研究生學位論文文獻綜述-實驗室管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

文獻綜述摘要計算機系實驗室管理系統(tǒng)是高等院校工作不可缺少的部分,它的內(nèi)容對于高等院校的決策者和管理者來說都至關(guān)重要,所以實驗室管理系統(tǒng)應該能夠為用戶提供充足的信息和快捷的查詢手段。但一直以來人們使用傳統(tǒng)人工的方式管理實驗室的信息，這種管理方式存在著許多缺點,如:效率低、保密性差,另外時間一長,將產(chǎn)生大量的文件和數(shù)據(jù),這對于查找、更新和維護都帶來了不少的困難。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機應用于各大領(lǐng)域，并給人們的生活帶來了極大的便利，在實驗室管理系統(tǒng)亦是如此。以往實驗室管理員由于缺乏適當?shù)能浖o其工作帶來了很多不便。本文針對目前實驗室的管理現(xiàn)狀，提出了基于Web的B/S模式的計算機實驗室管理系統(tǒng)的解決方案，并對其核心技術(shù)進行了較為深入的分析研究。本文首先對計算機實驗室的特點及運作模式進行了較為深入的研究；然后通過對C/S模式三層架構(gòu)分析，提出了基于網(wǎng)站的計算機實驗室綜合信息處理平臺的總體設計思想和具體的實現(xiàn)方案，并通過人工智能理論研究實驗室自動進行智能排課的開發(fā)過程。整個系統(tǒng)從符合操作簡便、界面友好、靈活、實用、安全的要求出發(fā)，完成實驗室管理信息的全過程使管理人員可對設備的流向進行跟蹤，隨時掌握設備的現(xiàn)狀及公司雇員領(lǐng)用設備情況，減少設備丟失現(xiàn)象，解決查找、盤點困難等問題，提高管理人員的工作效率。關(guān)鍵詞：實驗室，信息管理系統(tǒng)，智能排課AbstractDepartmentofComputerSciencelaboratorymanagementsystemisanintegralpartoftheworkofinstitutionsofhigherlearning,itscontentforinstitutionsofhighereducationiscriticaltobothpolicymakersandmanagers,sothelaboratorymanagementsystemshouldbeabletoprovideuserswithsufficientinformationandfastquerytool.Butalongthewaypeopleusethetraditionalmanualmanagementoflaboratoryinformation,thismanagementapproach,therearemanyshortcomings,suchas:lowefficiency,poorsecurity,theotherovertime,willproducelargeamountsofdocumentsanddata,whichfind,updateandmaintenancehavebroughtalotofdifficulties.Withthecontinuousdevelopmentofcomputertechnology,computersusedinvariousfields,andtopeople'sliveshasbroughtgreatconvenience,inthelaboratorymanagementsystemisalsotrue.Inthepast,duetolackofappropriatelaboratorymanagersoftwaretobringalotofinconveniencetoitswork.Inthispaperthecurrentstatusofthelaboratory'smanagementproposedaWeb-basedB/Smodelofthecomputerlabmanagementsystemsolutions,anditscoretechnologyforamorein-depthanalysis.Inthispaper,thecharacteristicsofthecomputerlabandmodeofoperationforamorein-depthstudy;thenthroughtheC/Smodethree-tieranalysis,theWeb-basedintegratedinformationprocessingplatformcomputerlab'soveralldesignandimplementationofspecificprograms,andartificialintelligenceresearchlaboratoriesthroughintelligentSchedulingautomateddevelopmentprocess.Theentiresystemfromthelinewithsimple,user-friendly,flexible,practicalandsaferequirements,tocompletethewholeprocessoflaboratorymanagementinformationenablesmanagerstotracktheflowofequipment,keepabreastofequipmentstatusandsituationofemployeesrequisitionedequipmentreducethedeviceislost,resolvetofind,difficultissuessuchasinventory,improvemanagementproductivity.Keywords:Laboratoryinformationmanagementsystems,intelligentScheduling研究的目的和意義縱觀目前大多數(shù)計算機實驗室的運行情況，各高校在積極培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的要求下，都認識到了實驗教學的重要性。但由于采用傳統(tǒng)、低效率的管理方法，隨著實驗室建設的深入，實驗室教學和管理中的矛盾日益突出，甚至嚴重阻礙了實驗教學的進程。該課題是高校信息化問題的一個方面，課題的研究對促進高校的教學和管理模式的改革、加快數(shù)字化校園的建設、提高計算機系的信息化管理的水平、推進教育信息化的進程具有十分重要的意義。計算機系實驗室建設與管理工作是高等院校工作的重要組成部分，是學校教學、科研和社會服務工作的基礎。計算機系計算機實驗室建設與管理工作既要建立符合計算機教育發(fā)展規(guī)律需要的管理體制和運行機制，又要適應社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律的要求，主動為學校教學、科研工作服務，更好地為地方和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展服務。計算機系實驗室是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和實踐能力、實施素質(zhì)教育的重要場所，在實施素質(zhì)教育的現(xiàn)代教育中，實踐教學作為高等教育的重要組成部分，在鞏固學生理論知識、培養(yǎng)學生綜合能力和創(chuàng)新意識等方面發(fā)揮著重要作用。搞好實驗教學，建立高水平的實驗室及實現(xiàn)實驗室的現(xiàn)代化管理是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的需要。由于計算機網(wǎng)絡非常普及，使用Internet來進行實驗室管理成為了必然，特別是實驗室開放選課給傳統(tǒng)的實驗室管理提出新的挑戰(zhàn)，這就要求增加學校實驗室自動進行智能排課。實驗室管理能實現(xiàn)實驗教學全過程的計算機管理，減輕實驗室管理人員的工作負擔，提供工作效率和服務水平。加強實驗室主管部門對實驗的開設、實驗管理的控制。實驗室綜合管理系統(tǒng)還能為實驗室評估提供原始資料和基本數(shù)據(jù)，成為實驗室評估的重要依據(jù)。實驗室綜合管理系統(tǒng)統(tǒng)一使用還能促進學校間的實驗資源共享，同時也能實現(xiàn)向計算中心上報。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)，LaboratoryInformationManagementSystem。LIMS是英文單詞LaboratoryInformationManagementSystem的縮寫。它是由計算機硬件和應用軟件組成，能夠完成實驗室數(shù)據(jù)和信息的收集、分析、報告和管理。LIMS基于計算機局域網(wǎng)，專門針對一個實驗室的整體環(huán)境而設計，是一個包括了信號采集設備、數(shù)據(jù)通訊軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件在內(nèi)的高效集成系統(tǒng)。以實驗室為中心，將實驗室的業(yè)務流程、環(huán)境、人員、儀器設備、標物標液、化學試劑、標準方法、圖書資料、文件記錄、科研管理、項目管理、客戶管理等等因素有機結(jié)合。它以實驗室為中心，將實驗室的業(yè)務流程、環(huán)境、人員、儀器設備、標物標液、化學試劑、標準方法、圖書資料、文件記錄、科研管理、項目管理、客戶管理等等影響分析數(shù)據(jù)的因素有機結(jié)合起來，采用先進的計算機網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和標準化的實驗室管理思想，組成一個全面、規(guī)范的管理體系，為實現(xiàn)分析數(shù)據(jù)網(wǎng)上調(diào)度、分析數(shù)據(jù)自動采集、快速分布、信息共享、分析報告無紙化、質(zhì)量保證體系順利實施、成本嚴格控制、人員量化考核、實驗室管理水平整體提高等各方面提供技術(shù)支持，是連接實驗室、生產(chǎn)車間、質(zhì)管部門及客戶的信息平臺，同時引入先進的數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)，如方差分析、相關(guān)和回歸分析、顯著性檢驗、累積和控制圖、抽樣檢驗等，協(xié)助職能部門發(fā)現(xiàn)和控制影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。根據(jù)其功能，LIMS一般可以分為兩大類：第一類：純粹數(shù)據(jù)管理型。這類的LIMS軟件主要功能一般包括：數(shù)據(jù)采集、傳輸、存貯、處理、數(shù)理統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)合格與否的自動判定、輸出與發(fā)布、報表管理、網(wǎng)絡管理等模塊。這些功能滿足了實驗室檢驗工作的基本需要，功能比較單一，因而計算機網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)一般比較簡單，但比較容易實現(xiàn)，投資比較少，設計好后，一般可以在較長的時間里不需要對網(wǎng)絡軟硬件進行改變。實驗室可以不配備或是配備比較少的計算機網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫維護人員。在計算機應用廣泛普及的今天，許多單位自己就可以設計這種軟件。第二類：實驗室全面管理型。除了第一類的功能外，這類LIMS軟件與網(wǎng)絡一般還可以增加：樣品管理、資源（材料、設備、備品備件、固定資產(chǎn)管理等）管理、事務（如工作量統(tǒng)計與工資獎金管理、文件資料和檔案管理）管理等模塊，組成一套完整的實驗室綜合管理體系和檢驗工作質(zhì)量監(jiān)控體系，除了能夠?qū)崿F(xiàn)對檢驗數(shù)據(jù)嚴格管理和控制外，還能夠滿足實驗室的日常管理要求，功能比較全面，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)相應要復雜一些，實現(xiàn)起來要困難一些，投資比較大，而且，往往需要專業(yè)單位與實驗室合作開發(fā)設計。另外，由于實驗室的機構(gòu)設置、職責、管理思路和其他特點可能會隨著時間的改變而發(fā)生變化，可能需要經(jīng)常對網(wǎng)絡軟硬件進行改變。因此，實驗室一般需要配備專業(yè)的維護與再開發(fā)技術(shù)力量。如果所用軟件與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是其他單位幫助設計，則可能需要支出較多的資金。目前，國際上和國內(nèi)都有此類商業(yè)軟件銷售。相對而言，國內(nèi)軟件開發(fā)商在軟件的設計上與國外技術(shù)相比還有些差距。LIMS技術(shù)的發(fā)展:LIMS發(fā)展至今，大體經(jīng)歷了以下幾個階段：第一階段：80年代LIMS逐漸在實驗室得到推廣應用。大多數(shù)早期的系統(tǒng)是建立在小型機和分級、獨立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它的缺點是價格昂貴、使用困難、界面不友好，同時也不便與LIMS系統(tǒng)外部進行數(shù)據(jù)交換。80年代中期有人開始引入基于PC(PersonalComputer)的LIMS。第二階段：90年代隨著計算機技術(shù)水平的迅速發(fā)展，個人計算機(PC)的處理能力得到了極大地提高。同時MicrosoftWindows系列操作系統(tǒng)也得到了迅速的普及。C/S構(gòu)架的管理模式成為主流，普遍采用SQL網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，大大提高了數(shù)據(jù)處理能力。在90年代后期，采用Internet、Intranet和Web技術(shù)的LIMS開始出現(xiàn)。統(tǒng)一的瀏覽器界面和以Web服務器為中心的管理體系代表了最新的計算機網(wǎng)絡技術(shù)在LIMS系統(tǒng)中的應用。第三階段：2000年在國內(nèi)，以SISCLIMS為代表的強調(diào)以管理為中心的新一代實驗室信息管理系統(tǒng)開始出現(xiàn)。在這之前，LIMS主要強調(diào)對數(shù)據(jù)的管理（存儲、查詢等等），主要精力集中于數(shù)據(jù)管理的計算機實現(xiàn)上。SiscLIMS沖出了這一建設的限制，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的基礎上更加強調(diào)對實驗室整體管理的實現(xiàn)，使得LIMS不再僅僅具有數(shù)據(jù)管理功能，還可以全方位地對整個實驗室的運行實施管理。LIMS技術(shù)的使用可以帶來許多顯而易見的效益，比如：自動進行數(shù)據(jù)審核和超標數(shù)據(jù)監(jiān)測、提高分析數(shù)據(jù)的準確性；工作效率大為提高；降低實驗室成本消耗：通過對大量樣品數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計分析，可以清楚地觀察到數(shù)據(jù)的變化趨勢、有效監(jiān)測產(chǎn)品質(zhì)量，為解決出現(xiàn)不合格生產(chǎn)產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝變化提供科學依據(jù)。借助計算機技術(shù)，在實驗室內(nèi)部實現(xiàn)網(wǎng)絡化全面管理，實現(xiàn)管理和檢驗工作的有效監(jiān)督管理，提高整體工作水平。國內(nèi)對于實驗室管理信息系統(tǒng)的研究才起步不久，基本上采用學習、緊跟國外先進管理技術(shù)的方法。在LIMS的實施上，我國和國外走的是兩條迥然不同的路：國外首先是因為實驗室采用了復雜先進的儀器設備，為了更好地處理由儀器設備收集得到的大量數(shù)據(jù)，找出在數(shù)據(jù)中隱含的結(jié)論，研發(fā)了LIMS，而我國實驗室軟、硬件條件都普遍嚴重落后于國外，加上在實驗室建設方面的投入難以與國外的水平看齊，這些都束縛了LIMS理論的發(fā)展和管理系統(tǒng)的規(guī)模應用。經(jīng)過努力，目前我國已經(jīng)出現(xiàn)了幾個比較成形的LIMS商業(yè)軟件，如北京英普思軟件有限責任公司開發(fā)的工InproLIMS，北京中科科儀計算技術(shù)有限責任公司開發(fā)的SIScLIMS，北京匯博精瑞科技有限責任公司開發(fā)的LabBuilderLIMS等。這些LIMS軟件無一例外地都是面向企業(yè)應用的，適用于分析型實驗室，軟件的主要功能模塊基本上都是服務于圖所示的操作流程。但是，商業(yè)LIMS．所具各的一些功能模塊并不適應高校實驗室的教學需求。以商用LIMS中較常見的獲取樣品數(shù)據(jù)以及對結(jié)果的分析功能為例，因為高校實驗室主要是幫助學生將從書本上學到的原理知識應用到實驗中去分析問題、解決問題，或者完成某些設計工作，為鍛煉學生的獨立分析能力，數(shù)據(jù)自動獲取與分析功能都顯得多余甚至是必須去除的。所以，我國在高校實驗室管理系統(tǒng)方面的研究工作主要是由系統(tǒng)使用者（實驗室管理者）自行設計開發(fā)的。針對高等院校實驗室的管理需求，北京大學、長春光學精密機械學院、貴州工業(yè)大學、北京化工大學、中南大學、清華大學和浙江大學等聯(lián)合開發(fā)網(wǎng)絡化分布式國家重點實驗室管理信息系統(tǒng)，北京航空航天大學等單位進行了一些研究開發(fā)工作，在理論和實踐上推動了高校實驗室管理信息系統(tǒng)的發(fā)展。網(wǎng)絡化分布式國家重點實驗室管理信息系統(tǒng)是由國家教育部和中國教育科研網(wǎng)實驗工程中心共同立項開發(fā)，運行在CERNET環(huán)境中的分布式信息管理系統(tǒng)，它采用C/S結(jié)構(gòu)，面向教育部領(lǐng)導，使有關(guān)領(lǐng)導能夠掌握分布在全國各高校的重點實驗室的情況。該系統(tǒng)管理著實驗室的九類信息：實驗室基本情況（實驗室代碼、中英文名稱、所在地、通訊地址、學術(shù)方向等）、人員、固定人員、設備、項目、實驗室發(fā)表的專著與論文、成果、學術(shù)交流、經(jīng)費管理等。該系統(tǒng)已在部分重點實驗室得到了使用，但是因為它從立項開始就是定位給教育部領(lǐng)導和部門專家服務，所以在實驗室業(yè)務管理方面做得不夠，尤其是設備資產(chǎn)的管理和實驗項目的安排等內(nèi)容都沒有有效地實現(xiàn)，而這些沒有實現(xiàn)的功能正是高校實驗室工作的重點內(nèi)容。北京大學的高校校園網(wǎng)絡環(huán)境下的儀器設備與實驗室管理系統(tǒng)是在教育部高教司的指導下開發(fā)的，旨在輔助北大資產(chǎn)管理部對全校儀器設備和實驗室的管理工作。系統(tǒng)以滿足校系使用人員的需求為設計目標，實現(xiàn)了在校園網(wǎng)絡環(huán)境下對各種大型儀器設備、一般儀器設備、低值儀器設備、儀器變動、儀器使用情況、實驗室、實驗項目、實驗技術(shù)隊伍等信息進行管理。但是系統(tǒng)沒有考慮儀器設備與實驗項目之間的聯(lián)系，不能滿足實驗室在開課能力和資源評估方面的需求。清華大學開發(fā)的“基于校園網(wǎng)的實驗室管理信息系統(tǒng)”可實現(xiàn)對實驗室基本信息的管理，其功能模塊有實驗室管理、貴重儀器設備共享信息、開放儀器設備信息、資產(chǎn)管理、信息報道、科室管理、人員管理、規(guī)章制度、各類設備管理文檔下載、儀器設備網(wǎng)上交流論壇等。實驗室管理模塊的主要內(nèi)容是提供實驗室一覽信息以及各實驗室主頁信息；貴重儀器設備共享信息模塊將單價10萬元以上的、可開放供用的儀器設備信息按系劃分放在網(wǎng)上；開放儀器設備信息模塊將對校內(nèi)開放的453臺儀器設備資源信息放在校園網(wǎng)上，方便使用單位了解儀器設備信息：資產(chǎn)管理模塊完成儀器設備資產(chǎn)數(shù)據(jù)的登記與查詢、修改功能；其它一些模塊主要是提供一些文檔的下載、傳送服務。系統(tǒng)加強了校內(nèi)設備管理與交流、方便了與校外單位的交流。但是，該系統(tǒng)所管理的信息都是靜態(tài)或者經(jīng)過很長時間才需要維護的數(shù)據(jù)，沒有涵括實驗室中不斷變換的設備狀態(tài)、維修歷史、實驗課程安排等數(shù)據(jù)內(nèi)容，所以仍難以實現(xiàn)由手工轉(zhuǎn)向計算機輔助管理的系統(tǒng)目標。北京化工大學開發(fā)的“儀器設備管理FORWindows”軟件實現(xiàn)了設備基本信息管理由手工轉(zhuǎn)為計算機輔助的過程，包括建立儀器設備卡、設立儀器設備分類賬、分戶帳、明細賬、進行分戶查詢、統(tǒng)計儀器設備增減變動情況、統(tǒng)計大型精密儀器設備年使用情況表、建立實驗室基本情況卡、實驗項目卡和實驗人員卡等模塊。該軟件系統(tǒng)強調(diào)了實驗室管理中的設備管理部分，重點管理了儀器設備的技術(shù)數(shù)據(jù)和資產(chǎn)數(shù)據(jù)，軟件還實現(xiàn)了一部分人員管理功能。系統(tǒng)的設備管理部分從儀器設備卡輸入的數(shù)據(jù)開始，通過對設備的分類、分戶建立對儀器設備的分類賬、分戶帳、明細賬，基于設備基本數(shù)據(jù)信息可以提供查詢功能。該系統(tǒng)在使用時仍然需要打印出大量的問卷式表格（如儀器設備卡、實驗室基本情況卡、實驗項目卡、實驗室人員基本情況卡等），而且其數(shù)據(jù)更新僅僅發(fā)生在學年開始以及學年結(jié)束的時刻，數(shù)據(jù)的實時性比較差（但因為系統(tǒng)管理的都基本上是靜態(tài)信息，所以影響不大）。總的來說，該系統(tǒng)的功能極為有限，難以滿足高校實驗室管理復雜的需求。北京航空航天大學