農機裝備綜合實驗平臺管理系統開發

于曉波，鄭惠枚，譚增鑫，靳曉燕，王恒一

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150081)

0 引言

隨著我國“互聯網+”和農機裝備的快速發展，針對農機裝備管理、性能試驗、仿真設計及監控系統等方面的系統開發和應用不斷更新，如基于“互聯網+”的智慧農機管理信息系統、基于Android手機的智能農機管理系統、農業機械可靠性試驗遠程監控系統、農業裝備試驗裝置精密位置測量系統、土槽試驗臺車系統、小型蔬菜收獲機智能控制系統和拖拉機機具液壓懸掛系統加載試驗臺等，還有農機購置補貼信息公開系統等，都是我國農機管理與“互聯網+”融合發展的階段性研究成果[1-5]。浙江大學、中國農業大學、東北農業大學和武漢理工大學在農業機械管理系統方面做了大量研究，這對促進我國農機管理向高效率、高質量和高效益發展有重要意義[6-10]。但是，目前國內在農機裝備實驗平臺方面的相關研究較少[10-13]。

黑龍江省農業機械工程科學研究院實驗室是研究院科研力量的重要組成部分，實驗室多、儀器設備多且工作人員少，管理方式較為傳統，為提高工作效率和精準度，合理安排人員、實驗項目和時間，迫切需要建立實驗室信息化管理系統，因此，本文開發了一套農機裝備綜合實驗平臺管理系統，是專門為黑龍江省農業機械工程科學研究院實驗室搭建的網絡平臺。通過試驗儀器和設備的共享，除了能夠滿足自身研究需要以外，還可以對外提供服務，有效整合了農機實驗室資源，使各試驗設備和儀器得到最大化利用，值得進一步推廣應用。

1 設計概述

1.1 設計目的

為了不斷提升實驗室的整體管理水平，減輕勞動強度，實現數據共享，提高實驗室儀器設備利用率和工作效率，根據實驗室業務及質量管理流程，利用相關軟件建設一個實驗平臺，將人員、儀器、試劑、方法、環境和文件等影響分析數據的質量要素有機結合起來，借助平臺實現大型儀器共享，通過共享平臺對大型儀器資源進行有效整合，面向研究院內、外提供共享服務，實現共享儀器的網上預約、審核和結果反饋等功能。

1.2 設計理念

本實驗室管理系統是為黑龍江省農業機械工程科學研究院實驗室的管理提供服務，系統需具備功能齊全、穩定、安全、易用和簡潔等特點，并且業務流程符合相關實驗規范。因此，系統設計采用安全性優越的Java+Mysql作為架構，通過層次和模塊化設計將主要業務模塊結合在一起，各模塊有獨立的工作流程，總系統分成管理和用戶兩個子系統，兩個系統相互獨立，兩者之間通過業務管理相關聯。用戶根據系統管理員設定的角色嚴格控制應用權限。

1.3 設計需求

系統設計需求主要包括3方面。①通過本實驗平臺管理系統將實驗室內部人員、儀器設備和實驗歷程等錄入系統中，進行信息化管理，使實驗室管理者充分掌握實驗室內部職工的工作任務、實驗室的設備狀態和實驗進展等情況，通過精準安排，實現協同工作，提高效率。②用戶通過本系統能了解實驗室目前具備的試驗能力，并根據自身需求進行注冊、申請實驗、管理申請單和評價實驗。在業務進行中，用戶可添加、查看、中止和更改。③實驗室管理者對業務過程中的申請單、實驗安排和實驗過程等進行管理審核，在業務進行中，能夠與用戶進行無障礙溝通，以便了解用戶的實驗需求，合理安排實驗。對業務過程中的項目管理實現可查看、添加、修改和刪除等。

首先，將人員信息、實驗室信息錄入到系統中，其中實驗室包括儀器介紹、實驗項目和維修記錄，如圖1所示。

其次，系統中的業務管理包括項目管理、預約申請管理和耗材管理，需基于工作流程方式實現。項目管理用于實驗室新增項目的申請。預約申請管理用于用戶申請實驗的具體業務過程。

主要應用是通過建立基于網絡平臺的實驗室管理系統實現，對包括試驗中心的人員、儀器設備、實驗項目、儀器維修情況、實驗過程和項目申請等進行科學、高效地管理。使現有的試驗資源能夠充分共享，實驗人員協同工作。

2 設計流程

管理系統開發過程主要包括前端應用程序的開發和后端數據庫的建立兩方面。前者要求應用程序功能完備、操作簡單，后者要求建立的數據具有一致性、完整性和安全性。本文主要分析管理系統中的實驗室管理、項目管理和耗材管理3大模塊的設計過程。系統環境在windows10操作系統下運行，編程語言為Java+Mysql。

2.1 層次設計

該系統設計為管理子系統和用戶子系統兩部分，管理子系統供實驗室管理人員使用，用戶子系統供部分非實驗室管理人員使用，也包括用戶。每一層次均通過數據流程圖(DFD——Data Flow Diagram)來描述，數據流程圖是描述系統邏輯模型的主要工具，它可以用少數幾種符號綜合地反映出信息在系統中的流動、傳遞、存儲和處理的總體情況。數據流程主要包括頂層數據流程、第1層數據流程和第2層數據流程。

2.1.1頂層數據流程

該數據流程主要完成如下功能：研究院以外的實驗需求人員通過用戶子系統提交實驗信息，該信息被傳遞到管理子系統，實驗室職工、主管對實驗信息進行審核，并對信息進行修改后，返回到管理子系統，最終將審核后的實驗信息通過用戶子系統反饋給用戶。研究院內部的實驗需求人員可通過管理子系統完成這一過程。頂層數據流程如圖2所示，圖中數字編號代表的意義：①提交信息；②接受反饋信息；③傳遞提交信息；④傳遞反饋信息；⑤添加、修改、查看和管理全部信息；⑥返回全部信息；⑦添加、修改、查看和管理部分信息；⑧返回部分信息。

2.1.2第1層數據流程

第1層數據流程如圖3所示，圖中各數字編號代表的意義：①輸入登陸信息；②取得登錄職工資料；③驗證成功；④取得職工信息；⑤添加、修改、刪除職工信息；⑥取得用戶信息；⑦刪除用戶信息；⑧寫入實驗室信息；⑨取得實驗室信息；⑩取得業務所需資料；傳送所需信息、寫入業務信息；用戶錄入注冊信息并驗證；注冊驗證成功寫入用戶資料；輸入用戶登錄信息；取得登錄用戶資料；驗證成功；取得登錄用戶資料；修改登錄用戶資料；取得業務所需資料；取得業務信息；寫入業務信息；取得業務信息。

本單位職工包括實驗室主管、實驗室職工和其他部門職工。實驗室主管通過瀏覽器登錄系統的管理子系統，登陸管理會在數據庫的職員資料表中取得實驗室主管密碼進行核對，輸入正確后登錄自己的賬戶。系統管理員擁有系統的所有權限，包括實驗室資料管理、資訊資料管理和業務管理等。

在系統管理員錄入本單位職工(包括實驗室管理員)資料并指派職工的角色后，職工通過瀏覽器登錄系統的管理子系統，登陸管理在數據庫的職員資料表中取得職工賬戶名和密碼進行核對，輸入正確方可登錄自己的賬戶，職工擁有修改自己資料的權限，對系統的應用范圍受角色權限控制。

用戶(非本單位職工)通過瀏覽器輸入服務器IP地址登錄系統的用戶子系統。首次登錄需要注冊，注冊成功后，注冊管理將用戶注冊信息插入到數據庫的用戶資料表中，用戶登錄時，登錄管理會在用戶資料表中取得用戶名和密碼進行核對，輸入正確登錄自己的賬戶。用戶擁有對自己資料的修改權和對業務的管理權。

2.1.3第2層數據流設計

系統第2層數據流設計包括注冊管理、登錄管理、實驗室資料、資訊資料管理、項目管理和申請單管理等。這里不再詳述。

2.2 主要業務流程

項目管理、預約申請和耗材管理是應用該管理系統實現的主要業務，以下分析主要業務流程。

2.2.1項目管理流程

項目管理流程如圖4所示。第1步：創建項目，申請人員需要填寫項目名稱、項目編號、參與人員、項目背景、核心概念、研究目標和研究內容等。第2步：項目審核，管理人員針對項目申請者填寫的信息進行審核。第3步：計劃設置，要求邀請人員和設置人員任務。第4步：成果提交。第5步：計劃完成。

2.2.2預約申請流程

預約申請流程如圖5所示。第1步：填寫申請單。申請單界面取得已登錄用戶的部分信息。第2步：樣品登記。第3步：選擇實驗項目、實驗室儀器。第4步：提交。第5步：管理人員審核。管理人員收到提交的申請單后，進行審核，并反饋審核結果，如通過則進行實驗。第6步：實驗完成。

2.2.3耗材管理流程

耗材管理流程如圖6所示。入庫和出庫屬于并行流程。如果是耗材入庫，首先填寫入庫單，然后庫存管理員審核入庫單，審核通過后，相對應的增加耗材數，即耗材入庫。如果是耗材出庫，首先填寫出庫單，同時閱讀耗材須知和使用說明，然后庫存管理員對出庫單進行審核，審核通過后，相對應的減去耗材數，即耗材出庫。無論進行耗材入庫還是出庫，庫存管理人員都要進行庫存盤點，更新庫存。

3 數據庫設計

3.1 總體方案

該系統的數據庫數據重點是實驗儀器信息，如儀器型號、規格和實驗項目等。用戶通過網站登錄該系統后，多用戶可同時通過多種操作手段與程序訪問實驗儀器信息，自由選擇需要的實驗項目，能夠更好地滿足不同使用者的運用要求。數據庫設計方案如圖7所示。

3.2 設計目的

數據庫設計應以為用戶創造良好的使用環境為前提，不同用戶需求不同，一定要根據不同用戶進行數據庫設計，這樣可以提高系統的適應性。劃分出不同的模塊，滿足不同用戶需求。要預留出一定的空間，便于后續數據更新和補充，在試驗儀器調整和更新的情況下，可以靈活修改數據庫資料。在此基礎上，設置用戶訪問權限，然后對基礎信息進行分類，不同用戶可以根據需求選擇[14]。

3.3 設計特點和原則

數據庫的設計要有一定的規則，尤其是數據庫的命名，要根據不同的儀器型號，進行相應規則的命名。同一類型的儀器參數采用相同的字母和符號，字符數有一定的位數限制，不能出現數據重復。各數據關系之間邏輯合理，前后數據要保持統一性和一致性，確保系統運行速度。

在進行數據庫設計時，首先了解用戶需求，包括要進行的實驗項目、實驗要達到的目的以及實驗結果的準確性等，根據用戶需求對數據類型進行劃分，利用數據表對數據進行分區，數據檢索和查詢時，只需搜索相應字段，可以縮短查詢時間[15]。

3.4 優化方案

數據庫的邏輯結構設計對系統運行速度有較大影響，在進行綜合設計時，通常需要對數據庫的邏輯結構進行優化，確保數據之間的邏輯結構獨立，并且用戶將數據發送后，應當能夠實現數據的自動保存，防止數據丟失，方便用戶使用[16]。

4 結束語

隨著智能化、大數據和“互聯網+”時代的快速發展，對傳統農機試驗平臺管理系統帶來了挑戰，同時也帶來了機遇。加速推進“互聯網+”與農機試驗平臺管理系統融合，成為未來農機試驗平臺管理的主要發展趨勢。本文通過開發農機裝備綜合實驗平臺管理系統，能夠實現試驗儀器共享，有效整合了實驗室資源，對提高資源利用率和工作效率有重要作用，希望能夠進一步大范圍推廣應用。