高校實驗室 “自助共享” 式智慧管理

熊 偉，黃玉釵

（華中科技大學 公共衛生學院，環境與健康教育部重點實驗室，國家環境保護環境與健康重點實驗室（武漢），省部共建國家重點實驗室培育基地—湖北省環境衛生學重點實驗室，湖北 武漢 430030）

高等學校的人才培養、科學研究和社會服務與其裝備良好的實驗平臺密不可分[1-2]。國家對高校大型儀器設備重金投入對高校教學科研平臺建設有著極為重要的作用。然而，伴隨著大型實驗設備數量的快速增長，其使用率低下、配制不均衡和維護不到位的問題也日趨凸顯[3]。如何解決大型設備放置分散及其使用信息的監管，科學合理的購置以及日常維護，避免部門和個人無償占用和設備閑置等問題，提高大型設備的使用效率，是各類型教學科研機構中儀器設備管理者亟待思考和解決的問題。

我校公共衛生學院建立了環境與健康研究平臺。經過長期實踐管理的探索，提出軟、硬件技術、無線和有線網絡相結合的儀器管理創新理念，構建了 “自助共享” 式智能化儀器管理系統，并已初見成效。

1 大型設備儀器共享管理的必要性

一般而言，學校職能部門對儀器設備真實運行狀況的掌控受到各單位獨立管理這一傳統模式的制約[4]，難以做到開放、共享、盤活。個別設備持有者或團隊對大型設備存在閉門鎖屋的心理，且缺乏有效的管理機制和管理方式[5-6]。我院此前的實驗室大型儀器設備的傳統管理模式存在以下主要缺陷：

（1）儀器管理方式落后。每臺大型貴重儀器設備未能確保專人管理，而是依賴有限的實驗技術人員兼管，儀器管理方式落后，運行成本高，維修代價大。普遍存在設備儀器單機工作、分散放置、缺發人機對話能力的情況，造成管理上必須投入較大的人力和物力成本，實施共享難度很大，儀器的維護成本高。依賴手工記錄的設備管理方式不僅難以實時準確掌握設備各方面的信息，而且增加了管理者的工作量。

（2）設備高檔低用。學校雖然加大了對大型儀器設備投入力度，但院內對儀器的使用需求卻不足，造成設備高檔低用甚至完成課題后閑置不用，個別設備機時數為零的情況時有發生，儀器設備并未得到有效利用，造成極大的資源浪費。

（3）缺乏統籌規劃。由于購置儀器設備的經費來源不同，對新購設備缺乏系統規劃，也未充分考慮正常維護、配套運行和更新的成本，造成部分設備運行經費不足或不敢多用的尷尬局面。儀器管理不到位，未制定有效的管理機制以及采取必要的監控手段，由于儀器本身不具備識別操作者身份的能力，若出現某些人在缺乏設備監管狀況下不規范使用造成設備損壞將無從查證。儀器使用情況透明度不高，管理人員上報的數據準確性較低，且缺乏相應的監管機制。

高校大型儀器設備普遍存在使用率不高、管理不善、專職實驗人員不足、功能未得到充分利用、后期維護和維修困難等問題[7-12]，為改善傳統設備管理模式的不足，以增強大型儀器設備在高校教學和科研中的支撐作用，建立一套無人值守的智能化儀器設備網絡模式共享管理平臺勢在必行。

2 “自助共享” 式智慧實驗室管理體系構建思路

通過整合我院現有大型儀器設備，建立開放實驗室和儀器管理系統，創新管理體制與運行機制，實現儀器管理中心對儀器運轉狀態實時監控管理。

2.1 系統構建重點內容

（1）建立一套智能化開放共享平臺的監控管理體系。

（2）建設開放共享實體平臺。將大型儀器設備按功能分類，集中放置并管理，同時，結合信息化手段，通過管理系統對外發布共享信息，采用儀器設備控制終端技術，及時采集記錄使用數據，以供后臺統計分析。

（3）建設開放共享虛擬平臺。強化信息化平臺，實現對分散放置儀器設備的監管。在互聯網上，建設虛擬統一平臺。

（4）構建管理制度完善、虛實相結合的儀器共享管理平臺。

2.2 系統構建目標

通過構建共享管理系統，實驗者可在線了解儀器信息，享受自主預約儀器機時、預約樣品檢測和預約實驗技術等服務；課題組負責人通過登錄共享管理系統在線了解課題組成員使用儀器以及計費情況，無須管理員提醒繳費，可節省預約管理時間，提高管理效率。管理者可及時獲得儀器統計數據。

結合儀器智能控制技術、門禁智能控制技術、視頻監控技術，對儀器的使用進行全過程管控。實現科研資源共享服務平臺24 h 無人值守，實現實驗人員全時段自行預約、獨立操作、自助學習的便捷信息化管理平臺模式，實現門、儀器、視頻全程可溯源的安全可控智慧實驗室平臺24 h 運行。

2.3 系統基本組成

系統由儀器共享基礎服務平臺、信息門戶展示、儀器控制終端、微信端應用、上級平臺對接、管理決策應用、擴展集成幾部分組成，儀器信息化管理系統架構見圖1。

（1）儀器共享基礎服務平臺。大型儀器設備共享管理的基礎系統可提供日常監管、授權、預約、計時計費管理等服務，以及相配套的管理員應用后臺，同時預留功能擴展接口，可搭配擴展其他功能。

（2）信息門戶展示。通過外部窗口統一發布本院實驗室環境及儀器開放共享相關信息。

（3）儀器控制終端。用于控制儀器的使用，與共享平臺聯動，實現用前身份及權限鑒別，用后使用記錄數據登記采集。

（4）微信端的功能。通過手機微信端連接共享平臺，實現平臺登錄、儀器預約、赴約使用、使用鑒權、用后記錄等功能服務。與儀器控制終端聯動，實現權限鑒別和控制開關機一體化自動管理體系。

（5）上級平臺對接。與校級大型儀器共享平臺互通，實現優質資源開放共享，大型儀器使用的基礎數據及統計數據上報，有利于校級平臺做數據決策分析。

（6）管理決策應用?？勺詣由缮蠙C統計報表，以進行使用效率分析等，發揮管理決策功能。同時支持與學校統一身份認證/單點登錄系統/一卡通系統對接、與儀器資產系統對接、與財務結算系統對接，實現業務流程自動化。

（7）擴展集成。除了建設信息化平臺，也擴展集成了其他業務應用系統，包括邏輯鑒權門禁系統、視頻監控系統等。

2.4 系統工作流程

2.4.1 網上預約排隊

主要包括儀器使用人申請資格審核及授權、儀器信息共享、儀器預約三部分內容。

（1）儀器使用者資格審核。對于平臺在管的所有儀器，首次進入實驗室使用前，必須先登錄大型儀器共享管理系統并填寫個人信息；申請儀器使用權限；打印儀器使用授權注冊表并由相關負責人簽字，經實驗室管理員審核后授予申請人權限；建立賬戶并保證有足夠費用，方可預約并使用儀器。

圖1 儀器信息化管理系統架構

（2）儀器信息共享。將實驗室所有設備儀器的簡介、工作原理、功能技術指標、檢測參數、操作指南、注意事項等信息，以及儀器操作手冊和各類文檔發布至網絡平臺，以方便實驗人員隨時瀏覽和查詢。

（3）儀器預約。實驗者完成預約后方可使用儀器。實驗者登錄管理共享系統，點擊查看擬使用的儀器是否處于開放時間以及是否已被他人預約等信息，以便確定并預約適于個人的實驗時段，完成后即獲得該時間段所需設備的使用權限。

2.4.2 自動鑒別使用者身份

授權控制器所具有的儀器控制管理、網絡化管理、用戶身份識別功能實現了對大型儀器的實時管理，并能防止儀器設備的非授權使用。系統實時記錄儀器的使用人、上下機時間等信息，并通過局域網將數據傳到服務器的數據庫。管理員通過共享平臺管理端，可遠程、實時了解實驗室儀器的上機使用情況，包括儀器使用記錄、賬戶扣款及充值使用情況等，并控制儀器開機和關機、對儀器使用情況進行匯總統計分析，達到單人對多點、多臺設備儀器的全方位管理。

2.4.3 用后自助登記計費

此系統中的自助登記計費功能包括賬戶管理、使用計費和財務結算三個部分。該功能是基于儀器使用授權管理和儀器預約管理所拓展的儀器使用計費結算管理功能。

（1）賬戶管理。實驗人員通過注冊審核授權后，系統自動為其建立個人賬戶，使用前通過系統管理員在線充值后方可使用儀器。實驗者按課題管理賬戶存款額度對儀器使用時間進行控制，余額不足時及時充值，防止影響實驗進程。課題組負責人對儀器使用費用進行自由分配，通過查看個人儀器使用扣費情況，可隨時調整費用的分配方案。

（2）使用計價。制定儀器使用收費標準。實驗人員下機后，系統可根據儀器使用時長自動進行費用結算，并從使用者付費賬戶中自動劃賬。

（3）定期結算。實驗室財務管理人員可對任意時段內的儀器使用經費進行定期匯總，檢查欠費、漏繳情況，及時整理和結算儀器費用；用戶可隨時登錄該系統其名下賬戶，查看儀器使用和付費明細等信息。

3 “自助共享” 式智慧實驗室管理

3.1 移動手機端應用

結合新型的移動互聯網技術和絕大部分群體使用習慣，構建手機微信端預約助手模塊，無須下載App，無須考慮手機兼容性，通過微信登錄，掃碼即自動跳轉，方便實驗人員查找儀器、申請資質審核、預約儀器、掃碼上下機等，同時提供相應的預約或使用記錄查詢功能，并可將系統推送的儀器動態及反饋信息推送至微信，管理員也可通過微信端審核用戶資質并進行授權。

3.2 儀器控制中的 “自助共享”

采用最新的藍牙5.0 技術設計藍牙電源控制器，通過手機移動端微信掃碼功能與藍牙控制器聯動，實現控制器無網絡鑒別身份及權限。該藍牙控制器無須安裝有線網絡、可跨區域跨樓宇部署控制器，手機端通過微信隨時隨地可掃碼鑒權，減少了部署及維修成本，自助共享，簡約高效。

4 平臺建設成效

自2010 年建立實驗設備智能化共享管理系統以來，環境與健康研究平臺通過整合院內大型儀器設備，不斷擴充設備開放共享資源，為培養醫學專業研究人才提供了良好的硬件支撐。該平臺的大型設備實行全天候自動監管，在滿足科研需求的同時，還能釋放管理員的日常工作壓力。共享平臺的建立也大大提高了院內大型儀器設備的有效利用率，為研究人員提供了全天候良好的實驗環境，有效促進了實驗室建設的可持續性發展，為雙一流學科建設提供了助力。