基于物聯(lián)+大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新管理模式

王 帥

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院 陜西 西安 710300）

1 引言

新形勢下“互聯(lián)網(wǎng)+”思維已經(jīng)深入經(jīng)濟(jì)社會各行業(yè)領(lǐng)域。互聯(lián)網(wǎng)資源共享優(yōu)勢可以有效提高高職院校實(shí)訓(xùn)室管理效率[1-3]。當(dāng)前，隨著我國高職教育的深入發(fā)展，以及人才戰(zhàn)略的不斷優(yōu)化，實(shí)訓(xùn)室已經(jīng)成為高職實(shí)踐教學(xué)的重要部門[4-7]。

正如前教育部長周濟(jì)的講話中指出的：“高水平實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要陣地，是科技創(chuàng)新的主要場所，實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量與水平是一所大學(xué)科技創(chuàng)新能力的基本標(biāo)志之一”[8-10]。當(dāng)前我們正處于信息、智能技術(shù)高速發(fā)展的時代，高水平實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)離不開技術(shù)的革新，構(gòu)建智能實(shí)驗(yàn)室是深化教學(xué)改革、提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量、提高高校辦學(xué)水平的有效途徑[11]。實(shí)驗(yàn)室是高校開展各種實(shí)踐課程、增強(qiáng)科研能力的基石，不僅能助力培養(yǎng)具有實(shí)踐創(chuàng)新能力的高等人才，同時對于高校科研教師與企業(yè)技術(shù)人員的發(fā)展具有推動作用[12-14]。

高職院校人才培養(yǎng)以技術(shù)技能為主，要求學(xué)生的實(shí)踐課時占總課時的50%以上，因此高職院校實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)：（1）實(shí)驗(yàn)室眾多；（2）實(shí)驗(yàn)室使用頻率高。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理模式導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室管理難度增大。大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)驗(yàn)室管理提供了新思路。本文旨在構(gòu)建新時代技術(shù)背景下的智能實(shí)驗(yàn)室管理模式，解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室存在的問題。

2 實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀

目前，高校缺乏實(shí)訓(xùn)室管理智能化、整體性的信息管理系統(tǒng)。實(shí)訓(xùn)室的日常使用、實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)、耗材等的統(tǒng)計(jì)、采購、報(bào)廢主要通過實(shí)驗(yàn)管理人員完成。高校實(shí)驗(yàn)人管理水平的高低直接影響到實(shí)訓(xùn)室的管理水平，導(dǎo)致同一學(xué)校的不同實(shí)訓(xùn)室在管理方面參差不齊。同時，在新舊實(shí)驗(yàn)管理員交替的過程中，由于缺乏有效途徑，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)員交接過渡時間過長，如有些設(shè)備新人無法將設(shè)備匯總表上的名字與具體實(shí)物相對應(yīng)等，不利于人員的工作效率的提高。由于過度依賴于傳統(tǒng)管理模式，部分高校的實(shí)訓(xùn)室信息統(tǒng)計(jì)尚沿用簡單的電子表格。有的學(xué)校雖然有實(shí)訓(xùn)室管理信息系統(tǒng)，但系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)不完善，各部門之間的實(shí)訓(xùn)室資源信息不能很好共享，整體信息化能力不高。教學(xué)管理部門、實(shí)訓(xùn)室管理部門等，各自信息化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)相對獨(dú)立。往往教學(xué)方面的實(shí)訓(xùn)室損耗，管理人員不能及時上報(bào)實(shí)訓(xùn)室管理部門，長此以往導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行情況如設(shè)備是否良好等不能正確、及時反映給相關(guān)上級管理部門，導(dǎo)致上級部門不能做出及時、符合現(xiàn)狀的合理政策。同時，缺乏有效的管理手段，往往實(shí)訓(xùn)的設(shè)備如計(jì)算機(jī)、桌凳等互借，沒有切實(shí)有效的登記手段，導(dǎo)致各實(shí)訓(xùn)室設(shè)備核查困難，報(bào)廢困難等。

國內(nèi)高校的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合不足。受限于自主研發(fā)能力和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)，部分高校即使通過獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)或向?qū)I(yè)開發(fā)公司購買產(chǎn)品等方式實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室信息化管理，但是，由于具體問題的復(fù)雜性，仍然存在大量運(yùn)行過程管理基于傳統(tǒng)手工，或信息量過大，無法有效利用采集到的信息。在網(wǎng)絡(luò)化、信息化的基礎(chǔ)上，采用對大量數(shù)據(jù)處理十分有效的大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以有效對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用大數(shù)處理平臺的實(shí)時處理模塊，可以做到對每日大量流數(shù)據(jù)的實(shí)時處理，保證了信息的實(shí)時性。對此，面向?qū)W院內(nèi)部分散的、基于傳統(tǒng)媒介的實(shí)驗(yàn)室信息管理，開發(fā)了一個低成本、易復(fù)現(xiàn)、功能精簡、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的基于互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)。并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析、挖掘?qū)嶒?yàn)室管理中存在的規(guī)律，為實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示、管理層決策提供可靠的技術(shù)支撐。

3 實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新管理——物聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)技術(shù)背景下智能實(shí)驗(yàn)室模式

基于物聯(lián)+大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室構(gòu)架見圖1，分為兩層：（1）主要承擔(dān)數(shù)據(jù)采集、存儲的物聯(lián)層，主要包括：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的RFID、攝像頭、智能手機(jī)終端、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備狀態(tài)采集傳感器及數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)庫、日志流；（2）實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室管理應(yīng)用的數(shù)據(jù)層，包括實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入的sqoop采集服務(wù)器、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的HDFS級分布式數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)獲取及簡單處理的Mapreduce、數(shù)據(jù)管理層的數(shù)據(jù)倉儲Hive、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)律挖掘分析的數(shù)據(jù)研究層及最高層的瀏覽器、軟件App實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室管理模式框架示意

射頻識別技術(shù)（RFID），是自動識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的[15]。與傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)相比，射頻識別在實(shí)時更新資料、存儲信息量、使用壽命、工作效率、安全性等方面都具有優(yōu)勢。本研究中，在物聯(lián)層，利用RFID，將實(shí)驗(yàn)室中的儀器如實(shí)驗(yàn)設(shè)備、常用工具、桌椅等信息存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資產(chǎn)的電子化，方便管理。并定期（如每隔一個星期）對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，保證系統(tǒng)的實(shí)時性，同時實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有遷移、租借等情況發(fā)生時，可以追蹤設(shè)備。可以有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理中經(jīng)常出現(xiàn)記錄與實(shí)際不符，設(shè)備登記地找不到相應(yīng)設(shè)備的問題。在實(shí)驗(yàn)室安裝攝像頭，一是存留出如人員進(jìn)出資料，以防后續(xù)實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)問題，可以具體到人；二是通過攝像頭實(shí)時監(jiān)控學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并且保證學(xué)生上課質(zhì)量。手機(jī)終端通過APP平臺可實(shí)現(xiàn)：（1）學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室預(yù)約，不僅可以預(yù)約本學(xué)院實(shí)驗(yàn)室，還可以預(yù)約其他學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)全校實(shí)驗(yàn)資源對學(xué)生最大限度的開放性，有利于培養(yǎng)復(fù)合型人才，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科交叉，最大限度發(fā)揮學(xué)生天賦，同時提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用效率；（2）后臺數(shù)據(jù)形成日志流，為后續(xù)通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)室利用等情況分析打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；（3）對于實(shí)驗(yàn)室管理人員開放更高級權(quán)限，可以通過APP實(shí)現(xiàn)當(dāng)日實(shí)驗(yàn)耗材采購、消耗，報(bào)廢設(shè)備信息等進(jìn)行填報(bào)，后臺將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，便于為后續(xù)耗材庫存及實(shí)驗(yàn)室情況分析提供可靠的數(shù)據(jù)來源。實(shí)驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)采集傳感器主要對設(shè)備的啟停、是否故障等數(shù)據(jù)采集，并將信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中，一方面便于及時進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，另一方面也為后續(xù)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析做準(zhǔn)備。

數(shù)據(jù)分析層，本研究中采用現(xiàn)階段比較流行的Hadoop平臺。Sqoop是該平臺的第三方插入工具，通過它實(shí)現(xiàn)物聯(lián)層傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)與HDFS數(shù)據(jù)的交流，通過采集服務(wù)器將日志流中存儲的耗材、學(xué)生實(shí)驗(yàn)室預(yù)約等流式信息存儲到Hadoop中。Mapreduce對HDFS中的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去重復(fù)等簡單操作，然后存儲到數(shù)據(jù)倉儲Hive中，Hive中的數(shù)據(jù)模式便于大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用。在數(shù)據(jù)研究稱，Hive中的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)通過深度學(xué)習(xí)、模糊推理等智能算法處理，一是可以獲得全校各實(shí)驗(yàn)室利用情況，為后續(xù)學(xué)校管理層設(shè)備采購及實(shí)驗(yàn)用地等決策提供數(shù)據(jù)支撐；二是通過學(xué)生登錄記錄信息、攝像頭采集數(shù)據(jù)的分析，及時掌握學(xué)生興趣點(diǎn)，為后續(xù)人才培養(yǎng)導(dǎo)向積累原始資料；三是對實(shí)驗(yàn)設(shè)備、耗材數(shù)據(jù)的分析，一方面及時掌握設(shè)備情況，為設(shè)備維護(hù)管理提供數(shù)據(jù)支撐，另一方面耗材的使用統(tǒng)計(jì)便于學(xué)校資金預(yù)算。最終通過瀏覽器、APP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，以供使用查詢。

4 結(jié)語

本研究以本校實(shí)驗(yàn)室為對象，分析了實(shí)驗(yàn)室管理存在的問題，如設(shè)備遷移、借用實(shí)時統(tǒng)計(jì)困難、耗材不易統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室眾多，學(xué)校管理層無法整齊掌握眾多實(shí)驗(yàn)室全貌，不利于正確決定的制訂。針對這些問題，本文提出了物聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)分析的實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新管理模式，首先通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的線上化，便于設(shè)備的追蹤及管理；然后結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)對物聯(lián)層采集的數(shù)據(jù)采用智能化算法如深度學(xué)習(xí)等，進(jìn)行智能化分析，為實(shí)驗(yàn)室的管理提供更有力的支撐。