李玉榮，劉 英，吳志威

(南京林業(yè)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，南京 210037)

基于IOT技術(shù)的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理

李玉榮，劉 英，吳志威

(南京林業(yè)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，南京 210037)

文章在介紹大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀和概述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)一步科學(xué)管理。分析了IOT技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室管理的可行性，搭建了系統(tǒng)軟硬件構(gòu)架 ，挖掘了該模式的優(yōu)點(diǎn)，提升了大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理的效率和自動(dòng)化程度。

高校；實(shí)驗(yàn)室；物聯(lián)網(wǎng)(IOT)；管理

大學(xué)實(shí)驗(yàn)室是學(xué)校進(jìn)行教學(xué)及科研的重要場(chǎng)所之一，是科技產(chǎn)地、人才培養(yǎng)的基地。實(shí)驗(yàn)室管理主要是指對(duì)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室人員、實(shí)驗(yàn)物資等各類活動(dòng)進(jìn)行研究和管理[1]。隨著招生規(guī)模的擴(kuò)大，大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的資產(chǎn)規(guī)模也日益擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備數(shù)量也與日俱增。實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)管理變得尤為重要。

1 大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀

大學(xué)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)功能可分為教學(xué)活動(dòng)、科學(xué)研究、結(jié)果演示實(shí)驗(yàn)室三大類。一般來(lái)說(shuō)，大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理長(zhǎng)期依靠手工記賬、標(biāo)簽的形式進(jìn)行管理，導(dǎo)致存在以下常見(jiàn)的問(wèn)題：信息系統(tǒng)自動(dòng)化程度還較低、管理監(jiān)督力度不夠、小型儀器易丟失、大型設(shè)備的維護(hù)困難、資產(chǎn)共享開(kāi)放程度不夠等[2]。貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的王瑾在基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室管理技術(shù)一文中建議通過(guò)采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)物品的基本數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的全生命周期進(jìn)行全方位的系統(tǒng)管理，以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的管理。但作者只是簡(jiǎn)單提及了RFID技術(shù)在上述在三面的應(yīng)用考慮，至于如何具體的實(shí)現(xiàn)上述方案、如何綜合的運(yùn)用除RFID技術(shù)外的其他各類關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各管理系統(tǒng)之間如何綜合互動(dòng)管理等問(wèn)題都尚需探討和回答[3]。同時(shí)，國(guó)外的其他大學(xué)，歐美等當(dāng)前較為先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室也僅限于大型儀器設(shè)備的預(yù)約系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)人員操作危機(jī)報(bào)警等純網(wǎng)絡(luò)化的管理方式[4]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)(IOT)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上將通信的對(duì)象延伸到物品之間。它具有全面感知、可靠傳遞、智能處理的特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推進(jìn)了射頻技術(shù)(RFID)，人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新研究[5]。IOT技術(shù)主要包括四項(xiàng)：射頻識(shí)別、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能技術(shù)和納米技術(shù)[6]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的用途非常廣泛，遍及智能家居、路燈監(jiān)控、智能消防、環(huán)境監(jiān)控、資產(chǎn)管理、物流管理、工業(yè)監(jiān)測(cè)管理等諸多的領(lǐng)域。

3 基于IOT技術(shù)的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理

將IOT技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，首先要考慮應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室的可行性，分析技術(shù)自身優(yōu)勢(shì)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)室人員對(duì)于技術(shù)的了解程度和接受程度以及投資軟件硬件的成本。

3.1 我校自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室相關(guān)人員調(diào)查

根據(jù)南京林業(yè)大學(xué)機(jī)電院自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的具體情況，通過(guò)對(duì)教師、本科生、研究生的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)的相關(guān)人員對(duì)于IOT技術(shù)有一定的認(rèn)識(shí)，了解到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是電力電子、通信、計(jì)算機(jī)控制、測(cè)控等多領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)知識(shí)融合成，但是對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有應(yīng)用案例以及在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理中的可能應(yīng)用等方面，他們的認(rèn)識(shí)和了解程度都還相對(duì)比較低。在不完全考慮成本的前提下，相關(guān)人員大部分歡迎借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行管理，他們看好物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠提高管理效率、提高自動(dòng)化和智能化的程度。同時(shí)，少數(shù)人也持有對(duì)于IOT技術(shù)本身面臨的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)的顧慮。

3.2 系統(tǒng)軟硬件投資成本分析

以機(jī)電院自動(dòng)化系的實(shí)驗(yàn)室為例，進(jìn)行成本的核算，自動(dòng)化系實(shí)驗(yàn)室包括教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和科研實(shí)驗(yàn)室，占地面積250 m2，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室管理人員3名(主任1名，管理員2名)。采用IOT技術(shù)對(duì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行管理，需要投入的硬件主要包括：射頻識(shí)別標(biāo)簽;無(wú)線網(wǎng)接入點(diǎn);認(rèn)證服務(wù)器和閱讀器等。射頻識(shí)別標(biāo)簽的成本很低，按照10年的使用年限，折舊額忽略不計(jì)。為了降低成本，可采用手持式的閱讀器；一個(gè)約1.5萬(wàn)元；無(wú)線局域網(wǎng)已經(jīng)存在，不用新投入成本。數(shù)據(jù)處理的服務(wù)器需要接入Internet，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析與加密等，可使用已有的計(jì)算機(jī)進(jìn)行改造，維護(hù)費(fèi)用也不必投入太多。人員投入成本，原有的實(shí)驗(yàn)室管理員可以通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)修的方式學(xué)習(xí)軟件功能，代替專門(mén)的軟件工程師。

4 基于IOT技術(shù)的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)架構(gòu)

本文考慮的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)主要基于IOT技術(shù)的應(yīng)用，整體架構(gòu)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，如圖1所示。

根據(jù)硬件部分的流程圖得知，具體的數(shù)據(jù)流程為手持的讀寫(xiě)器將RFID的標(biāo)簽信息通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)傳輸?shù)綗o(wú)線設(shè)備接入點(diǎn)，接入點(diǎn)繼續(xù)將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，對(duì)采集的實(shí)驗(yàn)室相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、整理分析等。RFID在信息存儲(chǔ)量、抗干擾能力、安全性和實(shí)時(shí)性方面的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)的磁卡和條形碼不可比擬的。軟件部分的核心是中央處理器，它負(fù)責(zé)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理功能，在人員管理中心、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中心及設(shè)備物資采購(gòu)中心架起橋梁的作用。將每個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、流向互動(dòng)連接起來(lái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋。

圖1 基于IOT技術(shù)的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)架構(gòu)

從該架構(gòu)圖中可以看出，實(shí)驗(yàn)室管理員可以輕松地通過(guò)界面觀察到目前的分中心運(yùn)作情況，進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)更新、實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、維修管理等；并且能便捷的與物資供應(yīng)合作商進(jìn)行數(shù)字化聯(lián)絡(luò)，了解新產(chǎn)品動(dòng)態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文采用IOT技術(shù)對(duì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理進(jìn)行研究，挖掘了該模式的優(yōu)點(diǎn)：1) 相對(duì)提高大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理的效率，在傳統(tǒng)的人工記載的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線傳感器技術(shù)、智能控制技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室管理的智能化，提高了自動(dòng)化水平。2) 提高實(shí)驗(yàn)室的安全系數(shù)，傳統(tǒng)的安全檢查模式是依靠技術(shù)人員的定期安檢，而本系統(tǒng)所采用的方法減少了技術(shù)人員的辛苦，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室的溫度濕度或者空氣凈化度發(fā)生改變超過(guò)設(shè)定參數(shù)，中央處理器會(huì)及時(shí)控制安置在實(shí)驗(yàn)室的智能裝備，解決安全隱患。3)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，傳統(tǒng)意義上的實(shí)驗(yàn)，在沒(méi)有指導(dǎo)書(shū)的情況下，學(xué)生不能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，但有了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，師生通過(guò)手持閱讀器就能獲得實(shí)驗(yàn)說(shuō)明和步驟，快速實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。

從理論角度上，本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用做了探討，但是技術(shù)層面上需要解決的問(wèn)題，如大量的傳感器布置、無(wú)線傳輸統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)、信息梳理軟件的編制等都是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。

[1]李偉.基于產(chǎn)權(quán)理論的高校大型儀器設(shè)備管理研究[D].武漢：華中科技大學(xué),2007:15-20.

[2]和彥苓.實(shí)驗(yàn)管理學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2008:20-25.

[3]王瑾.基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室管理技術(shù)[J].Computer Knowledge and Technology,2010,6(21)：5741-5742.

[4]加州大學(xué)采用RFID傳感器追蹤酒廠發(fā)酵桶[EB].RFID世界網(wǎng)，(2010-12-13).http://3g rfidworid.com.cn/News View.aspx/32011.

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[6]談峰.基于RFID技術(shù)的物流跟蹤系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].杭州：浙江大學(xué),2008:25-30.

Laboratory Management of University Based on IOT

LI Yurong，LIU Ying，WU Zhiwei

(College of Mechanical and Electronic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

This paper has an overview of the basic situation of university laboratory management and networking technology.An implementation of Internet of Things technology to further scientific management of laboratory is put forward. The feasibility of the application of IOT technology in the laboratory management is analyzed. The system’s hardware and software architecture are built. The advantages of this system are dug.This research enhances the efficiency and the automation of university laboratory management.

colleges and universities；laboratory; internet of things; management

2014-02-24

南京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新項(xiàng)目——基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室管理探究(nlsycx201306)。

李玉榮(1986-),女,碩士,實(shí)驗(yàn)員,研究方向:網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控。

G482；O4-33；TP399

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.058