彭世金， 郭 平， 吳 雁， 童 華

(西南石油大學 實驗室與設備管理處, 四川 成都 610500)

高校大型儀器設備開放共享平臺軟件設計

彭世金， 郭 平， 吳 雁， 童 華

(西南石油大學 實驗室與設備管理處, 四川 成都 610500)

分析了高校大型儀器設備重復建設、低效運行的關鍵原因,提出了以管理為中心、以資源為基礎、以網(wǎng)絡為載體、以共享為核心、以服務為宗旨的開放共享平臺軟件的設計理念,介紹了開放共享平臺軟件包含的信息交互管理、預約管理、經(jīng)費管理、培訓管理、儀器終端管控、效益分析與決策輔助、數(shù)據(jù)接口等功能的設計思路。

大型儀器； 開放共享； 軟件設計； 開放預約

近年來,我國優(yōu)質(zhì)科技資源網(wǎng)絡化共享問題得到了黨和國家的高度重視,經(jīng)國務院批準,科技部、教育部已會同相關部門制定了指導意見。作為擁有豐富的大型儀器設備資源的高校,如何利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)和信息技術(shù),深入研究網(wǎng)絡化的開放共享平臺系統(tǒng),提高大型儀器設備管理手段,促進高校優(yōu)質(zhì)資源的全面開放,已成為高校管理者共同思考和不斷探索的關鍵問題。

1 高校大型儀器設備開放共享平臺軟件研究的必要性

人才培養(yǎng)、科學研究和社會服務是高校的三大主要職責,而大型儀器設備是探索自然規(guī)律和認識物質(zhì)世界的重要工具,是驗證新規(guī)律、新思想的重要技術(shù)手段,是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、科研水平以及服務地方經(jīng)濟的重要保障條件之一。高校大型儀器設備管理中又普遍存在重復建設、低效運行、管理分散、封閉使用等問題,嚴重制約了大型儀器設備在培養(yǎng)創(chuàng)新人才、提高科研能力和服務地方經(jīng)濟中的作用,極大地影響了我國科技創(chuàng)新和國際競爭力的提升。究其原因,主要有以下2點[1-5]。

(1) 信息不暢通。缺乏信息公開機制,造成大型儀器設備信息相對封閉和信息不對稱。一方面高校大型設備重復建設、低效運行,另一方面又存在需要使用且無處可用的狀態(tài)。甚至不少高校的師生對本校、本學院或本學科的大型設備擁有和分布情況都不清楚。如西南石油大學2014年4月隨機對校內(nèi)1 572名師生(其中336名教師、1 174名碩士生、62名博士生)進行了問卷調(diào)查,其中有24.11%對本學院擁有的大型儀器設備情況不了解,有32.25%對本校擁有的大型儀器設備情況不了解。

(2) 缺乏高效的開放共享服務軟件平臺。由于高校近年來均重點研究和探索大型儀器設備開放共享管理機制和運行模式,對大型儀器設備網(wǎng)絡化共享服務缺乏必要的認識,雖然部分高校均不同程度地建有大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺,但絕大多數(shù)停留在網(wǎng)站建設層面,提供靜態(tài)信息查詢,缺乏完善的管理和數(shù)據(jù)挖掘功能,導致開放共享工作成效不明顯。

隨著我國計算機網(wǎng)絡技術(shù)、信息技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，為實現(xiàn)大型儀器設備的動態(tài)管理提供了技術(shù)條件。結(jié)合高校積累的大型儀器設備開放共享管理經(jīng)驗,開發(fā)一套具備從大型儀器設備的投資決策、使用管理、開放共享、績效考評等動態(tài)管理和監(jiān)控的開放共享平臺軟件,實現(xiàn)優(yōu)化資源配置、提高開放共享率,將為提高大型儀器設備利用率和投資效益拓展出廣闊的空間,也必將成為高校大型儀器設備管理工作發(fā)展進程中不可超越的必然階段[6-8]。

2 高校大型儀器設備開放共享平臺軟件設計理念

大型儀器設備開放共享平臺軟件應遵循“以管理為中心、以資源為基礎、以網(wǎng)絡為載體、以共享為核心、以服務為宗旨”的設計理念,實現(xiàn)大型儀器設備開放共享的流程化管理、過程化監(jiān)控、自動獲取使用數(shù)據(jù)、客觀實施效益評價,最終達到高校大型儀器設備在“提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、科學研究水平和服務地方經(jīng)濟能力”的目標[9]。

3 高校大型儀器設備開放共享平臺軟件設計

3.1 平臺設計的關鍵技術(shù)簡介

根據(jù)高校大型儀器設備開放共享平臺軟件的功能要求,開發(fā)中采用的主要技術(shù)包括:Oracle數(shù)據(jù)倉庫、Java開發(fā)工具、Apage開發(fā)框架、JBPM流程引擎、RBAC為基礎的權(quán)限管理體系、DATAGUARD數(shù)據(jù)冗災技術(shù)、Pooling性能保障技術(shù)以及軟件的開發(fā)和運行平臺Linux操作系統(tǒng)。其核心技術(shù)有Apage開發(fā)框架、JBPM流程引擎、RBAC為基礎的權(quán)限管理體系、DATAGUARD數(shù)據(jù)冗災技術(shù)、Pooling性能保障技術(shù)。

3.1.1 Apage開發(fā)框架

Apage開發(fā)框架是基于Java面向?qū)ο蟮目焖費VC開發(fā)框架,完全兼容于Windows和Linux服務器環(huán)境。Apage框架以配置組件的形式實現(xiàn)MVC,完全顛覆了傳統(tǒng)的以html+servlet的方式進行MVC開發(fā)的模式,它在業(yè)務定義、數(shù)據(jù)傳輸中以xml作為信息載體,提供靈活、規(guī)范的數(shù)據(jù)定義,為應用系統(tǒng)的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)工作提供技術(shù)保障。開發(fā)框架內(nèi)置了流程引擎JBPM、權(quán)限體系RBAC等功能以及WebService數(shù)據(jù)接口,使開發(fā)者不必花費過多精力在這些復雜業(yè)務系統(tǒng)支持的實現(xiàn)過程上,而集中精力在應用系統(tǒng)功能的研究與開發(fā)上。

3.1.2 JBPM流程引擎

JBPM(java business process management)是一種基于J2EE的輕量級工作流管理系統(tǒng),是實現(xiàn)SOA技術(shù)的核心部分。它具有2個特色:一是它的商務邏輯采用了自定義的JPDL(JBossJBPM process definition language)，JPDL認為一個商務流程可以被看作是一個UML狀態(tài)圖，JPDL詳細定義了這個狀態(tài)圖的每個部分,如起始、結(jié)束狀態(tài),狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換等；二是它使用Hibernate來管理數(shù)據(jù)庫，Hibernate是目前Java領域最好的一種數(shù)據(jù)持久層解決方案，通過Hibernate,JBPM將數(shù)據(jù)的管理職能分離出去,專注于業(yè)務邏輯的處理。

3.1.3 RBAC+“職權(quán)范圍”的權(quán)限管理

RBAC(role-based access control)是基于角色的權(quán)限控制體系,在RBAC中權(quán)限與角色相關聯(lián),用戶通過成為適當角色的成員而得到賦予該角色權(quán)限,極大地簡化了權(quán)限管理。在一個應用系統(tǒng)中,角色是為了完成各種工作而創(chuàng)造,用戶則依據(jù)它的責任和資格來被指派相應的角色,用戶可以很容易地從一個角色被指派到另一個角色。角色可依據(jù)新的需求和系統(tǒng)的合并而賦予新的權(quán)限。因此,RBAC權(quán)限管理體系+“職權(quán)范圍”(如圖1所示)即可精準地滿足大型儀器設備共享平臺軟件對授權(quán)管理的需求。

圖1 RBAC+“職權(quán)范圍”的權(quán)限管理體系

3.1.4 DATAGUARD數(shù)據(jù)冗災技術(shù)

DATA GUARD數(shù)據(jù)冗災技術(shù)具備數(shù)據(jù)保護、數(shù)據(jù)快速恢復的特點,具有3種不同的保護模式:一是數(shù)據(jù)保護最大化,任何情況下主數(shù)據(jù)庫的損壞都不會導致已提交數(shù)據(jù)的丟失,主數(shù)據(jù)庫與備用數(shù)據(jù)庫之間出現(xiàn)任何狀況,主庫都會停止數(shù)據(jù)處理以確保數(shù)據(jù)安全；二是數(shù)據(jù)可用最大化,確保零數(shù)據(jù)丟失的前提下,網(wǎng)絡或備用數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障,主數(shù)據(jù)庫將繼續(xù)處理數(shù)據(jù),以實現(xiàn)數(shù)據(jù)可用的最大化；三是性能最大化,主數(shù)據(jù)庫和備用數(shù)據(jù)庫采用異步傳輸,對主數(shù)據(jù)庫的運行負荷最小,得到最高的運行性能,但存在少量數(shù)據(jù)丟失的風險。因此,在性能滿足要求的前提下盡可能采用數(shù)據(jù)保護最大化的保護模式。

3.1.5 Pooling性能保障技術(shù)

利用數(shù)據(jù)池來提高數(shù)據(jù)庫連接速度的共同分擔技術(shù)(Pooling)是提高應用系統(tǒng)運行效率的重要手段。在應用系統(tǒng)的初始運行時,配置好一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫連接并放入池(Pool)中等待其他對象調(diào)用。當有對象需要進行數(shù)據(jù)連接時,如池中有連接便直接使用,如沒有且允許在池中加入新連接便會自動建立新的連接,當對象使用完連接對象后系統(tǒng)會將連接歸還池中等待其他對象調(diào)用。采用同樣的分擔技術(shù)建立對象池,可以避免對象的反復建立和釋放,從而提高應用系統(tǒng)的運行效率。

3.2 高校大型儀器設備開放共享平臺軟件功能設計

高校大型儀器設備開放共享平臺軟件,主要包括信息交互管理、預約管理、經(jīng)費管理、培訓管理、儀器終端管控、效益分析與決策輔助、數(shù)據(jù)接口等7個功能模塊,軟件界面如圖2所示。

圖2 大型儀器設備開放共享平臺軟件界面

所有功能的設計均以“開放共享”為核心,以“提高服務能力”為宗旨,以“提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、科學研究水平和服務地方經(jīng)濟能力”的目標。

3.2.1 信息交互管理功能模塊

信息交互管理功能是大型儀器設備開放共享系統(tǒng)軟件的基礎功能,主要展示所有大型儀器設備的配置清單、技術(shù)參數(shù)、主要功能、設備狀態(tài)、服務領域、收費標準、服務案例、機組人員聯(lián)系方式等信息,提供多種靈活、方便、快捷的查詢方式,讓有需求的潛在用戶能夠隨時、全面地查詢了解大型儀器設備開放共享的最新信息,讓管理者能及時查看每臺大型儀器設備的使用狀況。同時,提供信息和技術(shù)咨詢功能,在用戶和大型儀器設備管理員間搭建信息交互橋梁。

3.2.2 預約管理功能模塊

預約管理是大型儀器設備開放共享系統(tǒng)軟件的核心功能,預約分為在線預約和人工預約。人工預約又分為電話預約和現(xiàn)場預約,其預約流程如圖3所示。該功能模塊包括預約申請、預約審核、樣品接收、任務分配、樣品測試、費用核定、費用確認、自動扣費、使用信息記錄、自動生成測試報告、上傳測試數(shù)據(jù)、用戶下載測試報告及測試數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)歸檔、服務評價等功能,完成從開始預約到服務結(jié)束全周期的管理和評價,做到信息化、規(guī)范化、流程化、檔案化。為后續(xù)的使用效益分析與評價、領導決策提供原始、完整、真實可靠的詳細數(shù)據(jù)。

圖3 開放共享預約流程

3.2.3 經(jīng)費管理功能模塊

經(jīng)費管理主要由開放共享收費管理和基金管理2個功能模塊組成,其中開放共享收費管理分為用戶經(jīng)費賬卡的管理和開放共享收入的管理。用戶經(jīng)費賬戶管理包括賬戶狀態(tài)、賬戶余額、信用額度、關聯(lián)賬戶、交易明細、費用催繳、賬戶充值等功能；開放共享收入管理包括每臺開放共享設備的收入明細、應收金額、到賬金額、收入分配核算、經(jīng)費支出登載等功能,實現(xiàn)經(jīng)費的精細化、信息化管理?；鸸芾碇饕瓿砷_放測試基金、維修基金的信息發(fā)布、基金申請、申請審核、經(jīng)費劃撥、經(jīng)費支出等環(huán)節(jié)的流程化管理。

3.2.4 培訓管理功能模塊

培訓管理功能模塊提供在線學習、學習資料下載、在線考試、信譽積分管理、人工培訓結(jié)果管理、遠程視頻等功能,為大型儀器設備的全面開放共享提供技術(shù)保障。管理員針對允許用戶自主上機的大型儀器設備,定期發(fā)布、統(tǒng)一組織的大型儀器設備操作方法、規(guī)章制度、安全規(guī)范等培訓課程,用戶進行在線報名,結(jié)合網(wǎng)上培訓和人工培訓,如安全規(guī)章制度、儀器設備相關的理論知識可采用在線培訓和在線考核的模式,設備的實際操作流程和規(guī)范采用人工培訓和人工考核的模式。對于考核合格的用戶可授權(quán)自主上機,同時實行信譽積分制來規(guī)范用戶的實驗行為,確保大型儀器設備的開放共享工作能安全、規(guī)范地順利實施。

3.2.5 儀器終端管控功能模塊

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺中,確保大型儀器設備開放共享管理的安全和規(guī)范,同時確保大型儀器設備開放共享使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準確性和實時性。采用以下2種模式相結(jié)合來實現(xiàn)儀器終端管控[10-12]。

(1) 智能門禁+智能電源控制模式。主要針對需要管控實驗室的人員進出,或?qū)嶒炇覂?nèi)有多臺大型儀器設備需要進行預約及電源控制管理的情況,與智能身份認證管理系統(tǒng)聯(lián)動,一次刷卡即可實現(xiàn)身份認證，根據(jù)預約審核情況為預約設備供電,刷卡退出時檢測設備運行狀態(tài)并給予提示、拒絕或延時斷電,以保證設備安全。該模式投資相對較高,但具有安全性高、使用信息統(tǒng)計實時、準確的優(yōu)勢。

(2) 遠程視頻監(jiān)控模式。將遠程視頻監(jiān)控嵌入至開放共享平臺軟件中。各級管理員可通過開放共享網(wǎng)絡平臺軟件在線監(jiān)管各自管轄范圍內(nèi)的儀器設備使用狀況、用戶是否按照規(guī)定進行自主上機,及時應對各種突發(fā)事件。該模式對日常管理具有較好的安全性和實時性,但需要人工干預、自動化程度較低,無法自動完成使用信息統(tǒng)計,但作為輔助管理功能無疑是非常有效的安全管理手段之一。

3.2.6 效益分析與決策輔助功能模塊

效益分析與決策輔助功能是實現(xiàn)大型儀器設備開放共享數(shù)據(jù)挖掘與分析,為各級管理者提供決策依據(jù)的重要功能。主要包括大型儀器設備在用率、完好率、共享預約、使用、收費、人才培養(yǎng)、科研成果、社會服務、功能利用與開發(fā)、經(jīng)費使用等信息的查詢、統(tǒng)計與分析,實現(xiàn)大型儀器設備使用效益的自動評價,自動分析同類大型儀器設備的使用情況、分析用戶的使用需求等功能,為大型儀器設備的后期投入、管理決策,提供科學、準確、實時的數(shù)據(jù)支撐。

3.2.7 數(shù)據(jù)接口功能模塊

高校大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺軟件是高校數(shù)字化校園的組成部分，并非獨立的信息孤島,應實現(xiàn)完整、規(guī)范的數(shù)據(jù)接口功能，包括與高校數(shù)字校園統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一身份認證、統(tǒng)一數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的同步數(shù)據(jù)接口,與高校一卡通涉及的教師、學生基本信息同步的數(shù)據(jù)接口,與資產(chǎn)管理系統(tǒng)中儀器設備基本信息同步的數(shù)據(jù)接口,與實驗室綜合管理系統(tǒng)中實驗室和實驗教學基本信息同步的數(shù)據(jù)接口,與科研管理系統(tǒng)中科研項目信息同步的數(shù)據(jù)借口。

同時,為實現(xiàn)大型儀器設備校際共享、跨區(qū)域共享,實現(xiàn)全國高校優(yōu)質(zhì)資源共享平臺(CERS)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口和各地區(qū)優(yōu)質(zhì)資源共享平臺的數(shù)據(jù)接口,擴大高校大型儀器設備的宣傳面和共享效率。

4 高校大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺軟件的特色和優(yōu)勢

高校大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺軟件是集開放預約、使用管理、績效評價、效益分析、決策輔助于一體的綜合管理平臺軟件，與各高校現(xiàn)有的共享網(wǎng)站相比,具有以下特色和優(yōu)勢。

4.1 實現(xiàn)開放共享全周期管理,提供決策輔助

目前,絕大部分高校還停留在共享網(wǎng)站建設,重點體現(xiàn)共享信息的發(fā)布,但后期的管理相對薄弱。高校大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺軟件實現(xiàn)了從預約到使用,再到后期的效益評估和決策輔助等全周期的管理。為用戶提供方便、快捷的預約服務,為大型儀器設備管理員提供完善的使用管理功能,為領導決策提供及時、準確、詳細的數(shù)據(jù)支撐，為最終實現(xiàn)優(yōu)化資源配置、提高設備共享率,發(fā)揮大型儀器設備在人才培養(yǎng)、科學研究和社會服務等方面的作用提供技術(shù)手段。

4.2 強化過程管理,掌控即時動態(tài)

高校大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺軟件強化過程管理,獲得授權(quán)的各級管理者能實時在線查看所有大型儀器設備的當前運行狀態(tài),及時、全面掌控全校大型儀器設備的在用或閑置狀態(tài),有效管控設備及設備使用情況等動態(tài)信息，為后期的效益評估提供詳細、準確的數(shù)據(jù)支撐。

4.3 引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實現(xiàn)全方位立體化管理

通過將門禁系統(tǒng)、智能電源控制器、遠程視頻監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入高校大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺中,實現(xiàn)門禁—設備終端控制—人員權(quán)限控制的全方位立體化管理,為大型儀器設備開放共享的權(quán)限控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、安全管理等提供了先進的技術(shù)支撐。

4.4 完善的數(shù)據(jù)接口,徹底解決信息孤島

設計的高校大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺軟件完全融入高校數(shù)字化校園系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)字校園的單點登錄、信息門戶集成等功能,所有數(shù)據(jù)均來源于數(shù)字校園的大數(shù)據(jù)池,確保了數(shù)據(jù)的實時性、準確性和權(quán)威性。同時,接入全國高校優(yōu)質(zhì)資源共享平臺(CERS)系統(tǒng)各地區(qū)優(yōu)質(zhì)資源共享平臺,擴大宣傳面,有效地推動校際互通和跨區(qū)域共享。

5 結(jié)束語

高校大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺軟件的實現(xiàn),為大型儀器設備開放共享工作的正常運行、日常管理、效益考評、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等提供了強有力的技術(shù)手段。但各高校也要清醒地認識到高校大型儀器設備開放共享網(wǎng)絡平臺軟件是為管理者提供的管理手段和技術(shù)支持,要充分發(fā)揮大型儀器設備在人才培養(yǎng)、科學研究和服務地方經(jīng)濟等方面的重要作用,提高大型儀器設備的共享率和投資效益,還必須不斷探索和完善大型儀器設備開放共享管理機制和運行模式,將軟件建設和制度建設有機地結(jié)合起來,相輔相成、協(xié)調(diào)配合,才能有效地推動大型儀器設備開放共享工作。

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Software design for opening and sharing platform of large-scale instruments and equipment in colleges and universities

Peng Shijin, Guo Ping, Wu Yan, Tong Hua

(Southwest Petroleum University,Division of Laboratory and Equipment Management, ChengDou 610500，China)

The key reasons of the repeated construction and inefficient operation in colleges and universities have been analyzed.Based on the concepts of “management first,source first,Web first,sharing first and service first,” this paper puts forward the software design idea for the opening and sharing platform.The design idea of this opening and sharing platform,including information exchange,booking,budget,training,instrument terminal management,benefit analysis,decision aids, data interface,etc., has been introduced.

large-scale instrument; opening and sharing; software design; opening booking

2015- 01- 16

四川省2013—2016年高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目 (2013201)

彭世金(1982—)，男，四川內(nèi)江，碩士，實驗師，大型儀器設備管理中心主任，主要從事實驗室建設、大型儀器設備管理及研究工作.

E-mail：sbk2115@126.com

G482

A

1002-4956(2015)7- 0256- 05