“互聯(lián)網(wǎng)+”時代大型儀器設(shè)備共享平臺建設(shè)
——以江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院為例

陳光哲， 徐為民， 王春梅， 周 昊， 徐寸發(fā)， 朱丹宇

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中心實驗室，江蘇南京 210014)

隨著國家財政對科研事業(yè)投入的增加和國家重大科研項目的開展[1]，科研院所儀器設(shè)備的規(guī)模出現(xiàn)了突飛猛進的增長，配備了大量高值的儀器設(shè)備，給科研院所帶來了空前的發(fā)展機遇，同時也給科研院所的大型儀器設(shè)備管理提出了更高的要求。傳統(tǒng)儀器設(shè)備管理是一種靜態(tài)的、信息滯后的管理模式，要投入大量的人力和時間來制定儀器設(shè)備使用安排表實現(xiàn)儀器預(yù)約、監(jiān)管執(zhí)行、機時統(tǒng)計等日常事務(wù)，試驗數(shù)據(jù)也是使用紙質(zhì)保存，不便于查詢和共享，管理效率極其低下[2]。

當(dāng)前，“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃等有關(guān)政策密集出臺，信息化已成為國家戰(zhàn)略，信息技術(shù)對大型儀器設(shè)備共建共享的影響也日趨明顯。國務(wù)院于2015年7月頒發(fā)的《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》(國發(fā)〔2015〕40號)[3]中明確指出，公共服務(wù)將更加多元化，線上線下結(jié)合將更加緊密，社會服務(wù)資源配置需要不斷優(yōu)化，公眾享受到更加公平、高效、優(yōu)質(zhì)、便捷的服務(wù)。為順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展趨勢，推動大型儀器設(shè)備資源的共建共享，“互聯(lián)網(wǎng)+”的應(yīng)用延伸也為大型儀器設(shè)備公共平臺服務(wù)能力提升提供了更多的可能，打造“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下大型儀器設(shè)備共享平臺勢在必行。

1 關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)+”

在十二屆全國人大三次會議上，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃。“互聯(lián)網(wǎng)+”是創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新形態(tài)、新業(yè)態(tài)，是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進及催生的經(jīng)濟社會發(fā)展新形態(tài)，利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)[4]。

互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是一種工具，更是一種能力，一種新的DNA，與各行各業(yè)結(jié)合之后，能夠賦予后者以新的力量和再生的能力。通俗地講，“互聯(lián)網(wǎng)+”即互聯(lián)網(wǎng)+各個傳統(tǒng)行業(yè)，但不是簡單的“1+1=2”，而是要大于2，這里的“+”是要讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)通過信息技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)平臺進行深度融合，促進傳統(tǒng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級[5]。互聯(lián)網(wǎng)把新的能力注入各行各業(yè)，推動其優(yōu)化、創(chuàng)新，使其實現(xiàn)新生。目前“互聯(lián)網(wǎng)+”在金融、商業(yè)、交通、服務(wù)、教育等行業(yè)正迅猛發(fā)展，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”教育科研的不斷發(fā)展和深化，各大科研院所和高校也在逐步運用互聯(lián)網(wǎng)思維和現(xiàn)代信息技術(shù)推動科研公共服務(wù)平臺的改革與創(chuàng)新，將“互聯(lián)網(wǎng)+”融入大型儀器設(shè)備資源的共建共享，促進傳統(tǒng)科研教育管理的轉(zhuǎn)型與升級，實現(xiàn)科研院所、高校硬件資源綜合實力的快速提升。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”下大型儀器設(shè)備共享平臺建設(shè)探索

江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院根據(jù)院內(nèi)專業(yè)研究所和中心實驗室大型儀器設(shè)備的分布情況，從2014年7月著手“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下的大型儀器設(shè)備共享平臺的建設(shè)探索，2015年1月初步建成使用。“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大型儀器設(shè)備共享平臺的建成及其應(yīng)用，解決了大型儀器設(shè)備資源共享、儀器設(shè)備購置計劃、采購全過程管理的智能化、高效化、科學(xué)化等相關(guān)問題。

2.1 系統(tǒng)平臺架構(gòu)思路與層級

依據(jù)軟件工程學(xué)的原理，將平臺的技術(shù)架構(gòu)思路分為3層(圖1)，第一層是系統(tǒng)的核心，即數(shù)據(jù)庫層，負(fù)責(zé)所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲與管理，通過采用即時的異地備份技術(shù)確保數(shù)據(jù)的安全性。第二層則是用來處理、編輯、顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)的服務(wù)端應(yīng)用程序處理層，該層承擔(dān)管理事務(wù)處理的中間環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫操作，接受處理客戶端的請求，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯處理以及提供各類應(yīng)用服務(wù)；第三層則是客戶端訪問層即系統(tǒng)的入口，位于系統(tǒng)的最前端，通過網(wǎng)絡(luò)實時地將儀器設(shè)備運行狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至應(yīng)用程序處理層的服務(wù)器[6]。

系統(tǒng)平臺建設(shè)架構(gòu)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”、移動互聯(lián)和大數(shù)據(jù)，利用先進的物聯(lián)網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡(luò)和人工智能等技術(shù)，使儀器設(shè)備管理實現(xiàn)數(shù)字化、科學(xué)化、智能化與可視化。采用分層次管理、分布式架構(gòu)，系統(tǒng)平臺建設(shè)架構(gòu)主要層級見圖2。

2.1.1 中心儀器設(shè)備統(tǒng)一共享訪問層 為了能夠全面、直觀、形象地展示和統(tǒng)計全院大型儀器設(shè)備的使用狀況，提高儀器設(shè)備的使用效率，需建立一個實時、直觀的大型儀器設(shè)備共享Web平臺，實現(xiàn)院內(nèi)儀器設(shè)備共享、跨實驗室預(yù)約使用，統(tǒng)一將儀器設(shè)備的使用狀況實時顯示在屏幕上，便于查看、統(tǒng)計和調(diào)配儀器設(shè)備資源。主要實現(xiàn)儀器設(shè)備的基本信息查看、分布情況查看、個性化預(yù)約、使用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計報表查看輸出等功能。

2.1.2 中心設(shè)備實時管理層 該層位于整個儀器設(shè)備共享平臺的中間層，具有承上啟下的作用。主要是實現(xiàn)對儀器設(shè)備的基本信息、院內(nèi)儀器設(shè)備使用開放時間表、設(shè)備運行狀態(tài)等綜合信息的管理。主要實現(xiàn)儀器設(shè)備實時狀態(tài)查看、實時通知發(fā)送、在線實時控制、預(yù)約信息的實時推送等功能。

2.1.3 實時可視化終端 以計算機、多媒體觸摸屏形式實時展現(xiàn)院內(nèi)儀器設(shè)備當(dāng)前使用狀態(tài)、用戶信息、位置等內(nèi)容，用戶在此終端實現(xiàn)對儀器設(shè)備的查詢與預(yù)約功能，還包括系統(tǒng)通知、儀器設(shè)備信息、相關(guān)統(tǒng)計分析圖表等內(nèi)容。

2.1.4 設(shè)備運行監(jiān)管層 該層位于系統(tǒng)最低層，也是最基礎(chǔ)、最重要的一層，原始的數(shù)據(jù)都從該層析出和傳輸。主要包括2大部分內(nèi)容：有計算機設(shè)備監(jiān)管的和無計算機設(shè)備監(jiān)管的。有計算機監(jiān)管的儀器設(shè)備在該計算機上安裝監(jiān)管客戶端軟件，無計算機監(jiān)管的儀器設(shè)備則通過設(shè)備運行監(jiān)管儀來控制設(shè)備電源以達到對設(shè)備的使用監(jiān)管。

2.2 平臺建設(shè)方案

2.2.1 組網(wǎng)方案 根據(jù)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中心實驗室的發(fā)展規(guī)劃以及當(dāng)前全院實驗室具體情況，大型儀器設(shè)備開放共享平臺建設(shè)組網(wǎng)方案如下：利用院內(nèi)局域網(wǎng)絡(luò)(提供固定IP地址)，在中心實驗室各實驗室中安裝、布置網(wǎng)絡(luò)信息點，與弱電間(服務(wù)器存放地)相連接，房間與房間相對集中建立弱電箱，服務(wù)器與院內(nèi)網(wǎng)相聯(lián)，中心實驗室的儀器設(shè)備與各專業(yè)所的儀器設(shè)備分別使用服務(wù)器來控制，采用分布式數(shù)據(jù)存儲與交換。網(wǎng)絡(luò)主體結(jié)構(gòu)見圖3。

2.2.2 功能架構(gòu)方案 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大型儀器設(shè)備開放共享系統(tǒng)主要包括對儀器設(shè)備資源的管理、控制、預(yù)約、統(tǒng)計、試驗數(shù)據(jù)存儲等內(nèi)容，系統(tǒng)功能架構(gòu)方案見圖4。

對大型儀器設(shè)備的監(jiān)控管理分為對有計算機設(shè)備監(jiān)管和無計算機設(shè)備監(jiān)管。有計算機監(jiān)管的儀器設(shè)備在該計算機上安裝客戶端軟件，無計算機監(jiān)管設(shè)備則通過大型儀器設(shè)備監(jiān)控儀來實現(xiàn)對設(shè)備的使用監(jiān)管。

2.3 平臺建設(shè)內(nèi)容

2.3.1 大型儀器設(shè)備綜合信息管理模塊 本模塊主要實現(xiàn)儀器設(shè)備從入庫、驗收審核、變更、報損、維修、報廢的全程管理功能。儀器設(shè)備按所屬的各專業(yè)所分戶、分類統(tǒng)計，實現(xiàn)儀器設(shè)備總賬記錄、儀器設(shè)備注銷記錄，以及相關(guān)維修、報廢等各類明細(xì)記錄的查詢與匯總，并實現(xiàn)了對儀器使用自定義查詢與統(tǒng)計報表功能。同時還包括儀器設(shè)備基本信息、詳細(xì)信息、操作說明、狀態(tài)、功能簡介、技術(shù)參數(shù)、注意事項、維修申請、預(yù)約信息、審批與執(zhí)行等[7]，大型儀器綜合信息管理界面見圖5。

2.3.2 大型儀器在線管理與實時控制模塊 該模塊實現(xiàn)大型儀器設(shè)備的實時在線監(jiān)控與管理。實時讀取儀器設(shè)備的基本信息、當(dāng)前運行狀態(tài)(使用者、開機時間、設(shè)備狀況、工作電流與功率)、使用記錄等信息實時顯示在電腦、發(fā)光二極管(LED)等顯示設(shè)備上。可實時顯示大型儀器設(shè)備的分布狀況、分布數(shù)量、所屬專業(yè)所名稱、聯(lián)系信息等，導(dǎo)航可按儀器名稱，也可根據(jù)儀器存放地點，儀器設(shè)備狀態(tài)查看和監(jiān)控界面見圖6。

2.3.3 共享平臺預(yù)約基礎(chǔ)管理和個性化預(yù)約模塊 預(yù)約管理模塊主要實現(xiàn)了儀器設(shè)備的預(yù)約和管理功能，主要功能包括儀器操作人員對測試項目和大型儀器設(shè)備預(yù)約情況的查詢及確認(rèn)，使用者對測試項目與儀器設(shè)備的預(yù)約，系統(tǒng)采用注冊登錄預(yù)約。個性化預(yù)約模塊，主要是指輸入儀器名稱和使用時間，系統(tǒng)自動查詢該時間段內(nèi)可以預(yù)約的儀器設(shè)備，查詢到的儀器設(shè)備，可以定位到實際的物理位置。如果指定儀器設(shè)備，可以任意編排與設(shè)置試驗的時間，若該時間段內(nèi)可以預(yù)約，系統(tǒng)提供快速預(yù)約功能；若不能預(yù)約， 則提供離預(yù)約時間段最近的可預(yù)約時間供預(yù)約者參考，自由靈活，便于使用，便于管理[8]，儀器在線預(yù)約界面見圖7。

2.3.4 圖形化統(tǒng)計報表模塊 實時統(tǒng)計儀器設(shè)備的使用數(shù)據(jù)、設(shè)備實時電流與功率(連接監(jiān)控儀設(shè)備)、開機時數(shù)、計費情況、使用率等信息，以垂直柱狀統(tǒng)計圖、3D垂直柱狀統(tǒng)計圖、水平柱狀統(tǒng)計圖、餅圖等顯示。通過對相關(guān)數(shù)值系數(shù)的設(shè)置，提供具有一定深度和廣度的儀器設(shè)備資源狀況決策支持，建立多角度數(shù)據(jù)分析模型，深入挖掘儀器設(shè)備使用數(shù)據(jù)價值，以準(zhǔn)確直觀的形式為今后儀器設(shè)備的購買決策提供準(zhǔn)確依據(jù)[9]，儀器設(shè)備階段運行情況見圖8，相關(guān)儀器設(shè)備使用機時見圖9。

2.3.5 用戶綜合信息管理模塊 該模塊主要包括用戶信息、專業(yè)所信息、研究室信息的維護與關(guān)聯(lián)，用戶信息的導(dǎo)入與導(dǎo)出、用戶初始密碼設(shè)定等。用戶類別主要分為預(yù)約用戶、儀器操作人員、部門管理人員、超級管理員， 超級管理員具有最高權(quán)限，可操作與管理其他用戶信息，以及用戶信息的批量導(dǎo)入與導(dǎo)出等。

2.3.6 試劑耗材管理模塊 該模塊主要包括試劑耗材信息、查詢、申購管理、審核管理、試劑耗材基本類別管理、入庫、發(fā)放、庫存管理等，可實現(xiàn)對試劑耗材數(shù)字化管理，以及網(wǎng)絡(luò)化申購、審核、購買、入庫、發(fā)放、報廢、回收、統(tǒng)計匯總，統(tǒng)計可對應(yīng)到每臺儀器，試劑耗材管理界面見圖10。

3 平臺特點

(1)技術(shù)架構(gòu)先進。系統(tǒng)采用國內(nèi)外成熟的先進技術(shù)，實現(xiàn)管理與信息技術(shù)的高度結(jié)合；系統(tǒng)采用微軟.NET平臺所支持的多層可伸縮式體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高可用性、安全性、可擴展性和可靠性。(2)管理理念先進。系統(tǒng)融合了先進的管理理念，與簡單的記錄與查詢數(shù)據(jù)不同，系統(tǒng)在于使儀器設(shè)備管理、試劑耗材管理工作向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化邁進。(3)決策支持明顯。系統(tǒng)具有強大的信息數(shù)據(jù)處理能力，通過統(tǒng)計與分析，可以提供多種形式的圖表為決策提供參考數(shù)據(jù)及支持，提高決策的質(zhì)量和效率。(4)系統(tǒng)安全穩(wěn)定。系統(tǒng)通過專業(yè)的測試與應(yīng)用， 在系統(tǒng)設(shè)計、軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等方面都比較成熟，從而保障系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性，將管理系統(tǒng)寫入服務(wù)端的系統(tǒng)事件管理，任何異常與變化可通過查看系統(tǒng)事件日志來解決。(5)移植擴展性能強。該系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)及模塊構(gòu)成，可移植性強，基本覆蓋實驗室管理工作的各方面和各環(huán)節(jié)，易于升級。(6)對外開放統(tǒng)一。系統(tǒng)具備良好的開放性，可同相關(guān)系統(tǒng)(如中心實驗室門戶網(wǎng)站、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院一卡通系統(tǒng))等實現(xiàn)對接，便于交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管理信息的全面化與一體化。

4 建設(shè)成效

江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大型儀器設(shè)備開放共享平臺的信息化建設(shè)在院領(lǐng)導(dǎo)關(guān)心指導(dǎo)下和各專業(yè)研究所的配合下，已經(jīng)投入運行2年以上，受益范圍覆蓋全院科研和實驗室管理工作的諸多方面，已經(jīng)初見成效。

4.1 儀器設(shè)備購置更加精準(zhǔn)

由于本信息化儀器管理系統(tǒng)具有實時統(tǒng)計儀器設(shè)備的使用數(shù)據(jù)、開機時數(shù)、計費情況、使用率等信息的功能，可以為儀器設(shè)備的購置決策提供參考，選擇和購置試驗緊缺或亟需的儀器，避免了傳統(tǒng)的盲目購置、重復(fù)購置、使用率不高的現(xiàn)象，使儀器設(shè)備實現(xiàn)精準(zhǔn)購置。

4.2 工作效率得到提高

傳統(tǒng)設(shè)備管理是一種靜態(tài)的、信息滯后的、依靠人力來實現(xiàn)的管理，通過大型儀器設(shè)備共享平臺信息化的建設(shè)，大型儀器設(shè)備的管理變得科學(xué)化、數(shù)字化、可視化和便捷化，大大提高了中心實驗室和江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院各專業(yè)研究所對大型儀器設(shè)備管理的效率，工作效率得到有效提高。

4.3 儀器設(shè)備管理更加規(guī)范

全面建立院內(nèi)大型儀器設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化管理，不斷完善管理機制，提高管理水平與服務(wù)質(zhì)量，使院內(nèi)大型儀器設(shè)備管理更加規(guī)范化與科學(xué)化。

通過江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大型儀器設(shè)備共享平臺信息化的建設(shè)和應(yīng)用，充分發(fā)揮和實現(xiàn)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中心實驗室和各專業(yè)研究所儀器設(shè)備資源的管理與共享，提高儀器設(shè)備開機率、使用率和儀器設(shè)備購置的精準(zhǔn)度，提高了服務(wù)質(zhì)量，使院內(nèi)大型儀器設(shè)備管理更加規(guī)范化與科學(xué)化，從而更好地為全院科研工作提供條件保障，促進重大科研成果產(chǎn)出。

[1]國家統(tǒng)計局. 全國科技經(jīng)費投入統(tǒng)計公報[EB/OL]. (2016-11-11)[2017-08-08]. http：//www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201611/t20161111_1427139.html.

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