大型实验仪器设备共享平台的框架设计

大型实验仪器设备共享平台的框架设计

朱志洁¹　彭　飞¹　梁为亮²

（1.海军工程大学船舶与海洋工程系，湖北武汉430033；

2.海军工程大学训练部，湖北武汉430033）

摘　要：本文针对高等院校实验室普遍存在的大型精密实验仪器设备使用率不高的现象，提出了对大型实验仪器设备的共享机制，在分析实验仪器设备共享管理平台功能的基础上，设计了平台系统的组成构架。共享平台能够面向院校内外提供各种专用大型精密实验仪器设备的共享服务，提高资源使用率，充分利用实验资源条件。

关键词：实验室　大型仪器　共享平台

1　引　言

实验教学是高等院校教学活动的一个重要组成部分，具有其特殊的地位，是对课堂所学知识的直观认识，对自然规律的直接体现。随着院校教育体制改革的深入，科研水平的提高，学科之间的相互渗透发展，实验室在诸多大专院校培养高质量的复合型人才中发挥着越来越重要的作用，在实验室建设过程和实验课程的实施中，实验设备尤其是大型实验仪器设备的先进程度日益成为影响实验教学成果和人才培养效果成功与否的重要因素，而这些大型实验仪器设备往往价格昂贵，购置困难，并且由于这些设备是某一个实验室负责管理维护，长期以来的习惯造成各实验室或者各院校相关专业实验之间不能保持良好的信息、设备共享，因此购置了该类型仪器设备后，常常由于各个实验室或院校的教学安排、科研活动的多寡造成设备未能充分利用，部分大型精密仪器在正常的教学和科研以外还有大量时间处于闲置状态，造成实验设备资源的极大浪费。本文依托现代化信息建设的基本理念，实现实验室大型仪器设备的科学管理，对实验室大型仪器设备共享管理平台的功能进行了分析，设计了共享管理平台的组成构架。使用该管理平台，可以通过网络实现各实验室甚至院校之间相关专业实验教学的设备共享，提高大型仪器设备的使用率，充分利用有限的实验资源条件。

2　功能分析

大型实验仪器设备共享平台的建设目的是方便实验教学主管部门合理管理和监督各类大型仪器设备的使用情况与维护工作，通过进一步开放各实验室管辖的大型实验仪器设备，增加部分实验仪器设备的共享程度，方便包括学生、教师和外单位相近专员同行在内的用户共享使用一些价格昂贵而利用率不高的大型实验仪器设备，提高仪器利用率，充分发挥实验仪器设备的功能。该系统主要功能应包括：

1.大型实验仪器设备的共享设置

大型实验仪器设备的共享设置主要实现大型实验仪器设备的共享申请处理、共享时间设置、管理部门进行审核批复申请要求等管理功能。

该功能的实现应该赋予实验室管理员或指定其他人员具备共享设置权限，通过本共享平台进行本实验室管理的大型实验仪器设备进行共享设置，设备人员通过网络提交仪器设备的共享申请，上级管理部门相应负责人员进行共享申请审核。设置过程中，需要从设备管理平台中读取本实验室所辖实验仪器设备目录信息。

2.实验仪器设备预约管理

共享平台是为了实现仪器设备的共享使用，实现包括校内和校外用户在内的更多人员预约大型实验仪器设备进行实验业务操作的功能。

管理人员或具有预约管理权限的其他人员能够通过共享平台查询和处理大型仪器的预约情况，并能够实现现场预约的功能。校内用户和校外用户两种人员的预约申请分别处理，校内用户可以由管理人员现场预约，校外用户则通过网络进行申请，经管理人员批复后，方可使用共享仪器设备进行预约实验，因此在预约过程中，还需配置管理校外用户信息的相关功能。

进行大型实验仪器设备共享预约之前，必须先获得共享权限，即在共享申请审核通过后，才能对所辖仪器设备进行预约。

3.统计与查询

由实验室管理人员或相关责任部门根据预约情况进行查询，系统自动生成相关数据统计表，报表内容主要包括设备开机时数（小时）、利用设备完成的科研成果和完成的教学工作情况简况、设备功能利用综合情况、对校内外所提供的服务汇总、设备的管理、维护和保养等。

在充分利用现有的计算机设备资源和网络资源的基础上，大型实验仪器设备共享平台充分利用国内外高新技术成果，使整个系统能最大限度地发挥现有大型实验仪器设备的使用效率，实现信息的高度共享，提高资源利用率。

3　框架设计

3.1　技术架构

大型实验仪器设备共享平台采用Microsoft.Net技术，基于SQL Server数据库，采用四层B/S（浏览器/服务器）架构建设的，包括用户（Browser/User）层、Web服务（Web Server）层、应用服务（Applica-tion Server）层和数据（Database）服务层组成，如图1所示。用户（client）通过IE浏览器访问共享平台系统。

图1　网络拓扑图

采用三层结构和集中式数据管理能通过动态伸缩更好地平衡客户机和服务器上的负载，减少网络上的信息流量，从而提高系统的吞吐量；在连接的客户机数量较多时，三层模型将以较少的数据库连接数，降低主机的资源消耗；同时，由于在客户机和数据库服务器中间有应用服务器层，可提高数据库中数据的安全性；另外，主要业务数据的集中管理，可减轻系统的日常维护工作。

根据软件工程三层结构的理论，数据库层是业务系统的中心，是信息的集散地。基于主要业务数据集中存储的原则，在数据库层集中了系统的主要数据；应用服务器是三层结构中承担事务处理的中间环节，负责数据库操作，接受处理客户端的请求，负责系统的业务逻辑处理以及提供各类应用服务；客户机层提供系统的入口，位于系统的最前端。

3.2　功能框架

大型实验仪器设备共享平台及与网络技术架构，分为用户、实验室和管理机关部门三个不同的角色层次进行功能框架设计，每一层具有不同的管理权限，分三个不同的阶段进行流转，系统流程如图2所示，图3为系统功能框图。

图2　大型仪器共享流程图

图3　大型实验仪器设备共享平台功能框图

（1）设备数据库的管理由具备相应权限的管理人员通过“导入”或“手工录入”接口进入共享平台，从现有数据库或数据表格文件中自动导入共享平台或人工输入设备共享信息，完成实验仪器设备数据库的创建、维护管理，为共享平台提供数据后台支撑。

（2）仪器设备信息的完善由负责大型仪器设备维护管理的实验室负责人员通过“完善设备信息”接口接入共享平台，对共享实验仪器设备的技术指标、简要情况介绍、可做实验项目列表、操作规程及使用登记制度等内容进行添加、修改完善，供用户共享时查询参考使用。

（3）共享平台的用户包括学生、教师和校外人员等用户角色，通过“用户”接口进入共享平台，进行共享仪器设备的申请、搜索、查询、添加、修改、删除、预约等业务操作，并拥有对仪器设备状况和使用情况进行评价等附加功能。

（4）仪器设备管理人员通过“仪器负责人”接口进入共享平台，完成仪器设备的维护、相关信息的审核、服务时间的管理、使用情况的录入和导出等业务工作。在审核相关信息时，具有配套权限的管理人员还会处理用户注册信息和预约单的处理业务。

4　结束语

利用先进计算机信息管理技术，对当前高等院校普遍存在的大型实验仪器设备使用率偏低，共享程度差，资源浪费情况严重等现状提出了解决方案，基于Microsoft.NET技术开发标准对大型实验仪器设备共享平台的功能进行分析，对实现共享平台的技术框架进行选型设计，并对共享平台功能框架进行了组建，通过建立大型实验仪器设备共享平台，可以有效解决当前实验仪器设备存在的资源浪费现象，通过网络实现各实验室甚至院校之间相关专业实验教学的设备共享，提高大型仪器设备的使用率，充分利用有限的实验资源条件，有效提高实验教学成果。

参考文献

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