李 祥

山東農業(yè)大學生命科學學院作物生物學國家重點實驗室 山東泰安 271018

實驗室與實訓基地建設

大型儀器共享平臺的智能化運行管理分析

李 祥

山東農業(yè)大學生命科學學院作物生物學國家重點實驗室 山東泰安 271018

大型儀器共享平臺的建設和運行管理是國家重點實驗室建設的核心內容之一。在信息化時代，建立智能化的大型儀器平臺運行管理體系是大勢所趨。描述了作物生物學國家重點實驗室大型儀器共享平臺狀況，探討智能化管理的需求和目標，給出了智能化運行管理平臺設計的基本要求、功能設計，綜合分析了智能化運行管理的使用效益。

大型儀器共享平臺；智能；運行管理；使用效益

國家重點實驗室是國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，是國家組織高水平基礎研究和應用基礎研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才、開展高水平學術交流、科研裝備先進的重要基地［1］，其中大型儀器共享平臺的建設和運行管理是國家重點實驗室建設的核心內容之一，在高層次人才培養(yǎng)、重大科研攻關、經濟建設等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。［2］作物生物學國家重點實驗室自2007年建設以來，取得了一系列突出的成果，作者曾根據(jù)本實驗室情況，從儀器設備的正確選購、合理布局、管理制度建設、正確使用與維護等方面闡述大型儀器設備的管理和維護。［3］隨著國家對科技創(chuàng)新平臺建設的投入持續(xù)加大，大型儀器設備的數(shù)量和質量顯著改善。隨著計算機、網絡通信技術的快速發(fā)展，大型儀器平臺的傳統(tǒng)管理模式已不能適應信息時代高效、便捷的工作要求。多位作者對大型儀器設備的網絡信息管理系統(tǒng)進行了設計和探討，實現(xiàn)了智能管理的預約管理、資產管理等部分功能［4-10］，但儀器使用的智能管理功能薄弱。所以，深入探討智能管理的需求和目標，建立智能化的大型儀器平臺運行管理體系是大勢所趨。本文就大型儀器平臺狀況、智能化運行管理平臺的設計要點、功能要求及使用效果進行了綜合分析。

1 大型儀器設備平臺的傳統(tǒng)管理狀況

本實驗室大型儀器平臺根據(jù)作物生物學研究的需要，建設了4個子平臺。

1.1 作物生理生態(tài)技術平臺

包括多種類型的光合儀、熒光儀、水分水勢儀、大氣土壤監(jiān)測、根系掃描系統(tǒng)等儀器，單價20萬元以上的大型儀器11件，主要是光合作用測定系統(tǒng)、多功能植物效率儀、光合熒光測定系統(tǒng)等，為高產栽培生理、逆境生理、光合作用等研究提供技術支撐。

1.2 分子生物學與遺傳工程技術平臺

包括多臺熒光定量PCR儀、超/高速冷凍離心機、蛋白質分離等儀器一批，單價20萬元以上的大型儀器16件，主要有熒光定量PCR儀、生物大分子相互作用系統(tǒng)、高級蛋白純化與檢測系統(tǒng)等，為作物生長發(fā)育、激素調控、產量品質重要性狀的分子基礎研究提供技術支撐。

1.3 細胞生物學與染色體工程技術平臺

包括各類電鏡、顯微鏡、切片機及附屬設備，其中20萬元以上的大型儀器有12件，主要有激光共聚焦顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、活體成像系統(tǒng)等，為細胞水平的分子生物學研究提供平臺支撐。

1.4 分析測試研究平臺

包括各類質譜儀、色譜儀、光譜儀、品質檢測類儀器，其中總價20萬元以上的大型儀器21件，主要有液質聯(lián)用系統(tǒng)、氣質聯(lián)用系統(tǒng)、毛細管電泳系統(tǒng)等，用于物質成分分離鑒定、定量分析，在作物生理生態(tài)、分子細胞生物學和種質創(chuàng)新研究上發(fā)揮重要作用。

實驗室建立了大型儀器設備紙質檔案，包括基本信息、采購文件、儀器說明書、操作手冊和維修保養(yǎng)單等。每臺儀器配備“大型精密儀器設備使用記錄本”，用于儀器的預約、使用情況記錄等，并配有簡明操作規(guī)程。大型儀器設備設專職實驗技術人員，負責大型儀器設備的管理、維護和功能開發(fā)，并不定期的開設大型儀器使用技術培訓班，研究人員和研究生經培訓后可單獨操作儀器。但這種傳統(tǒng)的管理模式存在如下諸多弊端。

（1）紙質檔案和記錄本保存不易且占空間，記錄的信息量少，使用情況統(tǒng)計煩瑣，需占用管理人員較多時間，效率低。各項登記可能因為人為因素無法真實反映設備的使用情況和運行狀態(tài)。［11］

（2）人工預約或記錄本預約（使用緊張的儀器）不夠便捷，且可能會因為人為原因造成預約沖突，從而影響實驗的進行。

（3）無法進行過程監(jiān)管。儀器運行過程中經常無人看管，雖然多數(shù)大型儀器有運行狀態(tài)的日志記錄，但一旦有異常情況出現(xiàn)，不能及時處理。

（4）無法進行遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。大型儀器由于系統(tǒng)穩(wěn)定的需要，一般不連接互聯(lián)網，防止病毒入侵，既不能遠程控制，又不能傳輸實驗數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)需要刻錄光盤，既不方便，又增加成本。

（5）浪費人力，降低技術人員工作效率，難以發(fā)揮應有的作用。雖然是專人專管，但一人管理數(shù)件儀器，煩瑣的協(xié)調管理工作占用了大部分的時間，管理人員精力分散，難以做好設備維護及技術改進。

2 智能管理平臺結構與功能介紹

優(yōu)秀的智能管理平臺應該是一個穩(wěn)定性強、外行人非常容易使用和維護的系統(tǒng)，在設計上應滿足以下基本要求。

（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性強。一個穩(wěn)定的系統(tǒng)應具備少出問題、快速解決、監(jiān)控系統(tǒng)健康狀況趨勢等特征，要采用容錯設計和開發(fā)計算結構，可分層隔離。

（2）系統(tǒng)安全性突出。安全性是系統(tǒng)穩(wěn)定運行、少出問題的關鍵，是在病毒泛濫的網絡系統(tǒng)設計中必須重視的要求。

（3）結構設計先進。系統(tǒng)結構設計和設備應能體現(xiàn)先進性，同時又具有強大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（4）軟硬件系統(tǒng)可操作性強。系統(tǒng)管理員要在不改變系統(tǒng)運行的情況下具備對系統(tǒng)進行調整的能力。不同層級的管理員可非常容易的掌握使用方法，故障易于排除。

（5）可擴展性、兼容性強。系統(tǒng)應采用標準化的設計，可保證標準規(guī)范下的不同類型軟硬件設備協(xié)同運行，并可容易的增加管理單元。

這樣一個智能管理平臺可以實現(xiàn)大型儀器的自動化管理，具體包括如下管理功能。

（1）系統(tǒng)管理：系統(tǒng)的核心管理模塊，包括菜單管理、層級管理、權限管理、用戶管理、系統(tǒng)參數(shù)配置等。在菜單管理中，要能動態(tài)配置系統(tǒng)多級菜單信息，能隨時調整配置菜單信息；在層級管理中，能根據(jù)工作需要添加、刪除或修改層級信息。在權限管理中，能為不同層級管理員分配不同的操作權限，進而保證系統(tǒng)的靈活性及安全性。在用戶管理中，可以為用戶指定所屬角色，以便于享受該角色的權限配置。對系統(tǒng)參數(shù)進行配置，以保證整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

（2）授權管理：實驗室儀器管理員對儀器的使用權限進行管理，實現(xiàn)使用儀器人員的授權，保證管理和執(zhí)行的動態(tài)一致性。

（3）儀器資料管理：不同層級的管理人員可以對其管轄的儀器設備編輯、修改儀器基本信息，上傳說明書、操作規(guī)程、注意事項等單獨的文件。

（4）儀器檢索：可以按照儀器名稱、原理、用途等關鍵詞檢索儀器，以方便網上預約。

（5）儀器預約：針對不同大型儀器的使用特點，實現(xiàn)多種預約模式，可設定多種形式預約優(yōu)先級。將儀器預約使用流程規(guī)范化、信息化，預約與使用記錄自動關聯(lián)，預約未履行應按時間收費。采用限時段預約模式，保證預約的公平性。完成預約、受理、測試、收費等多個環(huán)節(jié)的流程化服務，并記錄儀器的各項使用數(shù)據(jù)，包括測試樣品個數(shù)、使用機時、收費金額等運行信息。實現(xiàn)黑名單管理機制，將惡意預約用戶加入黑名單，以限制其后期的預約權限，進一步提高預約的公平性。開放程度管理可以根據(jù)不同的管理需求，指定可以預約使用儀器的人員范圍。

（6）實時自動計費：刷卡后，自動根據(jù)已設定的儀器收費標準（包括折扣率）進行自動計費和收費。應包含多種計費方式，可對儀器及測試項目分別計費。

（7）數(shù)據(jù)文件傳輸：為了儀器軟件系統(tǒng)的安全，在計算機不聯(lián)網、不用U盤、不刻錄光盤的條件下，儀器計算機上實驗數(shù)據(jù)應能夠傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心服務器上，同時提供分級權限管理，實現(xiàn)方便、快捷、安全地獲取實驗數(shù)據(jù)。

（8）遠程控制：實時記錄顯示實驗儀器電流情況，可在網上遠程控制儀器電腦、電源開關等，實現(xiàn)遠程控制。

（9）在線培訓：實現(xiàn)培訓資料的在線管理、在線學習及下載，可在線考試，提高培訓效率和效果。

（10）數(shù)據(jù)統(tǒng)計及輸出：系統(tǒng)建立了大型儀器綜合信息庫，包括儀器功能、維修維護、培訓資料、配件、科研成果、使用信息、費用信息等，可根據(jù)需要形成各種統(tǒng)計圖表和報表，實現(xiàn)向上級主管部門的數(shù)據(jù)上報。

（11）應急處理：網絡故障時，應急功能自動啟動，授權用戶仍可使用設備，并緩存相關信息，網絡恢復，數(shù)據(jù)自動上傳至服務器。

3 智能管理平臺的使用效果分析

3.1 平臺管理信息化 易查易用 方便快捷

智能化的管理平臺保存了所有儀器基本信息、說明書、操作規(guī)程、注意事項等信息，所有用戶都可以方便的查詢、學習，可以開展在線培訓及結業(yè)考試，使用起來方便快捷。

3.2 平臺管理規(guī)范化 易管易監(jiān) 高效透明

大型儀器智能化管理平臺的建設是一個資源整合、管理模式改進的過程，通過層級管理、過程監(jiān)督、實驗數(shù)據(jù)傳輸、信息統(tǒng)計等功能確保儀器管理的規(guī)范化，使得設備數(shù)據(jù)更為規(guī)范，差錯率最大程度降低。整個系統(tǒng)安全高效運行，管理措施、過程、功能透明，各級技術人員易于管理，也方便學校、實驗室等監(jiān)管部門監(jiān)督。

3.3 平臺管理智能化 降低綜合管理成本

通過智能管理平臺，設備管理的日常工作能夠由原來的分散管理、局部管理轉換為遠程管理、全程管理；實驗室可以通過該系統(tǒng)清晰掌握大型儀器設備使用狀況，為大型儀器平臺建設提供重要信息；實驗技術人員可清楚了解所管轄儀器的狀態(tài)、運行狀況，可合理安排儀器的維護保養(yǎng)及維修。所有這些，避免了重復勞動，避免了層層統(tǒng)計，減輕了工作量，減少了人員配備，優(yōu)化再造了工作流程，綜合管理成本大幅降低。

3.4 平臺管理綜合化 設備管理目標容易實現(xiàn)

大型儀器平臺的管理目標是能夠更好地利用精密貴重儀器設備，保障設備資產的使用率最大化，并追求運行成本和維護費用的經濟性。智能化管理平臺將實驗室大型儀器設備、綜合管理人員、實驗技術人員、儀器用戶、專項及維護經費及相關配套設施等有機整合在一起，設備管理目標容易實現(xiàn)。遠程控制、過程監(jiān)督等功能可以確保儀器的實時控制，準確了解運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題，以便維護保養(yǎng)及維修。

3.5 解放了技術人員 改善了時間分配

智能化管理平臺實現(xiàn)了管理人員、實驗技術人員的解放，預約管理、遠程監(jiān)控、在線培訓等顯著提高了管理效率，可以將更多的時間用在儀器保養(yǎng)和實驗技術開發(fā)中，提高了人員的工作效率。

智能管理平臺將大型儀器、管理人員、技術人員、使用人員有機整合到一起，在改進資源管理模式、簡化設備管理程序、提高設備管理工作效率、提高儀器運行效率、增強服務功能等方面發(fā)揮重要作用。

4 結束語

隨著計算機、電子、網絡通信、高密度存儲、聲像等信息技術的快速發(fā)展，我們已經進入到信息化社會，未來社會的發(fā)展將進一步向智能化、集成化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。華東理工大學、北京理工大學、河北農業(yè)大學等進行了高校大型儀器設備信息化管理系統(tǒng)的初步建設。［6，12，13］所以，建設智能化的大型儀器管理平臺既是適應信息化社會發(fā)展的需要，也是實現(xiàn)大型精密儀器管理的實際需求。智能化運行管理是大型儀器平臺管理的必然趨勢，將顯著提高管理效率，降低管理成本，實現(xiàn)管理目標。

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Analysis of Intelligentized Operation and Management in Large-scale Instruments Sharing Platform

Li Xiang
State Key Laboratory of Crop Biology， College of Life Sciences， Shandong Agricultural University， Taian， 271018， China

The construction and operation management of large-scale instruments sharing platform is one of the core contents of State Key Laboratory. In the information age， the establishment of intelligent platform operation management system is the trending largescale instruments sharing platform. This paper describes the current situation of large-scale instruments sharing platform in the State Key Laboratory of Crop Biology. The needs and goals of intelligent management are explored. The basic requirements and functional designate also given for the design of intelligent operation management platform. A comprehensive analysis of the usingbenefts is conductedbased on the intelligent operation and management.

large-scale instruments sharing platform； intelligent； operation and management； using benefts

2015-05-05

李祥，博士，高級實驗師。