基于Web的实验室信息管理平台设计与实现

刘进学 徐诗理 曾凡平

摘要：文章根据目前流行的开发模式和B/S体系结构，结合中科院病毒研究所实验室当前需求分析，对实验室信息管理平台进行详细设计，解决了实验室项目管理、实验管理、全面资源管理、安全管理等诸多方便问题及需求，为其他科研院所实验室管理提供宝贵经验。

关键词：实验室信息管理系统;全面资源管理

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）16-0057-03

1 引言

21世纪是信息技术时代，面对全球范围的信息化浪潮，中科院病毒研究所必须及时调控自身发展战略、推进研究所的信息化建设进程[1]。近年来国家在信息和通讯基础设施方面投入巨量资金，企事业单位全面发展信息化，提高工作效率已成为社会的共识。国内大型科研院所也陆续在2010年先后开始应用实验室信息管理平台来管理实验室内的日常业务，实验室管理信息系统的建立和实验过程的信息化，可以有效压缩人力成本，标准化、规范化、系统化的实验系统可以减少甚至替代大量重复的人工操作，压缩了时间成本[2-3]。

与此同时，中科院病毒研究所对实验室信息及数据的管理非常重视，建立了全面而严格的管理体系，但是由于在项目管理及资源管理方面还没有建立信息化的管理系统，项目管理和资源管理主要靠人工台账方式来进行，因此带来的问题主要表现为如下五个方面：1）项目信息传递滞后，无法高效、快速、全面了解项目信息;2）实验室仪器台账信息不能智能化;3）实验室危化品管理台账繁杂;4）审核责任不清;5）实验知识数据不能完整地保存以及方便地使用。

2 总体设计

实验室信息管理平台是一套通过计算机统筹全面管理，结合数据库技术和流程管理为一体的实验室管理系统[4]。

实验室信息管理平台是集项目管理、流程管理、资源管理、查询统计管理等诸多模块为一体的实验室应用系统，保证实验室数据与流程的严格管理和控制，它是实验室人员、仪器、耗材、危化品、文件等元素全面资源管理的计算机应用系统，也是实验室综合管理信息系统。

实验室信息管理平台实现了实验室业务资源的全面管理和成本压缩。通过对所有实验室流程流转阶段进行审核、审批，避免了各种耗材的浪费，如试剂材料实现严格出入库管理，建立合理的库存控制。为中科院病毒研究所内各级各类人员提供了一套功能丰富、无纸化办公的操作平台[5]。

3 系统架构设计

基于Web的实验室信息管理平台开发环境使用流行的java开发框架，JVM为JDK 1.8.0。数据库采用MySQL，服务器端测试环境在Windows Server 2019下测试，利用Tomcat+Apache提供JSP环境。

开发完成后运行在Windows环境下，相应的网络部署如图2所示。内外网用户通过Web浏览器访问实验室信息管理平台。外网用户访问行为经过外网防火墙，所有用户访问数据库信息经过数据库防火墙。通过上述部署方式有效提升实验室信息管理平台整体安全性。

4 模块功能介绍

4.1 项目管理

1）项目管理

计划将实验室的课题项目进行电子化管理，目标实现课题组成员可以创建及维护自己的项目，项目信息包括如下图基本信息栏中项目状态、项目编号以及项目目标等信息。实现项目成员的管理，明确各成员职责，严格控制项目访问权限，避免知识资产泄露。实现项目任务的计划安排，项目动态的实时掌控。实现项目资料的电子化管理[6]。

2）项目汇报管理

计划将实验室的课题项目汇报方式改进为电子化记录，实现研究人员汇报管理的电子化，建设研究人员的日报、周报、月报等各种汇报方式，明确每个项目的详尽工作内容。项目负责人可以掌控项目进展和人力资源。项目汇报模板功能能够创建属于自己的汇报模板格式，方便统一项目汇报信息，有效归档组织过程资产，方便项目信息的查询以及归档。

4.2 全面资源管理

1）人员管理

人员管理模块，具体对基本信息、学位情况、证书等信息进行管理。

2）培训管理

计划实现实验室内部的培训管理流程，流程如下编制培训任务?审核培训任务?发送培训通知?开展培训活动?培训总结及授权。

3）仪器管理

仪器管理可以有效地对实验室各种仪器分级管理，内容包括仪器的基本信息和使用记录等。

4）库存管理

库存管理是对实验室的材料进行管理。包括材料基本信息、入库记录、出库记录、使用记录、低库存报警、效期提醒、材料销毁。

5）固定资产管理

实现实验室内部的固定资产的申请和台账管理。

6）文件管理

文件管理主要针对实验室的技术文档、质量文件类文件，各类文件分类分目录进行管理，实现对文件从编制到发布整个生命周期全过程的控制[7]。

设定用户角色和权限，实验室的每个用户都可以查看相关文件，编辑、修订和审核需要特定权限[8]。文件管理信息應该包括：文件编号，文件名，发布日期，文件状态，最后修订日期，有效期，版本号，起草人、审核人、备注等。

4.3 通告管理

建立实验室通告管理模块，便于实验室管理者能够及时有效的发布实验室的信息通告。实现通告的权限控制，可以设置通告的发布范围，如全所通告或者课题组通告。可以设置通告的有效期，系统自动撤销相关通告。

4.4 安全要求

从实验室安全角度出发，保护内部局域网免受非法用户的入侵。同时为了更好地保障实验室信息管理平台的数据安全性和可靠性，在内网中，在实验室信息管理平台专门增加防火墙设备，提高安全级别。

4.5 数据安全管理

系统备份：当服务器软件系统出现不可恢复的故障时，能将数据库文件进行还原，使服务器的软件环境还原到离发生故障时间点最近的环境状态。

数据备份：数据库定期自动备份，在数据库出现异常时，使用近期自动备份的数据恢复数据库，尽量防止数据丢失[9]。

容灾备份：通过人工备份数据库信息到移动存储设备上，实现数据库的异地容灾备份。

防病毒：安装防病毒软件，实时保护用户、数据库服务器、网络设备不受攻击。

5 实验应用

5.1 数据库组成结构

数据库的开发的特点是语句数量级大，重复性高。需要开发人员编写大量的SQL语言代码来对数据关系模型进行定义和操作。SQL语言易于开发理解，但毕竟增加了开发过程的工作量，且易出现语法报错，降低了程序开发的效率。所以程序员在设计数据库时，本系统采用一套第三方图形化操作程序来开发或修改数据库。本系统平台开发时使用了MySQL Workbench这款下一代的可视化数据库设计、管理的工具，软件界面如图9所示。

5.2 压力测试场景

实验室信息管理平台性能指标包括系统响应时间、用户数量、吞吐量。通过负载测试和压力测试计算三大性能指标。

对于系统响应时间的测试，主要是各种不同内核的浏览器对系统的响应速度。因为本系统的客户机主要通过浏览器完成查询和操作。因此使用主流不同内核的常用浏览器如：Internet Explorer、谷歌、360等进行了测试。

应用微软Web Application Stress通过打开浏览器录制脚本动作：打开登录网页、输入账户密码，浏览网页并退出。用伪终端模拟多用户进行压力测试，页面平均响应时间如图10所示，其网络延迟也满足实际使用要求。

6 结束语

本实验室信息管理平台实现基本的项目管理、项目任务、项目汇报管理模块，实现了资源管理中的人员管理、培训管理、实验材料管理、耗材管理、危化品管理、仪器预约管理、仪器台账等各类管理。通过前期的调研以及实践，以上平台模块能够满足研究院课题组的基本管理要求。

通过课题研究过程发现无纸化实验室、智能化实验室都是未来实验室的发展方向。实验室信息平台可以更多地实现成本管理和风险管理，对于研究过程，可以实现研究方案管理、实验记录管理、电子记录本管理以及研究报告管理，对于研究成果，可以实现项目知识库管理，对于管理人员，可以实现仪器负载率统计、材料耗材的使用情况统计、项目进展统计以及项目汇报及时率统计。

在未来，依据研究院的信息化管理要求可以在更多的课题组中依据其管理需求选择不同的功能模块进行信息化实施，逐步落实建设研究院实验室信息平台化的愿景。

参考文献：

[1] 李凯.基于SSH框架的电工电子网络虚拟实验室教学信息管理Web平台设计与研究[D].杭州：浙江大学，2013.

[2] Ayers D.Java服务器高级编程[M].北京：机械工业出版社，2001.

[3] 伏昕.基于B/S结构的高校实验教学平臺管理系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2016.

[4] 汤立，郦伟.实验室信息管理系统（LIMS）在环境监测系统的应用探讨[J].江苏环境科技，2007，20（4）：69-71.

[5] 朱卫良，陆坚.LIMS技术应用[J].电子与封装，2007，7（8）：34-38.

[6] 徐赛华.软件需求分析研究[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2006，27（1）：104-105，110.

[7] 陈子敬.论信息化时代的科技警务[J].浙江公安高等专科学校学报-公安学刊，2004（4）：20-24.

[8] 王玉英.基于JSP的MySQL数据库访问技术[J].现代计算机（专业版），2010（14）：67-70.

[9] 中华人民共和国教育部，中华人民共和国财政部.教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见[EB/OL].[2021-10-20].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_734/201001/t20100129_20038.html.

【通联编辑：谢媛媛】