淺析高校院系級儀器信息化管理系統
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摘要：高等院校近年來儀器設備數量快速增加，管理問題日漸突出，本文分析了學校、院系和課題組三級儀器管理的現狀?，F仍有不少院系平臺以人工管理為主，存在諸多困境，為提高管理水平，筆者設計了一套院系級儀器管理系統，與院系信息化系統融合可有效促進開放共享，提高儀器的使用效率，實踐效果良好。
關鍵詞：儀器管理;開放共享管理;信息化建設
中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）22-0013-03
一、引言
儀器設備已成為高等院校教學科研的重要基礎設施[1]，近些年隨著國家對高校教學科研經費投入的增加，廣大高校在“211工程”、“985工程”和“雙一流”建設的推進下，儀器設備數量快速增加，也采購了越來越多的高精尖儀器，為儀器設備的管理帶來了新的契機[2]。儀器設備的管理與高校的教學、科研工作密不可分，充分發揮已有儀器設備的效能，推動開放共享提高設備的利用率，在一定程度上可以減少重復購置，節約學校的設備經費支出[3，4]。
二、高校儀器管理現狀
高校儀器設備主要分布在課題組、院系和校級平臺，各高校的校級公共儀器平臺一般為校內獨立二級單位，大多數已經采用信息化手段對用戶預約、測試樣品和儀器使用進行全流程管控。校級公共平臺儀器數量多、通用性強、價值高，有專門的經費預算采購儀器管理系統，也有專職管理人員操作儀器，儀器管理系統開發公司將校級平臺視為“香餑餑”，特別重視具有標桿效應的重點高校，并在這些學校的校級平臺投入了大量的精力。例如，中國科學技術大學理化科學實驗中心接入中國科學院儀器設備共享管理平臺，上海交通大學分析測試中心使用的商用管理系統，這些管理系統都為校級平臺的良好運行提供了系統保障。
院系級公共儀器平臺主要為本院系和個別相關院系提供服務，所配備儀器也更聚焦于某一領域。與校級平臺相比，院系級平臺專門用于建設儀器管理系統的經費較少，各儀器管理軟件公司不甚重視或不能提供適用性強的軟件系統。許多院系平臺還以傳統人工管理模式為主，使用紙質臺賬跟蹤使用情況，這種管理模式存在以下問題。
1.儀器信息缺失。由于缺乏統一的儀器信息發布平臺，師生無法掌握本院系的儀器種類和具體參數，不了解其使用狀態。通過學術會議或詢問合作伙伴，師生只能獲得片面和滯后的信息，經常出現舍近求遠到外單位使用儀器或重復購置相同設備的情況，浪費了大量的人力和財力。
2.預約管理粗放。使用人工對儀器進行預約管理，以一整天或每天分為三個時段進行預約，粒度不精細造成大量的空閑時段?，F代大型儀器設備往往具備全天不間斷工作的能力，只有滿負荷運轉才能發揮出儀器的最大使用效能。
3.無準入控制。院系公共儀器設備以用戶自操作為主，隨著科研儀器設備精密化、自動化的發展，對用戶的操作規范也提出了更高的要求。一旦違規使用造成儀器故障可能產生高額的維修費用并造成長時間停機，拖延了科研工作進度。用戶應該經過培訓并合格后才可以自行操作，但管理人員無法做到實時監管。
4.使用記錄不可信。通過紙質臺賬記錄儀器的使用情況，完全靠用戶自覺登記，記錄內容也不完全可信。用戶因沒有規范操作而發生的儀器損壞，因沒有可信的使用記錄無法對用戶追責，無追責壓力用戶不會重視規范操作的重要性，從而進入了惡性循環。
5.存在收費漏洞?；诓豢尚诺氖褂糜涗?，無法計算準確的使用費用。沒有監管措施，用戶隨意登記，甚至有的用戶為了規避費用，不登記或少登記。收費的不公平和隨意性容易引發矛盾，對公共實驗室的運行產生了負面的影響。
6.使用統計困難。根據紙質存檔數據進行統計要花費大量的人力，數據來源不可靠其結果可信度不高，無法為未來儀器的添置提供決策依據。
高校實驗技術人員短缺，工作任務繁重已成為不爭的事實。實驗技術人員不僅承擔儀器設備的日常管理和維護，還要擔負起指導學生操作使用儀器設備的職責[5]。近年來，高校儀器設備高速增長，使用頻率提高，但實驗技術人員卻未隨之增加，因此將他們從煩瑣、重復的儀器日常管理中解脫出來迫在眉睫。
課題組儀器設備購置經費來源分為競爭性和非競爭性兩類。競爭性經費一般指向國家科技部、基金委等申請的項目經費，非競爭性經費一般指學校經費（如“雙一流”建設經費）。非競爭性經費的使用分配權在學?；蛟合?，既可以用于建設公共平臺，也可以支持課題組儀器建設。課題組設備一直以來極少對外開放共享，其中部分儀器設備使用面極窄無開放必要，部分設備共享會導致使用效率低下，如某些光學儀器調整一次光路要幾天時間，這類儀器的確無開放必要。部分可以開放的儀器沒有共享，一方面有的教師認為這是自己的設備不愿意開放使用;另一方面有些院系普遍沒有儀器管理平臺，現有管理軟件也沒有為這種復雜場景進行優化，從而在一定程度上阻礙了開放。如果能優化院系內的儀器管理、提高儀器使用效率，從而使有限的經費可以發揮在更大的作用上，而不是浪費在設備的重復購置上。
三、院系級儀器管理系統設計方案
院系級平臺不同于校級平臺，儀器以用戶自操作為主，除了需要管理共享設備，還應考慮將各課題組可以共享的儀器納入管理。課題組的儀器，特別是使用非競爭性經費采購的，學校和院系應該從制度上提倡和要求共享，這也要求院系有針對性地推出院系級儀器管理系統。院系建設自己的儀器管理系統可以解決人工管理面臨的諸多問題，提高管理水平實現精細化管理，可將實驗技術人員寶貴的精力從煩瑣的日常管理中解脫出來。為了實現儀器設備的全流程科學管理，院系級平臺至少應包括以下七個功能模塊。
1.儀器展示。管理系統網站按照功能分類統一展示儀器，每個儀器的管理員可自主維護所管理儀器的頁面，詳細介紹儀器的型號規格和功能指標，公示校內外收費標準，便于用戶快速了解儀器詳情，選擇合適的設備開展實驗。網站應提供統一服務的窗口，用戶和管理員均通過網站對平臺內所有的儀器進行預約管理和使用。 2.用戶管理。精細化管理要求每位用戶都擁有獨立的賬號，防止賬號共享帶來的安全隱患，但基本計費單元是課題組，這就要求管理系統應至少實現課題組和用戶兩級管理，用戶完善個人信息后申請加入組，由組長審批后產生的費用計入該組賬戶?，F在眾多高校已經建立了統一認證平臺和一卡通系統，對于校內用戶，使用學校統一認證平臺驗證用戶身份，使用校園一卡通作為身份憑證，用于門禁和刷卡上下機。校內用戶學生具有流動性，而公共實驗室并不掌握學生的動向，管理系統能夠周期性地與校數據中心同步，及時發現已畢業學生的賬號，防止發生已畢業卻還在用導師經費繼續實驗的情況。儀器管理系統和學校身份系統緊密集成，身份信息可靠且更新及時，用戶忘記密碼、掛失換卡也由學校統一處理。對于校外用戶，由公共實驗室統一管理賬號，統一發卡。
3.操作證。實驗室安全越來越受到重視，用戶應首先經過安全培訓考試合格后才可進入實驗室，如需接觸危險品還應增加相應的培訓和考試內容，管理系統應具備完善的在線考試功能。用戶需先完成安全培訓考試，針對其所使用儀器進行專門的培訓，合格后首先頒發只能在工作時間使用儀器的見習操作證，用戶熟練使用后再升級為全天使用的正式操作證。儀器管理系統對用戶的預約和使用通過操作證控制，并聯動門禁系統實現儀器操作的準入控制。
4.預約管理。合理、靈活的預約策略有助于提高儀器設備的使用效率，預約頁面采用日歷展示，用不同顏色標記狀態，使儀器的使用狀態一目了然。不同的儀器對預約要求差異很大，從儀器使用角度考慮，根據儀器實際使用情況確定預約時間規則，用戶只能按照設定的要求進行預約，防止預約時間明顯不符合正常實驗的用時。對于較為稀缺的設備，可限制每個課題組在一定時期內的預約機時，盡量為各個課題組提供公平使用的機會。
5.上機使用。管理系統使用現場控制器對儀器進行控制，控制方式多樣，對于可以斷電的小型設備直接操控設備電源，對于使用計算機控制的設備控制顯示器為鍵盤和鼠標，對于不可通過電源控制的為可控制儀表或開關樣品門。通過這些控制手段，實現無人值守的情況下要求用戶通過刷卡登錄才能正常使用設備，這樣系統才能通過操作證對儀器的使用進行準入控制，同時留存可信的使用記錄。近些年，生物識別技術越來越普及，逐步采用指紋識別、臉部識別等技術對用戶身份進行二次確認，杜絕借卡代刷的現象?，F場控制器自身具備存儲能力，在與中心服務器斷開連接時，能夠根據最后一次更新的操作證和預約信息處理上下機并記錄日志，恢復連接后自動上傳數據，確保數據的一致性。
6.數據流轉。現在越來越多的儀器設備采用計算機控制，設備初次安裝調試后，為確保儀器穩定運行，儀器控制計算機與校園網隔離，系統無法進行升級，因此對病毒和漏洞無抵抗能力。用戶測試數據需要導出時，采用刻錄光盤的形式讓用戶外帶實驗數據非常不方便，因此儀器管理系統可以作為“中間人”幫助傳遞數據，儀器控制計算機透過數據傳輸專網將實驗數據集中上傳至儀器管理系統，用戶在校內外登錄系統即可自行下載數據。
7.機時計費。有了真實可靠的使用和預約記錄，儀器管理系統就可以統計機時的使用情況并計算相應費用，計費時要考慮預約和實際使用不一致的情況，一般按照最長時間原則進行統計。通過經濟手段督促用戶預約時，盡量匹配實際的使用情況，提高儀器的使用效率。課題組長也可以隨時登錄系統查看組內成員的使用情況，掌握測試費的使用進度，每年年底系統還會自動生成合同和使用清單，直接用作用戶繳費的財務憑證，大幅節約了管理員的精力。
以上可見儀器管理系統復雜、功能眾多，隨著實際使用和管理規范的不斷完善，軟件需求在使用中不斷地摸索完善，故采用敏捷開發。筆者使用Node.js+Express框架開發核心系統，后端采用MongoDB數據庫，適應不斷變更軟件快速迭代的要求，降低了人力的需求[6，7]。平臺基于B/S架構，用戶和管理員只需使用瀏覽器即可操作，服務端使用Nginx提供Web服務，其中動態內容反向代理給Node.js，客戶端與服務端使用https加密鏈接傳輸數據，服務端與校園網之間部署防火墻和WAF對攻擊進行防范。
儀器管理系統依托于院系的信息化建設是其重要的組成部分?，F今互聯網企業高速發展，高校在工資待遇、職業發展等方面無法與之競爭，專業信息化人才匱乏，院系信息化建設面臨經費緊張、人員奇缺的問題，因此應避免“煙囪式”架構的建設，將儀器管理系統作為院系信息化建設的一部分通盤考慮、統一建設。
四、結論
筆者現已主持研發了一套院系級儀器管理系統，實現了上述大多數功能，現有一個公共實驗室使用，迄今已記錄了18128條使用信息，累計機時44502小時，并且在建設該系統時特別注重與各類信息系統的融合。在身份認證上，開發了中間件對接學校認證中心，院系自行維護校外人員信息，實現了多套信息系統共享統一認證。通過與樓宇門禁系統對接，直接控制門禁持卡人權限，對實驗室進行準入控制。使用已有的在線考試系統，為各類儀器創建特定的試卷，用戶通過培訓考試合格后才能獲取操作證。實驗數據直接與云盤集成，直接上傳自動同步，利用強大的共享管理實現協同研究，完善的數據備份和歷史版本保護了珍貴的實驗數據。
以信息化支撐科研工作是現代高校的必然要求，科學的儀器管理系統能有效提高儀器的使用效率，更好的為基礎科研服務，同時也可以提供精確的儀器，使統計作為將來設備采購方案的重要依據。
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