高职开放性实训室智能化管理系统的构建与实践

谢雄敏 付希尧 曾 燕 聂 浩

（广西建设职业技术学院 南宁 530007）

1 高职开放性实训室智能化管理系统构建的必要性

实验是学生接受和实践教学知识的重要一环，科学高效的利用好实验室资源，是提高学生实践创新能力的关键。以物联网技术和云平台技术为核心的现代化新型实验实训室智能化管理系统已在逐步推广和应用，预约审核、人员考勤、资产管理、环境智慧调节、视频监控及远程控制等功能都可以通过控制终端的信息传输在平台实现管理[1]。实训室智能化管理系统作为一种前沿的实验实训管理方法和信息化管理手段，为职业教育的发展注入了新的动力[2]。而作为培养学生动手能力的实验教学承担者的实验实训室，必须在功能上满足当前和未来的信息化发展需求，从而提高学生的动手、实践能力和综合素质。目前我学院实验实训基地现状与问题如下：①伴随着我学院规模的不断扩大，实验室的总数也随之增加，实验室管理工作愈发繁重，单纯的增加管理人员已经无法很好的解决实验室管理问题；②实验室里的前端信息数据采集困难，尤其是在软件系统为管理主导情况下，实验室的使用过程数据，器件使用的量值，设备清点都需要人工录入，在没有计算机配套的设备中，软件很难管理到设备使用；③设备数据难以及时更新。由于设备的使用数据是靠人工采集录入的，从采集、录入数据的生效通常会消耗很长的时间，领导和学生无法及时掌握设备的信息；④没达到节省人力消耗的目的，无论是设备数据的采集和设备的管理，都只能通过人工去实现，软件不能替代人工完成。

2 开放性实训室智能化管理系统构建目标

系统构建总体目标是从感知层、控制层、决策层3个层面来打造现代化、智能化的实验教学管理平台。建设方案的设计突出：院系平台和实验室平台2级平台统一，同时有效的对实践教学过程进行管理，实现科学的评价和方便地做到开放实验，并为创新型实验和毕业设计做出有力的支撑，力求做到技术先进、运行可靠、方便管理，并留有可扩展、可升级的余地。整合本学院现有实验资源并充分考虑将来的发展，制定点对点的开放预约管理，为师生的自主创新实践实验提供高效而便捷的通道，构建全方位的智慧型实验室支撑平台，实时监控实验室运行状态和结果信息，把监控管理从粗放式向精细化转变。硬件系统主要是依托核心的智慧型实验室支撑平台，整合底层的控制系统和外围的信息展示系统，监控系统，移动应用终端等构建出智能型的实验实训中心。在此实验实训中心，实验室的控制系统和支撑平台有机的结合，实现对所有实验室的开放管理，通过核心平台的业务运算结果，自动控制各实验室以及实验终端，提取实验数据，进入支撑平台的实验报告系统，并可以轻松的分析出实验实训中心的设备使用状况和学生实验学习的状况。

3 开放性实训室智能化管理系统的构建策略

通过硬件支撑系统的部署，为学院提供实验资源的开放建立了良好的基础。门禁系统的部署方便了老师的管理，不用每次上课都老师开门，同时也作为开放实验、创新实验、毕业设计应用的支撑，出入记录也可作为实验室使用率的数据依据；电源控制系统的部署配合管理平台实现无人值守和节约能耗；监控系统的部署让管理人员对实验室情况实时掌控；信息展示系统的部署改善了教学的氛围，更具科技感，也让实验室信息发布及时。总体架构分为门禁控制系统、电源控制系统、监控系统和信息展示系统四个部分。门禁系统：新校区实训大楼：实训中心1层3个小教室，2层3个小教室共6个教室；土木系3层北1个大教室，6个小教室共7个教室；土木系4层北8个小教室；土木系5层北1个大教室、6个小教室；土木系6层北2个大教室、4个小教室；交通系6层北8个小教室；交通系7层北2个大教室、4个小教室；设备系8层北4个大教室；设备系9层北4个大教室；设备系10层北1个大教室、5个小教室；管理系11层北4个大教室；管理系12层北4个大教室；管理系13层北4个大教室；规划系14层北4个大教室；规划系15层4个大教室；艺术系16层北4个大教室、1个小教室；艺术系17层北2个大教室、3个小教室；艺术系18层北2个大教室、4个小教室；工商系19层北8个小教室；计算机系18层南2个大教室、5个小教室；计算机系19层南4个大教室、4个小教室。共计121间教室，每间教室配置一套门禁控制器，总配置121套门禁控制器。在设有实验室的每层楼部署一个串口服务器，让门禁通过485线与串口服务器相连。串口服务器通过交换机与装有智慧型实验室支撑平台的终端连接，实现对门禁系统的智能化控制。电源控制系统：新校区实训大楼共49间大教室，72间小教室。每间小教室配备1个5路大功率电控箱，每间大教室配备2个5路大功率电控箱，其中设备系10层北中的大教室配备3个5路大功率电控箱。共计配备165个5路大功率电控箱。在设有实验室的每层楼部署一个串口服务器，让电源控制箱通过485线与串口服务器相连。串口服务器通过交换机与装有智慧型实验室支撑平台的终端连接，实现对电源的智能化控制。监控系统：分为实验环境监控和视频监控两方面，为实验教学和实验室安全提供保障；监控系统主要硬件构成：监控摄像头，分为球形和枪式，每间实验室2部球形摄像头，楼道安装枪式摄像头、NVR、监控显示大屏等；为了便于对整个实验室设备进行统一管理，每间实验室以对角形式安装两部球形摄像头，360°无死角监控，每个楼道口布置一个枪机。每栋楼可以部署一个NVR，用于存储监控信息，安装在中控室，每个NVR配备6个监控显示大屏用于显示实时监控画面，安装在中控室。现场采集层主要指各实验室内的监控设备运行数据，操作层是整个实验室监控系统的核心，通过对数据通讯层上传数据进行处理，以实现对整个实验的集中监控，使实验室管理员通过管理室的电脑服务器或者视频监控显示屏可以方便地对实验室内外的各种情况进行监控管理。监控显示大屏统一显示各实验室及实验大楼的视频传输情况，学院可以集中式的进行信息发布、现场指挥、远程会议等各类信息的统筹安排，有效实现实验中心智能化，虚拟化。信息展示系统：信息展示系统分为3个模块。可以在每个实验室门口安装一个电子课牌，用于显示当前实验室安排情况。电子课牌通过与交换机连接，控制平台可通过交换机对电子课牌的信息实时更新，支持WIFI。每层楼可以选择安装一台交互式一体机，用于学生自助进行实验预约、成绩查询、课表查询、通知公告查询等。通过网络与智能控制平台连接。每栋楼的大厅安装可以安装一面信息展示大屏，用于显示当前实验中心所有实验室课程安排情况的信息展示大屏，通过网络与智能控制平台连接。

采用智能化管理系统软件核心平台，依托校园网络突破空间和时间的限制，是实验室人员、实验教学、实训基地、耗材出入库管理、设备安全管理的平台，通过对实验实训教学过程的平台预约安排、实训准备、教学监控、实训测评、耗材购置、设备维修保养、实训基地和门禁出入安全等管理构成了一个复合型、开放的实验室管理平台，也是学院领导、实验室主任、教师、学生、实验室管理员之间实现互动、自主、开放的实验室信息化管理平台。通过架设在应用服务器上的实验室支撑平台进行相关的实验操作，应用服务器发送相关指令到控制服务器上实现用户的操作，与此同时控制服务器收集到的各种指令实施与数据库服务器进行交互，当用户进行常规的实验预约后，在对应的时间点通过门禁系统进入指定的实验位进行实验操作：对于实验过程管理部分，学生在进入实验室，并操作电脑登陆系统，登陆系统时，平台系统会收到来自锁屏程序发送过来的该学生使用电脑的时间及电脑机位等信息，使用过程中，电脑中安装的锁屏程序将自动保存电脑屏幕图片到服务器中，用于对学生实验过程管理的依据，同时锁屏程序还具有检测电脑鼠标、光标的当前使用状态，如果在一段时间内，光标或鼠标状态一直处于同一个状态没有人进行操作的时候，锁屏程序会自动向操作系统发出关机指令和向平台服务器发出断电指令，在操作系统关机后，平台服务器会自动向电源控制箱发出该机位的断电指令，完成对电源的自动断电功能。整个实验操作全程监控，监控的数据通过网线传输回云电脑中控平台进行处理，相关的数据保存至网络硬盘录像机中，当遇到突发情况时，实验室管理人员可及时登录架设于应用服务器上的实验室管理平台进行相关操作。

4 开放性实训室智能化管理系统的建设成效

通过借鉴以往建设智慧实验室的经验，按照教育现代化建设的需求，坚持以师生满意为导向，以建设智慧实验室为核心，以现代科学技术、现代物质技术、现代产业为支撑，把实验室智能化作为提升教学发展层次的重要平台，不断提升设施的智能化水平，加快智慧实验的规模化、标准化、产业化发展。通过一期建设完成了学院两栋实验楼的全部门禁系统、搭建电控系统，所有楼梯间布置监控设备。二期建设完成所有实验室内监控系统的搭建，完善远程监控系统；完成所有实验室的电控系统，通过智慧型实验室支撑平台，实现实验室智能化管理。通过开放性实验实训室的建设，完善了实训基地“信息化+智能化”现代化科学集成式布局。基于开放性实验实训室，构建出高职开放式实训基地“多位一体”的共享性实训教学体系。