基于PEMM建设高校实验室开放管理系统

施镇江，朱 蕾，章宦耀，史同娜，朱冰洁，吴文华

（东华大学材料科学与工程学院，上海 201620）

0 引 言

近年来，高校为提高实验室仪器设备开放共享率，做了大量探索和实践工作，制定了一系列的实验室仪器设备开放管理制度，建设了各种实验室仪器设备开放管理系统，取得了明显的效果［1］。但随着仪器设备数量增加、高校扩招、师生科学研究方向多样化，而实验室教师编制数并未扩大，高校实验室又面临实验室开放运行工作量成倍增长，人员不足导致仪器设备开放受限，开放工作与实验室安全要求矛盾日益突出等“新常态”问题［2-3］。

2008 年，材料科学与工程学院＆纤维材料改性国家重点实验室仪器设备公共平台（以下简称平台）联合上海万欣计算机信息科技有限公司研发的智能实验室开放管理系统，通过对实验室开放工作流程化管理，实现了实验室全天候（24 h）自动运行开放［4］。10 余年来，平台基于流程和企业成熟度模型（Process and Enterprise Maturity Model，PEMM），构建智能实验室管理系统PEMM 框架，持续评估和建设实验室开放系统。在平台管理的仪器设备总价值由2008 年的60 余台（单价10 万元以上）、总价值4 000 余万元，增加到2021 年的310 余台（单价10 万元以上）、总价值17 000 余万元；实验人数增加（研究生由2008 年的300余人增加到2021 年1 400 余人）；使用量增加（使用总机时由2008 年的2.83 万余机时增加到2021 年的8.82 万余机时）。在实验室教师编制不变的“新常态”下，加强开放系统的智能化、功能化、人性化模块建设，实现了实验室全天候按需安全开放。该系统现已推广至300 多家高校及研究所使用。

1 PEMM与智能实验室开放管理系统

1.1 PEMM概念

2007 年，Hammer M［5］提出了流程和企业成熟度模型（Process and Enterprise Maturity Model），该模型从业务流程和整体能力成熟度评估公司绩效。PEMM的构架为：公司根据5 个流程能动因素（设计、执行者、负责人、基础设施、衡量指标）的定义和对应的组成要素定制流程成熟度级别（P1～P4）；根据4 种企业能力（领导力、文化、专业技能、治理）的定义和对应的组成要素定制企业能力成熟度级别（E1～E4），如图1所示［6-9］。

图1 PEMM框架体系

构建业务流程及企业能力成熟度模型框架，对影响成熟度评级的变量调查，有助于公司从管理层角度发现需要优化提升的环节，提升公司绩效。PEMM 是一种普适性的分析评估模型，没有限制的定义，适用于构建和评价任何行业的业务流程与企业整体能力［10-12］。

1.2 智能实验室开放管理系统

平台建设的实验室开放管理系统，是对实验室“人”“物”“事”的综合管理体系，“人”指实验室管理教师和进入实验室使用仪器设备的师生；“物”指实验室各种仪器设备；“事”指实验室开放管理工作。通过智能实验室开放管理系统，实验室自动开放运行的业务分为：实验室安全管理业务、仪器设备开放业务、仪器设备培训与考核业务、仪器设备预约与审批业务、仪器设备使用业务5 部分。运行流程为：实验室管理教师设置仪器设备开放时间→实验室管理教师定期发布仪器设备培训与考核计划→师生报名参加仪器设备培训与考核→师生自主预约仪器设备，导师及实验室教师审批→师生进入实验室使用仪器设备→实验结束后，退出实验室。实验室管理教师全程管控开放流程中安全事务，如图2 所示。

图2 实验室开放管理系统运行流程

1.3 PEMM对建设智能实验室开放管理系统建设的借鉴

平台实验室开放管理系统的建设目标，在确保安全（功能化）的前提下，通过实验室管理系统自动运行（智能化），实现仪器设备全天候按需开放使用（人性化）。智能实验室管理系统自动运行可借鉴PEMM中流程成熟度概念，实验室仪器设备全天候开放使用可借鉴PEMM中企业能力成熟度概念，智能实验室管理系统自动运行成熟度与实验室仪器设备全天候开放使用能力成熟度共同组成了一个完整的智能实验室开放管理PEMM框架。该模型结合各成熟度级别的定义，用于评价智能实验室开放管理系统建设后的开放工作自动运行和实验室仪器设备开放使用能力成熟度级别。同时，根据PEMM低级别成熟度对流程及整体的影响，如何提升成熟度级别等，平台管理层可通过PEMM明确实验室开放管理系统需要提升的成熟度和改进的要素［13-16］。

2 智能实验室开放管理系统的PEMM 框架构建

将平台智能实验室开放管理系统的所有流程融入PEMM框架中，分别构建5 个动能因素与4 个能力，对应的组成要素、成熟度指标与评估办法。

2.1 智能实验室开放管理系统成熟度模型的框架体系

智能实验室开放管理系统PEMM 框架，P 定义为实验室自动运行成熟度，包含5 个流程能动因素及各因素的组成要素：

能动因素1系统设计，定义为智能实验室开放管理系统自动运行流程设计，组成要素为开放、培训、预约、使用；

能动因素2系统使用者，定义为进入实验室使用仪器设备全体师生，组成要素为规章制度认识、操作使用技能；

能动因素3系统负责人，定义为负责仪器设备开放管理工作的实验室教师，组成要素为角色权限、管理技能；

能动因素4系统基础设施，定义为支持智能实验室开放管理系统运行的硬件，组成要素为仪器设备硬件、智能系统硬件；

能动因素5系统衡量指标，定义为智能系统自动开放使用程度，组成要素为安全管理、自动化程度。

E定义为实验室仪器设备全天候开放能力，包含4 种能力及各能力的组成要素：

能力1开放执行力，定义为智能实验室管理系统开放能力，组成要素为开放流程执行、开放制度执行；

能力2开放文化，定义为开放工作中各制度建设，组成要素为开放管理制度；

能力3开放专业技能，定义为实验室全体师生的专业技能能力，组成要素为负责人技能、使用者技能；

能力4开放治理，定义为对开放工作整体管理与考核，组成要素为开放效果、人性化管理、师生认同度。

2.2 智能实验室开放管理系统成熟度模型的级别体系

根据PEMM中流程成熟度级别定义，构建智能实验室开放管理系统的实验室自动运行成熟度级别（P）和实验室仪器设备全天候开放能力成熟度级别（E）模型。在PEMM定义中，0 级别代表业务处于自然未管理状态，本文中代表实验室开放工作处于未开放或人工开放状态，在已建设开放管理系统的模型中，该级别可省略，实验室自动运行组成因素成熟度级别（P）如表1 所示。实验室仪器设备全天候（24 h）开放能力成熟度级别（E）如表2 所示。

表1 实验室自动运行成熟度级别（P）

表2 实验室仪器设备全天候开放能力成熟度级别（E）

2.3 智能实验室开放管理系统成熟度模型的评价体系

PEMM通过在被调查企业中挑选职员，以成熟度评估问卷调查的形式，评价企业能动因素与能力成熟度，寻找改进成熟度的办法［11］。平台的智能实验室开放管理系统记录了实验室各仪器设备开放、培训、预约、使用详细数据，可对系统记录的数据进行研究分析，挑选常使用实验室仪器设备的师生（年均200 人以上），问卷调查使用情况，建立智能实验室开放管理系统成熟度模型评价体系，如图3 所示。

图3 智能实验室开放管理系统成熟度模型的评价体系

实验室各仪器设备关键数据分析与师生问卷调查，对智能实验室开放管理系统的实验室自动运行成熟度级别（P）和实验室仪器设备全天候开放能力成熟度级别（E）不同指标进行评价，评价对应项目如表3所示。

表3 智能实验室开放管理系统成熟度模型评价指标

平台定期对实验室自动运行成熟度和实验室仪器设备全天候开放能力成熟度开展评价工作。找到影响开放工作的关键点及提升成熟度的方案，指导智能实验室管理系统建设。

3 智能实验室开放管理系统建设

3.1 智能实验室开放管理系统成熟度模型的评价结果与分析

（1）智能实验室开放管理系统成熟度模型的评价结果。经过数据分析与问卷调研评价，平台智能实验室开放管理系统自动运行成熟度评价如表4 所示，全天候开放能力成熟度评价如表5 所示。

表4 智能实验室开放管理系统自动运行成熟度评价

表5 智能实验室开放管理系统全天候开放能力成熟度评价

（2）成熟度影响分析。对智能实验室开放管理系统自动运行成熟度评价分析可知，平台智能实验室管理系统，已实现实验室全天候开放运行。但随着实验室仪器设备数量和种类、科研需求与测试要求的增加，而实验室教师人数不变，导致使用者与负责人，开放制度，系统基础设施成熟度下降，影响了实验室开放能力。因此需要持续建设提升智能实验室管理系统、加强技能培训、修订开放制度、达到根据实际需求进行实验室开放、培训、预约、使用工作，提高实验室开放效率，实现智能化、功能化，人性化实验室开放。

3.2 智能实验室开放管理系统自动运行能力建设

通过成熟度评价，平台持续开发智能实验室管理系统新功能模块，提升实验室开放成熟度，如图4所示。

图4 智能实验室开放管理系统自动运行能力功能模块建设

（1）实验室自动运行开放模块建设。基于原有的仪器设备开放模块，平台开发了仪器设备开放分级模块。即根据仪器设备操作难易程度，使用者预约使用量大小，加工测试类型等数据反馈，将仪器设备开放权限分级，部分加工设备仅在工作时段开放，部分仪器设备可在非工作时段开放，具体开放时间根据预约排队量来确定。此模块可按需设置仪器设备开放时间，提升仪器设备开放成熟度。

（2）实验室自动运行培训模块建设。基于原有的批量培训，平台加强培训报名管理，开发了新的培训报名模块，统一安排仪器设备培训时间，每周通过智能系统发布培训计划，使用者登录系统后可报名参加培训。负责人可限定每台仪器设备培训报名人数，每位使用者每周可报名次数，通过“小班制”培训考核，确保培训质量，提升使用者操作技能掌握的成熟度。

（3）实验室自动运行预约模块建设。基于原有的仪器设备预约模块，平台开发了预约权限分级模块，即根据使用者对仪器设备使用频率、实验室规则遵守程度、科研论文及专利发表情况、信誉积分、实验室贡献度等综合表现进行评分，负责人根据分数高低授予使用者不同级别的权限，高级别权限的使用者可预约已开放非工作时段的仪器设备，低级别权限的使用者只能预约开放工作时段的仪器设备。同时授予教师最高权限，鼓励教师亲自进入实验室做实验。此模块优化了实验室全天候开放的目的，提升了使用者对规章制度认识的成熟度。

（4）实验室自动运行使用模块建设。基于原有的仪器设备使用模块，平台开发了信誉积分管理模块，通过门禁刷卡系统记录使用者刷卡时间，电源控制器自动断电，以及负责人定期巡视检查，确保使用者本人按时做实验，按时退出，培养守时的氛围。对于部分表现突出的使用者，给予一定信誉积分奖励。对于迟到和延时的使用者，信誉积分模块将按照迟到和延时的不同时间自动扣分。对于违反实验室规定的使用者，负责人根据具体违规情况手动扣分。平台每学年将所有使用者信誉积分设置为100 分，当信誉积分低于60 分时，禁止登录系统和刷卡开门，使用者须写好一份带导师签名的检查，交给负责人，经讨论后，方可将信誉积分加至80 分；当第二次写检查时，使用者原有的仪器设备培训记录清零，即需要重新进行培训。通过信誉积分管理制度，在仪器设备使用阶段进行安全提醒，提高使用者仪器设备预约开放使用整体成熟度。

（5）实验室自动运行数据管理模块建设。平台开发的数据管理模块，主要用于协助负责人统计仪器设备预约排队情况、使用率、共享率、损坏频率等，便于负责人参与实验室开放的全流程管理，通过数据分析可归纳总结实验室各类安全问题规律，便于预报或提前排查安全隐患。通过不同仪器设备开放数据对比，为管理者决策提供各仪器设备使用机时、排队情况、维护频率、投入产出等量化数据，提升基础设施与衡量指标成熟度。

3.3 智能实验室开放管理系统全天候开放能力建设

（1）实验室全天候开放管理建设。平台持续加强智能实验室开放管理系统的基础设施建设，更新智能实验室准入模块、监控模块、数据传输模块等，提升实验室开放执行力成熟度。平台开展实验室开放文化建设，制定和优化各类规章制度，如：平台仪器设备损坏赔偿条例，师生培训管理条例等。通过学院教授委员会讨论，党政联席会决议等，确保各项规章制度顺利执行，提升开放文化成熟度。

（2）实验室全天候开放专业技术建设。平台定期举办仪器设备操作培训会议，聘请专家讲解各仪器设备操作技能及数据分析知识，优化不同仪器设备培训周期，培训侧重点，提供管理教师与助管联系方式等，提升开放专业技能成熟度。

（3）实验室全天候开放数据反馈建设。平台通过数据分析，问卷调查等方式，建立数据反馈，及时了解仪器设备使用情况，使用者满意度，及时准备所需耗材，定时开展仪器维护，测试校正等，提升开放治理成熟度。

4 结 语

经过十几年的仪器设备开放历程，平台基于PEMM理念，持续开发智能实验室开放管理系统各功能模块、培训师生使用智能系统、明确实验室教师管理权限、升级智能系统硬件、收集师生意见反馈，从而提高实验室自动化运行程度。对影响实验室仪器设备全天候开放能力成熟度的4 种能力，持续修订实验室开放管理制度、建设实验室开放文化、提升全体师生技术业务能力、加强开放全流程管控，从而提升仪器设备开放管理效率。

实验室全天候按需安全开放是智能实验室管理系统建设的最终目标，如何智能化、功能化、人性化的开放实验室仪器设备，是一个值得不断探索的问题。平台将继续依托PEMM模型开发新的功能模块，新的智能硬件，新的规章制度，持续提升实验室开放成熟度。