基于Web的實驗室信息管理平臺設計與實現

劉進學 徐詩理 曾凡平

摘要：文章根據目前流行的開發模式和B/S體系結構，結合中科院病毒研究所實驗室當前需求分析，對實驗室信息管理平臺進行詳細設計，解決了實驗室項目管理、實驗管理、全面資源管理、安全管理等諸多方便問題及需求，為其他科研院所實驗室管理提供寶貴經驗。

關鍵詞：實驗室信息管理系統;全面資源管理

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）16-0057-03

1 引言

21世紀是信息技術時代，面對全球范圍的信息化浪潮，中科院病毒研究所必須及時調控自身發展戰略、推進研究所的信息化建設進程[1]。近年來國家在信息和通訊基礎設施方面投入巨量資金，企事業單位全面發展信息化，提高工作效率已成為社會的共識。國內大型科研院所也陸續在2010年先后開始應用實驗室信息管理平臺來管理實驗室內的日常業務，實驗室管理信息系統的建立和實驗過程的信息化，可以有效壓縮人力成本，標準化、規范化、系統化的實驗系統可以減少甚至替代大量重復的人工操作，壓縮了時間成本[2-3]。

與此同時，中科院病毒研究所對實驗室信息及數據的管理非常重視，建立了全面而嚴格的管理體系，但是由于在項目管理及資源管理方面還沒有建立信息化的管理系統，項目管理和資源管理主要靠人工臺賬方式來進行，因此帶來的問題主要表現為如下五個方面：1）項目信息傳遞滯后，無法高效、快速、全面了解項目信息;2）實驗室儀器臺賬信息不能智能化;3）實驗室危化品管理臺賬繁雜;4）審核責任不清;5）實驗知識數據不能完整地保存以及方便地使用。

2 總體設計

實驗室信息管理平臺是一套通過計算機統籌全面管理，結合數據庫技術和流程管理為一體的實驗室管理系統[4]。

實驗室信息管理平臺是集項目管理、流程管理、資源管理、查詢統計管理等諸多模塊為一體的實驗室應用系統，保證實驗室數據與流程的嚴格管理和控制，它是實驗室人員、儀器、耗材、危化品、文件等元素全面資源管理的計算機應用系統，也是實驗室綜合管理信息系統。

實驗室信息管理平臺實現了實驗室業務資源的全面管理和成本壓縮。通過對所有實驗室流程流轉階段進行審核、審批，避免了各種耗材的浪費，如試劑材料實現嚴格出入庫管理，建立合理的庫存控制。為中科院病毒研究所內各級各類人員提供了一套功能豐富、無紙化辦公的操作平臺[5]。

3 系統架構設計

基于Web的實驗室信息管理平臺開發環境使用流行的java開發框架，JVM為JDK 1.8.0。數據庫采用MySQL，服務器端測試環境在Windows Server 2019下測試，利用Tomcat+Apache提供JSP環境。

開發完成后運行在Windows環境下，相應的網絡部署如圖2所示。內外網用戶通過Web瀏覽器訪問實驗室信息管理平臺。外網用戶訪問行為經過外網防火墻，所有用戶訪問數據庫信息經過數據庫防火墻。通過上述部署方式有效提升實驗室信息管理平臺整體安全性。

4 模塊功能介紹

4.1 項目管理

1）項目管理

計劃將實驗室的課題項目進行電子化管理，目標實現課題組成員可以創建及維護自己的項目，項目信息包括如下圖基本信息欄中項目狀態、項目編號以及項目目標等信息。實現項目成員的管理，明確各成員職責，嚴格控制項目訪問權限，避免知識資產泄露。實現項目任務的計劃安排，項目動態的實時掌控。實現項目資料的電子化管理[6]。

2）項目匯報管理

計劃將實驗室的課題項目匯報方式改進為電子化記錄，實現研究人員匯報管理的電子化，建設研究人員的日報、周報、月報等各種匯報方式，明確每個項目的詳盡工作內容。項目負責人可以掌控項目進展和人力資源。項目匯報模板功能能夠創建屬于自己的匯報模板格式，方便統一項目匯報信息，有效歸檔組織過程資產，方便項目信息的查詢以及歸檔。

4.2 全面資源管理

1）人員管理

人員管理模塊，具體對基本信息、學位情況、證書等信息進行管理。

2）培訓管理

計劃實現實驗室內部的培訓管理流程，流程如下編制培訓任務?審核培訓任務?發送培訓通知?開展培訓活動?培訓總結及授權。

3）儀器管理

儀器管理可以有效地對實驗室各種儀器分級管理，內容包括儀器的基本信息和使用記錄等。

4）庫存管理

庫存管理是對實驗室的材料進行管理。包括材料基本信息、入庫記錄、出庫記錄、使用記錄、低庫存報警、效期提醒、材料銷毀。

5）固定資產管理

實現實驗室內部的固定資產的申請和臺賬管理。

6）文件管理

文件管理主要針對實驗室的技術文檔、質量文件類文件，各類文件分類分目錄進行管理，實現對文件從編制到發布整個生命周期全過程的控制[7]。

設定用戶角色和權限，實驗室的每個用戶都可以查看相關文件，編輯、修訂和審核需要特定權限[8]。文件管理信息應該包括：文件編號，文件名，發布日期，文件狀態，最后修訂日期，有效期，版本號，起草人、審核人、備注等。

4.3 通告管理

建立實驗室通告管理模塊，便于實驗室管理者能夠及時有效的發布實驗室的信息通告。實現通告的權限控制，可以設置通告的發布范圍，如全所通告或者課題組通告。可以設置通告的有效期，系統自動撤銷相關通告。

4.4 安全要求

從實驗室安全角度出發，保護內部局域網免受非法用戶的入侵。同時為了更好地保障實驗室信息管理平臺的數據安全性和可靠性，在內網中，在實驗室信息管理平臺專門增加防火墻設備，提高安全級別。

4.5 數據安全管理

系統備份：當服務器軟件系統出現不可恢復的故障時，能將數據庫文件進行還原，使服務器的軟件環境還原到離發生故障時間點最近的環境狀態。

數據備份：數據庫定期自動備份，在數據庫出現異常時，使用近期自動備份的數據恢復數據庫，盡量防止數據丟失[9]。

容災備份：通過人工備份數據庫信息到移動存儲設備上，實現數據庫的異地容災備份。

防病毒：安裝防病毒軟件，實時保護用戶、數據庫服務器、網絡設備不受攻擊。

5 實驗應用

5.1 數據庫組成結構

數據庫的開發的特點是語句數量級大，重復性高。需要開發人員編寫大量的SQL語言代碼來對數據關系模型進行定義和操作。SQL語言易于開發理解，但畢竟增加了開發過程的工作量，且易出現語法報錯，降低了程序開發的效率。所以程序員在設計數據庫時，本系統采用一套第三方圖形化操作程序來開發或修改數據庫。本系統平臺開發時使用了MySQL Workbench這款下一代的可視化數據庫設計、管理的工具，軟件界面如圖9所示。

5.2 壓力測試場景

實驗室信息管理平臺性能指標包括系統響應時間、用戶數量、吞吐量。通過負載測試和壓力測試計算三大性能指標。

對于系統響應時間的測試，主要是各種不同內核的瀏覽器對系統的響應速度。因為本系統的客戶機主要通過瀏覽器完成查詢和操作。因此使用主流不同內核的常用瀏覽器如：Internet Explorer、谷歌、360等進行了測試。

應用微軟Web Application Stress通過打開瀏覽器錄制腳本動作：打開登錄網頁、輸入賬戶密碼，瀏覽網頁并退出。用偽終端模擬多用戶進行壓力測試，頁面平均響應時間如圖10所示，其網絡延遲也滿足實際使用要求。

6 結束語

本實驗室信息管理平臺實現基本的項目管理、項目任務、項目匯報管理模塊，實現了資源管理中的人員管理、培訓管理、實驗材料管理、耗材管理、危化品管理、儀器預約管理、儀器臺賬等各類管理。通過前期的調研以及實踐，以上平臺模塊能夠滿足研究院課題組的基本管理要求。

通過課題研究過程發現無紙化實驗室、智能化實驗室都是未來實驗室的發展方向。實驗室信息平臺可以更多地實現成本管理和風險管理，對于研究過程，可以實現研究方案管理、實驗記錄管理、電子記錄本管理以及研究報告管理，對于研究成果，可以實現項目知識庫管理，對于管理人員，可以實現儀器負載率統計、材料耗材的使用情況統計、項目進展統計以及項目匯報及時率統計。

在未來，依據研究院的信息化管理要求可以在更多的課題組中依據其管理需求選擇不同的功能模塊進行信息化實施，逐步落實建設研究院實驗室信息平臺化的愿景。

參考文獻：

[1] 李凱.基于SSH框架的電工電子網絡虛擬實驗室教學信息管理Web平臺設計與研究[D].杭州：浙江大學，2013.

[2] Ayers D.Java服務器高級編程[M].北京：機械工業出版社，2001.

[3] 伏昕.基于B/S結構的高校實驗教學平臺管理系統的設計與實現[D].西安：西安電子科技大學，2016.

[4] 湯立，酈偉.實驗室信息管理系統（LIMS）在環境監測系統的應用探討[J].江蘇環境科技，2007，20（4）：69-71.

[5] 朱衛良，陸堅.LIMS技術應用[J].電子與封裝，2007，7（8）：34-38.

[6] 徐賽華.軟件需求分析研究[J].吉林師范大學學報（自然科學版），2006，27（1）：104-105，110.

[7] 陳子敬.論信息化時代的科技警務[J].浙江公安高等專科學校學報-公安學刊，2004（4）：20-24.

[8] 王玉英.基于JSP的MySQL數據庫訪問技術[J].現代計算機（專業版），2010（14）：67-70.

[9] 中華人民共和國教育部，中華人民共和國財政部.教育部財政部關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見[EB/OL].[2021-10-20].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_734/201001/t20100129_20038.html.

【通聯編輯：謝媛媛】