据管理员的具体设置自动将其添加入禁止预约黑名单。此外，用户使用仪器后，需要在24 h 之内填写仪器反馈，否则将无法继续预约。

2.3 仪器设备管理

仪器管理员可以对用户进行资质审核，开放用户使用权限，通过计算机终端和电源控制器远程控制仪器的使用。

(1)仪器设备的管理维护。仪器管理员能够通过管理界面方便地添加仪器设备的各项资料、使用情况以及所需的资质审核流程等信息相关供用户查询。用户使用仪器时，仪器管理员远程监控;当网络出现故障时，为用户代开仪器;仪器发生故障时，用户可直接在线报告给仪器管理员，及时处理故障;用户每次使用都会被自动记录，用户每次使用完仪器，系统会自动提示用户输入使用情况反馈;需要通过培训才能使用仪器，经过培训后由管理员开放使用者的使用权限(图2)。

(2)仪器设备的访问控制。对于需要用计算机才能操作的仪器设备，直接利用授权模块限制用户登录来达到控制用户操作设备的目的;对于没有计算机连接的仪器设备，采用电源控制器来对这些仪器的电源进行控制。两种方式无需对仪器进行改装，保证了仪器完整性，不影响仪器的保修与维护。

(3)仪器计费和财务管理。系统支持多个财务中心，可根据需要设置采用全校统一的财务收费机制还是各院系分离的财务收费机制。用户使用仪器后，计费系统会根据提供有偿服务的公共仪器使用实际情况结合预约情况，自动对费用进行结算。

图2 用户使用仪器流程图

2.4 文件共享

文件共享系统使用户可以直接访问自己或他人的文件数据。系统中既包括实验室用户个人目录，也包括实验室内共享目录与平台公共共享目录。

2.5 仪器地理信息监控

系统对多种全球GIS 数据进行整合，再叠加上仪器定位数据，从而允许用户能够在网页浏览器上对仪器使用的地理分布及使用状况进行实时直观的浏览和监控。系统保留了开放式的接口，从而可以进一步将其他温度湿度监控，用电用水数据采集整合，实现整体数字化科研楼宇监控。

2.6 打印报表和成果统计

系统以原始记录为依据，对各类大型仪器的运行、维护、服务水平、功能开发等状况进行评价，可以自动生成“高等学校实验室综合信息表”、“贵重仪器设备表”、“实验室基本情况表”，同时生成统计数据的实时图表，对不同时段不同项目的统计数据进行比对，可以最大限度的保证仪器设备的完好率和使用率。

3 大型仪器管理系统的“物联网”扩展应用

3.1 支持CERS 项目，实现校际互通

系统采用多授权后端机制，可同时兼容多个网络验证后端。针对校内应用，能够无缝接入校园一卡通系统的同时，还能提供对临时用户或者校外用户等不具备一卡通身份的用户的使用验证。针对校际应用，能完成高校仪器设备和优质资源共享系统(CERS)要求的仪器平台校际互通方式，直接将其他学校的一卡通系统无缝接入，实现其他学校用户对我校仪器的共享和使用需求。

3.2 为大型仪器购置提供依据

通过系统对仪器使用情况的多方面数据统计，可以直观的了解到每台仪器的使用绩效。这些数据为学校大型仪器的建设规划提供决策依据，更好地利用现有仪器资源，更有效的分配仪器资源。

3.3 大型仪器管理系统总体使用情况

2011 年7 月，我校大型仪器管理系统开发初步完成，在学校分析中心、化工学院、药学院、环境学院和理学院5 个单位的37 台大型仪器试用，逐步完善系统。10 月，“天津大学大型仪器管理平台”正式在全校运行使用。目前，学校共有91 台大型仪器加入系统并完成网络连接安装;系统注册课题组240 个，注册成员830人，其中校外注册用户53 人，系统整体运行状况良好。2011 年11 月25 日，华中科技大学、武汉大学、武汉理工大学等19 所高校代表来校调研关于大型仪器设备开放共享管理，受到一致好评。

4 结 语

随着信息技术的发展，利用信息化手段提升大型仪器管理水平、促进大型仪器开放共享，已成为各高校多年来研究探索的重要课题。应用“物联网”技术的大型仪器管理系统，实现了大型仪器设备实时信息的共享，提高了仪器设备的管理水平和效率，从而为优化学校资源配置、更好地为学校教学科研服务发挥了积极的作用。

［1］ 梁 熊，胡泽友，杨 毅.高校大型仪器设备共享的探索与实践［J］.实验室研究与探索，2011，30(7):194-196.

［2］ 杨树国，闻星火，梁国华，等.服务科研创新的高校大型仪器条件平台建设［J］.实验技术与管理，2011，28(10):187-189.

［3］ 何小兵，文亚星.区域高校实验仪器设备共享模式探索［J］.科技管理研究，2009(6):240-242.

［4］ 胡义伟，杨菊仙.论区域高校实验教学资源的整合与共享［J］.高等理科教育，2005(3):119-122.

［5］ 胡 宁，孙世媛，张 锐.大型仪器平台建设与管理的实践［J］. 实验技术与管理，2010，27(10):16-18.

［6］ 贲 毅，张 勇，叶李艺，等. 更新管理手段 提高仪器设备管理水平［J］.实验室研究与探索，2011，30(5):176-178.

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