張宏瑞,張 蝶

(1.武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢 430000;2.武漢輕工大學(xué),湖北 武漢 430023)

0 引言

實(shí)驗(yàn)室不僅是學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的重要陣地,而且也為高校的科研工作創(chuàng)造了可靠保障,只有確保實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各項(xiàng)功能的完備性,才能真正提高教學(xué)水平,為各個(gè)使用人員提供良好的條件。 實(shí)驗(yàn)室管理工作具有一定的復(fù)雜性和綜合性特點(diǎn),涉及人員管理、環(huán)境管理和設(shè)備管理等等,因此對于管理人員提出了更高要求。在智能化時(shí)代下,以智能管理系統(tǒng)為依托,提高高校實(shí)驗(yàn)室管理水平,解決傳統(tǒng)人工模式下的局限性問題,方能真正體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的核心價(jià)值及作用。 在智能管理系統(tǒng)建設(shè)中,相關(guān)人員應(yīng)考慮到實(shí)驗(yàn)室的基本特點(diǎn)和使用需求,要確保系統(tǒng)功能的適用性,為師生提供更好的服務(wù)。

1 高校實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)建設(shè)的必要性

隨著學(xué)生數(shù)量的增多,給實(shí)驗(yàn)室管理工作帶來了新的挑戰(zhàn),管理人員需要做好詳細(xì)的計(jì)劃,以保障教學(xué)和學(xué)習(xí)任務(wù)的順利推進(jìn)。 在傳統(tǒng)管理體系下,由于缺乏協(xié)調(diào)性和組織性,會(huì)出現(xiàn)多人共用一臺(tái)設(shè)備的情況,資源利用率不高,而且會(huì)造成數(shù)據(jù)信息的丟失,教學(xué)及科研工作無法達(dá)到預(yù)期效果。 而隨著智能管理系統(tǒng)在工作中的廣泛應(yīng)用,使得上述問題得到有效處理,可以結(jié)合實(shí)際工作計(jì)劃提高實(shí)驗(yàn)室管理工作的協(xié)調(diào)性,在統(tǒng)籌兼顧下合理安排各項(xiàng)教學(xué)任務(wù)和科研任務(wù)。 高校對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度逐步提高,實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的數(shù)量和類型也在增多,這是實(shí)驗(yàn)室管理的主要對象,在傳統(tǒng)管理模式下會(huì)加大管理人員的負(fù)擔(dān),浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力等。 而應(yīng)用智能管理系統(tǒng)時(shí),可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備儀器的快速分類,幫助學(xué)生和教師詳細(xì)掌握設(shè)備儀器的使用信息,加強(qiáng)對整個(gè)使用過程的動(dòng)態(tài)化監(jiān)督,防止出現(xiàn)損壞和丟失的情況。 保障良好的安全性,是實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研工作的基本要求,在智能管理系統(tǒng)的支持下,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的安全隱患,并且當(dāng)相關(guān)參數(shù)超過閾值后能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息,及時(shí)提醒相關(guān)人員撤離,為安全管理工作奠定基礎(chǔ),避免發(fā)生嚴(yán)重的事故問題。 高校實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 高校實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)

2 高校實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)建設(shè)策略

2.1 系統(tǒng)框架

2.1.1 門禁管理與考勤模塊

門禁管理模塊的設(shè)計(jì),可以有效保障實(shí)驗(yàn)室管理的規(guī)范性和秩序性,維持良好的教學(xué)及科研工作秩序,該模塊包括了門禁控制器模塊、電源模塊、NFC 讀卡模塊和電控鎖模塊等。 系統(tǒng)運(yùn)行供電主要依靠電源模塊,近距離無線通信技術(shù)的應(yīng)用,可以通過快速掃描校園卡的方式識(shí)別學(xué)生信息。 無線節(jié)點(diǎn)中引入ZigBee 模塊,有助于提高信息傳輸?shù)男?CC2530 的控制效果更好,組網(wǎng)能力優(yōu)越,降低外界因素對通信過程的干擾。 電控鎖電源主要由繼電器模塊實(shí)施控制,可以滿足快速閉鎖和開鎖要求。 尤其是隨著智能手機(jī)的逐漸普及,為門禁管理和考勤管理提供了便利,教師可以運(yùn)用手機(jī)App 及時(shí)獲取學(xué)生的考勤情況和實(shí)驗(yàn)室狀態(tài),包括了閉門狀態(tài)和開門狀態(tài)等,及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的問題并進(jìn)行處理,達(dá)到遠(yuǎn)程管理的要求。 門禁管理系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 門禁管理系統(tǒng)

2.1.2 環(huán)境參數(shù)采集模塊

實(shí)驗(yàn)工作對于室內(nèi)環(huán)境因素的要求較高,如果環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)較大的波動(dòng),則有可能對最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾,因此在設(shè)計(jì)工作中也應(yīng)該加強(qiáng)關(guān)注。 環(huán)境參數(shù)采集模塊是智能管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分,可以針對光照信息、PM2.5、溫度、濕度等實(shí)施快速采集和動(dòng)態(tài)監(jiān)測,為管理人員提供更多的參考,以便及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,降低環(huán)境因素的影響。 傳感器模塊和ZigBee 模塊等共同組成環(huán)境參數(shù)采集模塊。

2.1.3 控制模塊

智能管理系統(tǒng)的控制模塊主要包括了窗簾控制模塊、視頻監(jiān)控模塊和智能空調(diào)控制模塊、燈光控制模塊等等。 在ZigBee 模塊、控制電機(jī)、電源模塊和繼電器模塊的支持下,智能管理系統(tǒng)可以達(dá)到智能管理的基本要求。 比如管理人員能夠通過遠(yuǎn)程操作的方式對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的窗簾和燈光實(shí)施管控,呈現(xiàn)出良好的聯(lián)動(dòng)效果。結(jié)合實(shí)驗(yàn)工作需求,空調(diào)系統(tǒng)的智能化開關(guān)控制和溫度、通風(fēng)控制,能夠改善實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部環(huán)境,滿足師生的工作與學(xué)習(xí)需求。 在管理平臺(tái)當(dāng)中,管理人員可以運(yùn)用視頻監(jiān)控功能更加直觀地看到實(shí)驗(yàn)情況,在出現(xiàn)問題后也可以回看視頻錄像,強(qiáng)化了對整個(gè)過程的監(jiān)督效果,防止出現(xiàn)安全問題。

2.1.4 系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)

無線節(jié)點(diǎn)通信服務(wù)和無線節(jié)點(diǎn)與服務(wù)器的通信服務(wù),是網(wǎng)關(guān)提供的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)類型,前者實(shí)現(xiàn)了ZigBee 網(wǎng)絡(luò)無線節(jié)點(diǎn)和Sink 節(jié)點(diǎn)的快速通信,后者借助于Socket 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提高通信效率與質(zhì)量。 ZigBee芯片和TP-Link WR703N 路由器的聯(lián)合應(yīng)用,可以改善物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的使用效果,滿足了協(xié)議轉(zhuǎn)換的需求,同時(shí)接入能力更強(qiáng)。 在OpenWRT 操作系統(tǒng)的支持下,能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化管理,自動(dòng)化水平更高,為系統(tǒng)功能擴(kuò)展創(chuàng)造了條件,符合當(dāng)前智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求[1]。 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的設(shè)置,與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信更加便捷,可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)室的智能化管理標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 應(yīng)用平臺(tái)

2.2.1 用戶信息管理模塊

用戶信息管理模塊是應(yīng)用平臺(tái)中的主要模塊,可以針對師生的基本信息進(jìn)行采集和記錄、存儲(chǔ),同時(shí)在人員流動(dòng)的過程中實(shí)施智能化管理,防止在實(shí)驗(yàn)室造成混亂問題,有助于減輕工作人員的負(fù)擔(dān)。 用戶信息管理賬號(hào)的設(shè)置,需要設(shè)定相應(yīng)的權(quán)限,以保障整個(gè)操作過程的安全性。 用戶信息管理模塊可以滿足工作人員的信息修改、刪除和添加、查詢等要求;還能針對實(shí)驗(yàn)室使用人員的變動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)化調(diào)整,提高實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)態(tài)化管理水平,預(yù)防諸多意外狀況,保障使用人員的安全[2]。

2.2.2 設(shè)備信息管理模塊

高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較多,而且不同設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和原理、使用方法等存在較大的差異性,這也是實(shí)驗(yàn)室管理工作中的主要難題。 在智能管理系統(tǒng)建設(shè)中引入的設(shè)備信息管理模塊,實(shí)現(xiàn)了分類管理和精細(xì)化管理的目標(biāo)。 尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠結(jié)合不同設(shè)備的使用需求實(shí)施智能化控制,為使用人員提供個(gè)性化服務(wù)的同時(shí),避免了設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)丟失和破壞的狀況。 在設(shè)備購置過程中,管理人員需要及時(shí)在系統(tǒng)當(dāng)中錄入設(shè)備基本信息,使用中做好設(shè)備信息和人員信息的快速登記,以便在出現(xiàn)意外狀況時(shí)能夠及時(shí)溯源。 在實(shí)驗(yàn)設(shè)備達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)后,管理人員要及時(shí)在系統(tǒng)中刪除設(shè)備信息。 RFID 技術(shù)在設(shè)備信息管理中的應(yīng)用較多,通過掃描設(shè)備標(biāo)簽就可以更加快速地獲取其基本信息,包括了使用狀態(tài)和運(yùn)維狀態(tài)等等。

2.2.3 節(jié)點(diǎn)信息與環(huán)境信息管理模塊

智能管理系統(tǒng)中的無線模塊數(shù)量較多,可以在節(jié)點(diǎn)信息管理模塊的幫助下實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化集成管理。 運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高智能化控制水平,同時(shí)滿足未來工作中的系統(tǒng)擴(kuò)展需求,為高校教學(xué)和科研工作的可持續(xù)發(fā)展奠定保障。 在該模塊的支持下,刪除和添加相關(guān)節(jié)點(diǎn)信息更加高效,這在系統(tǒng)功能開發(fā)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,有利于降低系統(tǒng)建設(shè)成本,模塊設(shè)計(jì)與開發(fā)效率也更高[3]。 在信息管理模塊的支持下,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的環(huán)境信息可以實(shí)現(xiàn)高效化采集與處理,得到更加可靠的環(huán)境信息分析報(bào)告,在決策過程中獲得更加可靠的參數(shù)。

2.2.4 門禁和考勤管理模塊

結(jié)合不同班級(jí)的課表情況,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的門禁及考勤管理,教師和學(xué)生可以通過刷卡的方式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,實(shí)現(xiàn)了不同班級(jí)和使用人員的有效協(xié)調(diào),在實(shí)驗(yàn)室管理工作中更具秩序性,防止在使用時(shí)出現(xiàn)沖突和矛盾問題。 各類實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組織分配也會(huì)更加合理,避免對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)面影響,該模塊也可以自動(dòng)化記錄實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用情況,以便幫助教師對學(xué)生實(shí)施考勤管理,為評(píng)價(jià)工作提供更多信息[4]。同時(shí),預(yù)約功能也可以滿足學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)的需求,提高實(shí)驗(yàn)室利用率。

2.2.5 系統(tǒng)信息管理模塊

在智能管理系統(tǒng)建設(shè)中,系統(tǒng)信息管理模塊具有核心作用,可以更加高效的管理系統(tǒng)權(quán)限,比如功能設(shè)置、用戶設(shè)定和操作者角色定義等,避免出現(xiàn)誤操作而對實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)的安全性造成威脅[5];可以針對實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)施自動(dòng)化備份處理,確保在出現(xiàn)意外情況時(shí)能夠及時(shí)啟用備份數(shù)據(jù),避免造成嚴(yán)重?fù)p失。

3 結(jié)語

高校實(shí)驗(yàn)室的有效管理,可以確保各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的順利推進(jìn),降低對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾,提高高校辦學(xué)水平和科研能力,為教師和學(xué)生創(chuàng)造良好的使用環(huán)境。智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用,符合當(dāng)前現(xiàn)代化管理的要求,可以解決傳統(tǒng)管理模式的局限性問題。 在系統(tǒng)架構(gòu)方面,應(yīng)該以門禁管理與考勤模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊、控制模塊和系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)為重點(diǎn),確保系統(tǒng)功能符合實(shí)際使用需求。 在應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)中,要加強(qiáng)對用戶信息管理模塊、設(shè)備信息管理模塊、節(jié)點(diǎn)信息與環(huán)境信息管理模塊、門禁和考勤管理模塊和系統(tǒng)信息管理模塊等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要點(diǎn)的控制,以改善系統(tǒng)運(yùn)行成效。 此外,相關(guān)人員還應(yīng)該通過轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念、完善制度體系和提高人員素養(yǎng)等途徑,充分發(fā)揮智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。