CIMS技术在高校实验室的应用

魏民　何健　臧继嵩

“十四五”规划明确指出要推进国家实验室建设，组建国家重点实验室体系，强化国家战略科技力量。高校实验室也是培养学生实践能力和从事科学研究的重要场所，尤其在理工科院校更为重要。我校在实验室建设方面按着国建建设方针整体规划、全面建设以及科学管理的方向在有条不紊地进行。但高校实验建设不同于普通的科研院所实验室，要将科研与教学有机结合起来有一定的困难和挑战。因此在建设的过程中结合CIMS的自动化运行和信息化管理显得尤为重要，这样可以突出建设过程中的重点问题并有效解决。

（一）实验室的安全

实验室在高校形式多种多样，有生物实验室、材料实验室、电子实验室、加工实验室等等，但都存在不同形式的安全隐患。以我校的精密制造实验室为例，虽然制定了严格的岗位职责和使用制度，但依旧存在着不少安全的隐患。首先，高校实验室的首要任务是培养学生实践能力，但无论是演示课还是实践课，都存在着学生安全意识不足的问题。其次，设配未能及时检修，以及由于人员变动对设备不熟悉所引起的误操作也会带来极大的风险。还有实验室内器材与设备众多，布局科学性不强，电路存在老化现象，极有可能因为其中一台设备的问题带来重大的损失。最后，不具备智能刀库，多种多样的刀具在管理过程中极易造成管理混乱，也容易造成人身危害。

（二）实验室的教学

实验室的最主要目的是教学，为学生服务，如何提高学生在实验室的学习效果和效率是教学的重中之重。然而没有统一的教学方法，主要靠任课教师的经验进行演示讲解并不能调动学生的积极性。由于机器性能复杂又存在一定的风险，大量的学生不能安排过多的课时，种种问题都需要科学的管控，才能使得实验室的教学变得更加高效。

（三）实验室的人才培养

高精度的、复杂的仪器和设备需要专业的人员进行操作和日常的维护。实验室的设备存在诸多问题，简单的设备数量较多，高端的设备需要较长时间的培训，因此实验室既要保证足够的人员，也要保证足够的技术才能建设成高水平的教学与科研平台。如何解决实验人才梯度培养问题，保证人才队伍的整体素质，是实验室长久发展不断进步的关键。

（四）实验室的资源利用

实验室的资源包括设备，物料，人员以及课程和项目。这些资源种类众多，虽然都没有闲置，都在独立的运转实现各自的功能，但是这些资源很难统筹合并起来。因此要将这些设备小规模的集成起来，形成相应的模块，这样无论在教学还是科研都会有所挑高，同时方便后续的管理。如何合理的“分解——调配”这些资源，使得国家高额的投资有所回报，是实验室成为高水平教育和科研平台的必由之路。

（一）实现安全规范的生产

首先要从国内外优秀的高校实验室学习其先进及宝贵的经验，如美国的麻省理工大学对实验师生进行技术培训指导，培养安全意识，规划统筹实验室器材布局，提供实验废物的统一回收处理等服务。不仅如此，我们国内的清华大学先进成型制造实验室也将管理条例和安全守则放到了首位，因此要出台相关政策，对于已有的规章制度要严格执行、监督检查到位、奖惩分明。同时应用CiMS技术形成一套从培训到使用在到监管的严格流程，利用好质量监控中PDCA的基本工作方法，不断地调整适合自己的安全办法。一定要从师生的思想高度，以及规章制度严格把控，利用CIMS技术全程监控，把安全实验、安全科研、安全实践时刻放在平日的行动当中。

（二）实现加工单元及半自动化刀库管理

实验室中设备众多，每一台设备都可以成为演示实验以及科研的平台，相对独立。在工厂和企业加工时往往会采用加工模块加以划分每台设备的功能，再将这些加工模块统一起来形成整个工厂的加工体系，并从上到下采用面向功能的体系机构将工厂从市场到管理再到生产结合起来。若将实验室的设备也如此结合，就会形成如同自动生产线一般的单元，一方面可以更加直观地进行教学，另一方面也有利于更加复杂的科研活动。我校精密加工实验室将检测设备，多种加工设备（车床、三轴加工中心、五轴加工中心）、测量设备以及运送设备结合到一起，形成了相对完成的加工单元。利用CIMS当中的MRPII技术进行设备以及物料的关系，同时使用信息化系统将整个加工单元进行监控和调配，拓展了实验室整体的性能。建立符合实验室的刀具信息数据库，以及与之对应的刀具库和刀柄库，这样能够实现刀具的统一安全放置，在调配过程中严格遵循使用流程，为加工单元中各种设备的刀具安装提供了方便且安全的途径，也提高了整体的使用效率。同时，我们再进一步研究相应的自动化系统，可以在以后实现刀具外部自动的调取与归放。

（三）形成科学的评价体系

在制定评价体系时把握以下几个原则：①全面性原则，实验室的评价涉及到制度、设备、人员、教学、科研等多个方面，要考虑周全。②目的性原则，实验室评价要有针对性，每一个指标都是为了提升一个方面而准备的，因此要紧紧围绕提升教学，提高效率，深入科研等方面进行。⑧简洁性原则，评价简单明了，不能繁文缛节，而要突出重点。

利用CIMS中的质量评价与控制将以上几个原则引入，使用信息化和现代化的手段进行决策分析与评价，凭借质量功能配置突出重点合理评价。

实验室建设是一个非常复杂的过程，涉及的因素非常多。不仅需要决策分析，也需要考虑经济因素、设备因素、教学因素、科研因素等内容。本文结合自身实验室建设经历将CIMS引入到实验的建设当中取得了一定的成果。未来随着技术发展和科学的进步，也將把更多CIMS的内容引入到实验室建设当中，实现教学、科研、人才、管理、评价的全能一体化实验室。