化学实验室管理系统的设计与实现

■董敏华

化学实验室管理系统的设计与实现

■董敏华

随着信息化渗透到教育的方方面面，原有的实验室管理及预约方式已不能适应社会发展的要求。构建现代化学实验室管理系统，可为实验教学管理、实验室管理、仪器设备管理与采购、统计数据、制作报表、实验室评估等相关事务提供网络化操作，从而提升实验教学的管理水平。

化学实验室管理系统网络化操作SSH框架MVC架构自动化管理

一、课题背景

最近几年，我国在逐步扩大对实验室建设的范围和规模。然而，我国的实验室建设还存在着许多问题和困难，例如，受我国发展条件的制约，许多实验室并没有一个规范的管理制度，因此出现了实验室发展参差不齐的现状，大部分实验室还处于人工管理的阶段。在物联网迅速发展的今天，我们期待有能够自动管理的实验室，甚至可利用远程操控对实验室进行管理。

考虑到我校实验室发展的现状，在实验室建设中，我校也针对自身发展情况提出了一些实际措施，力图在实验室的信息化方面进行一定改进。

目前，国内外有很多互联网公司提供了一些专业的实验室管理软件供学校选择。如LIMS系统，较为完整地将实验室设备进行管理，但费用相对较高，加之我校实验室硬件设备不完善，有些软件功能无法完全实现，造成浪费。

综上所述，我校化学实验室信息化建设迫在眉睫，但直接照搬其他学校的成功案例或是采购国外先进实验室管理体系无法完全切合我校实验室建设的实际。因此需要我校自行开发出一套完整的实验室管理体系，减少我校实验室管理人员，同时减低因人为原因产生的实验室事故，提升管理的水平和质量。

二、课题内容

学校实验室管理的基本内容包括设备和环境管理、实验室人员监控、仪器的使用。其中实验室管理的关键是仪器的管理，特别是电子实验室。由于仪器数量有限，以及为确保仪器的安全使用，实验室并不能100%对学生开放。为解决上述问题，一些学校常见的处理方式就是建立几个开放实验室，这样不仅满足了学生实验的需求，也能保证仪器的安全。不过这种实验室规模较小，无法满足整个学校学生的实验要求，也增加了这几个开放实验室的工作压力，因此需要针对上述问题寻找到一个更加有效的解决办法。

本文设计实现的实验室信息管理系统是一个集合了信息采集与数据存储等多功能的新型管理模式，它主要分为软件设计与硬件采集两部分，其目标是完成整个实验室的信息采集，包括各个学生信息、管理员信息，同时包括试剂信息、仪器信息等。这里需要将信息与每一件试剂、仪器一一对应，以保证最精确的管理，按照实验室的要求而定制的数据库管理应用系统是LIMS的核心。该系统还可以管理实验室药品和仪器等相关信息。

三、系统设计

1.功能结构设计。

系统开发的总体任务是实现化学实验室药品仪器管理过程的规范化、系统化。系统功能主要包括系统登录模块、用户管理模块、实验室使用管理模块、化学试剂管理模块、仪器和设备管理模块。如图1所示的系统功能结构图。

图1　系统功能结构图

2.技术架构简介。

本系统采用SSH框架对总体结构进行设计，Hibernate侧重于数据端，Spring侧重连接，而Struts便于与客户端进行联系。这三者有机地结合在一起就可以形成一个完整的网站体系。同时结构体系的出现，让系统的可维护性大大增加。持久层、业务层、表示层的关系如图2所示：

图2　SSH框架总体结构

3.数据库设计。

本系统部分数据库表如下所示：（1）用户表（用户名、密码、学号、学部、班级）；（2）实验信息表（实验教师、实验类别、实验时间、实验人数、实验室位置）；（3）设备仪器表（编号、类别、器材名称、型号、入库日期、入库数量、库存数量、单价、存放位置）；（4）化学药品借用表（课题名称、课题目标、借用试剂名称、借用数量、预计耗损量、归还量、借用老师、借用试剂、归还时间）。

四、系统实现

1.登录界面介绍。

用户管理模块包括用户信息的添加、修改、删除、更正和查询。对于用户的登录界面，当用户需要登录时，首先要找到登录框的位置，将用户信息填进去，这时用户信息就被放置在一个FormBean容器中，当Java程序调用函数对用户信息与数据库已有信息进行判别时，会将容器中的值与数据库中的对应值进行逐一比较。用户注册则是调用UserForm类中的add（）算法来实现，当管理员需要增加一个新成员时，可以通过add（）算法将新的字段写入到表中，实现数据的更改，如果想要删除信息则采用delete（）算法来实现，同样，上述修改、查询也有其各自对应的操作。

2.权限管理模块的实现。

按照实验室管理的正常要求，需要对不同的人员安排不同的任务，如管理员需要对整个网站进行维护、管理，而教师要对实验进行发布、预约等，学生的权限只限对信息进行查询。为完成不同权限下的操作，系统选用两个Java程序进行处理，分别是Constant.java和GrantAction. java。因为实验室内部人员的任务固定，所以采用将权限与人员身份进行绑定，即个人无法进行权限以外的任何操作，这样可以降低操作的复杂程度。如果没有管理权限，则无法进行操作。

3.历史信息查询。

通过查询数据库历史信息，教师和管理员可以随时掌握药品的使用情况，可利用报表进行信息发布等。同时对网站的浏览人数进行统计分析，得出每日访问量，便于日后对网站进行优化升级。

五、系统测试与结果分析

通过系统性能测试和功能测试（黑盒测试），该系统符合开发要求，各个功能模块运作正常，系统性能稳定，能够达到设计目标。笔者设计的基于SSH框架的化学实验室管理系统能够充分利用互联网资源，发挥信息资源和网络技术的优势，使得实验室药品仪器的管理趋于自动化和规范化。

六、总结

1.结论。

本文以学校化学实验室管理软件开发为背景，根据我校实验室现有状况进行分析，通过对比国内外一些已经推广使用化学实验室管理系统的学校，找出我校实验室建设的实际问题，通过完善实验室系统总体设计，实现了对化学实验室管理系统的初步构架。笔者通过建立化学实验室管理系统，完成了以下几个目标：

（1）实用性强。本系统包括了我校实验室管理的常用方式，包括了实验室设备登记管理、人员登记管理等，同时增加了网上发布信息的功能。

（2）使用简单。采用SSH框架搭建的网站，结构简单、操作方便，同时后期维护的工作量小，适合实验室长期使用，该网站界面简洁易懂，便于学生浏览，教师操作。

（3）安全性比较强。通过对权限的设置，实现了只有校内用户才可以登录操作，保证了实验室信息的安全，方便管理。

（4）便于数据共享。有利于网络共享，通用性强。

（5）系统各个模块的运行较为正常。

2.展望。

一个优秀的实验室管理系统，仅仅完成上述功能是远远不够的，而且实验室管理理论的逐步提升也促进了网站的优化升级，因此还有许多需要改进的地方：

（1）网站与设备仪器之间没有进行实时跟踪，还是采用登记的方式，仍然不够便捷。今后可以采用在仪器上增加定位来实现对贵重仪器的实时跟踪管理。

（2）该系统设计的数据结构也较为简单。可以在日后增加校外用户管理模块，增加数据结构。

（3）改进和完善查询、统计和报表功能。一边实践一边调整，改进部分模块功能。

（作者为江苏省苏州市景范中学教师）