基于物聯(lián)網(wǎng)的高校院級大型儀器設(shè)備開放共享實踐

摘"要：以華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院為例，闡述院級大型儀器設(shè)備開放共享在相關(guān)制度、技術(shù)隊伍、信息化平臺平穩(wěn)運行的前期基礎(chǔ)上，運用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)進(jìn)行制度創(chuàng)新、機(jī)制創(chuàng)新、平臺優(yōu)化，打造更加便捷高效且符合學(xué)院特色的開放共享機(jī)制，以提高儀器設(shè)備利用率，滿足高?！半p一流”學(xué)科建設(shè)、高層次應(yīng)用型與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求，為企業(yè)科技創(chuàng)新和技術(shù)轉(zhuǎn)型升級提供更好的支撐和保障。深化高校院級儀器設(shè)備開放共享的舉措有：1）開發(fā)符合學(xué)院特點的儀器設(shè)備開放共享信息化服務(wù)平臺，客戶端增加手機(jī)預(yù)約和審批功能；2）構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的7×24小時無人值守的儀器設(shè)備開放共享服務(wù)機(jī)制，方便師生隨時實驗；3）建立院級大實驗中心，整合公共資源，更好地服務(wù)教學(xué)、科研和提供社會服務(wù)；4）院校部多級開放共享平臺數(shù)據(jù)對接，入駐省級共享平臺，拓寬開放渠道。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；儀器設(shè)備開放共享；大型儀器設(shè)備0"引言創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，科技引領(lǐng)未來。為加快建設(shè)科技強(qiáng)國、實現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，一方面國家持續(xù)加大科技投入，據(jù)全國教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報年度數(shù)據(jù)顯示，2019年，全國普通高校生均教學(xué)科研儀器設(shè)備值為16264元[1]，2020年，全國普通高校生均教學(xué)科研儀器設(shè)備值為16522元[2]，2021年，全國普通、職業(yè)高等學(xué)校生均教學(xué)科研實習(xí)儀器設(shè)備值為17091.23元[3]；另一方面，科技部、財政部、教育部等部門相繼發(fā)布系列相關(guān)文件，引導(dǎo)和激勵國家重大科研設(shè)施與大型儀器設(shè)備開放共享，提高科技資源的利用效率和效益，為科技創(chuàng)新提供有力支撐。自《國家重大科研基礎(chǔ)設(shè)施和大型科研儀器開放共享管理辦法》發(fā)布以來，各大高校借鑒國內(nèi)、國外先進(jìn)的經(jīng)驗，積極籌劃儀器設(shè)備開放共享，探索適合學(xué)校的儀器設(shè)備開放共享管理模式，初步實現(xiàn)了大型儀器設(shè)備開放共享[4]?！半p一流”建設(shè)背景下，落實“以學(xué)生為中心”的教育理念，進(jìn)一步深化高校儀器設(shè)備開放共享建設(shè)，更大程度地發(fā)揮儀器設(shè)備在實驗教學(xué)、科學(xué)研究、人才培養(yǎng)、社會服務(wù)、成果轉(zhuǎn)化等方面的支撐作用，助力一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，具有重要的研究意義。本文以華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院為例，進(jìn)行基于物聯(lián)網(wǎng)的高校院級大型儀器設(shè)備開放共享實踐研究，有效提高了儀器設(shè)備利用率，滿足了高?！半p一流”學(xué)科建設(shè)、高層次應(yīng)用型與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求，為企業(yè)科技創(chuàng)新和技術(shù)轉(zhuǎn)型升級提供了有力支撐。1"開發(fā)符合學(xué)院特點的儀器設(shè)備開放共享""信息化服務(wù)平臺，客戶端增加手機(jī)預(yù)約""和審批功能華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院（以下簡稱機(jī)械學(xué)院）儀器設(shè)備開放共享主要面臨三大問題。1）50%以上的共享儀器設(shè)備由學(xué)生助理承擔(dān)設(shè)備日常維護(hù)和測試服務(wù)工作，學(xué)生助理在高校儀器設(shè)備開放共享運行中發(fā)揮著重要的作用，是對實驗機(jī)組人員的有力補(bǔ)充，但學(xué)生助理在校級共享平臺中沒有完整的機(jī)組負(fù)責(zé)人的執(zhí)行權(quán)限，無法響應(yīng)預(yù)約完成審批。2）設(shè)備眾多，但專職實驗教師數(shù)量有限，一位教師要管理十幾臺乃至幾十臺設(shè)備，有的教師甚至還承擔(dān)教學(xué)實驗任務(wù)，及時通過電腦響應(yīng)預(yù)約很難實現(xiàn)。3）很多實驗區(qū)域涉密，因而屏蔽了校園局域網(wǎng)，專職實驗教師不能及時到有網(wǎng)絡(luò)的PC機(jī)上審批預(yù)約信息。中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）發(fā)布的第52次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告》顯示：截至2023年6月，我國網(wǎng)民規(guī)模為10.79億，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)76.4%，我國網(wǎng)民使用手機(jī)上網(wǎng)的比例達(dá)99.8%；使用臺式電腦、筆記本電腦、電視和平板電腦上網(wǎng)的比例分別為34.4%、32.4%、26.8%和28.6%[5]。學(xué)院綜合評估自身特點和現(xiàn)狀后決定升級儀器設(shè)備開放共享服務(wù)系統(tǒng)，增加手機(jī)端微信預(yù)約、審批和消息傳遞功能，開發(fā)符合學(xué)院特點的大型儀器設(shè)備開放共享信息化服務(wù)平臺（簡稱院級大儀預(yù)約平臺），如圖1所示。服務(wù)端為共享設(shè)備層，包括服務(wù)端管理軟件、設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫、安全系統(tǒng)等；客戶端為終端用戶層，含移動終端用戶和PC終端用戶；服務(wù)端與客戶端通過校園局域網(wǎng)和公網(wǎng)連接。1.1"對接校園信息化平臺，綁定統(tǒng)一身份認(rèn)證華中科技大學(xué)校園信息化建設(shè)卓有成效，已實現(xiàn)全校一張網(wǎng)、基礎(chǔ)一平臺、數(shù)據(jù)一個庫、上網(wǎng)一個號等“十個一”工程。院級大儀預(yù)約平臺App構(gòu)建于校園信息化平臺之上，綁定統(tǒng)一身份認(rèn)證，與校園人事系統(tǒng)、學(xué)生庫系統(tǒng)等對接，可實名預(yù)約和審批，信息可經(jīng)“華中大微校園”及時推送。1.2"支持PC端網(wǎng)上預(yù)約和移動端手機(jī)微信預(yù)約兩種預(yù)約方式1.2.1"移動端預(yù)約在手機(jī)端打開微信，打開“華中科技大學(xué)”（首次打開需要進(jìn)行統(tǒng)一身份認(rèn)證并綁定手機(jī)號），點擊“學(xué)院應(yīng)用”“機(jī)械學(xué)院共享資源預(yù)約”“大儀預(yù)約”，進(jìn)入院級大儀預(yù)約平臺界面，選擇儀器設(shè)備、預(yù)約時間、導(dǎo)師等信息，提交后完成預(yù)約申請。師生通過統(tǒng)一身份認(rèn)證后登錄預(yù)約，既方便快捷，又提高了安全性。1.2.2"PC端預(yù)約進(jìn)入機(jī)械學(xué)院實驗室開放及實驗教學(xué)綜合管理系統(tǒng)（http：//）進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)約，登錄后選擇儀器設(shè)備、實驗方式、實驗時間等信息，提交后完成預(yù)約申請。1.3"微校園審批便捷高效預(yù)約信息自動通過短信或“華中大微校園”的“消息中心”發(fā)送給共享儀器設(shè)備的實驗負(fù)責(zé)人，實驗負(fù)責(zé)人點擊審批通知消息界面，瀏覽預(yù)約實驗詳情后，點擊“同意”或“拒絕”按鈕完成審批。實驗負(fù)責(zé)人可以隨時隨地在手機(jī)端完成審批，便捷高效。1.4"審批結(jié)果通知更及時院級大儀預(yù)約平臺通過短信或在“華中大微校園”的“消息中心”將審批結(jié)果發(fā)送給實驗人員，并在預(yù)約實驗時間開始前24小時提醒實驗人員。1.5"全流程管理預(yù)約、審批、預(yù)約單下載、記錄查詢和導(dǎo)出可以對接校級儀器設(shè)備開放服務(wù)系統(tǒng)，乃至對接國家網(wǎng)絡(luò)平臺，構(gòu)建較為科學(xué)、完整的二級學(xué)院開放共享服務(wù)信息化管理體系，也即將虛擬對接財務(wù)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中實現(xiàn)測試費核算、雙方核對、自動扣除。1.6"支持學(xué)生助理成為實驗技術(shù)負(fù)責(zé)人[6]基于移動端的院級大儀預(yù)約平臺是對基于PC端的儀器設(shè)備開放共享信息化平臺的創(chuàng)新式升級，一經(jīng)推出就得到師生的高度評價，具有極高的易用性，可以增強(qiáng)實驗人員的體驗感，支持學(xué)生助理成為實驗技術(shù)負(fù)責(zé)人，大大提升了大型儀器設(shè)備開放共享服務(wù)的水平和質(zhì)量。同時，院級大儀預(yù)約平臺仍然具備傳統(tǒng)的基于PC端的大型儀器設(shè)備預(yù)約平臺功能，支持從PC端登錄系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)約、審批、后臺共享儀器設(shè)備增減、開放參數(shù)設(shè)置、使用數(shù)據(jù)檢索和導(dǎo)出等。2"構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的7×24小時無人值守""的儀器設(shè)備開放共享服務(wù)機(jī)制，方便師""生隨時實驗基于物聯(lián)網(wǎng)的院級大型儀器設(shè)備預(yù)約流程如圖2所示。實驗人員在院級大儀預(yù)約平臺預(yù)約，通過審批后，在預(yù)約時間內(nèi)可以刷校園卡進(jìn)/出實驗室，刷校園卡打開儀器，自主完成實驗，再刷校園卡關(guān)閉儀器，離開實驗室。學(xué)院首批選擇了掃描電子顯微鏡、拉曼顯微鏡、蒸鍍、磁控濺射鍍膜機(jī)等操作簡單且使用率高的儀器設(shè)備，部署了安全可控、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的開放共享實驗基礎(chǔ)環(huán)境，為具有操作資質(zhì)的實驗人員提供7×24小時全天候開放共享實驗環(huán)境?；谖锫?lián)網(wǎng)的7×24小時無人值守的儀器設(shè)備開放共享服務(wù)機(jī)制可以最大限度地滿足師生個性化的實驗需求，滿足高?！耙詫W(xué)生為中心”的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要。科研時間緊迫的師生可以在周末或下班后的非工作時間段自主開展實驗；學(xué)有余力的學(xué)生可以在課余時間開展創(chuàng)新型實驗；基礎(chǔ)較差的學(xué)生可以反復(fù)預(yù)約，多次實驗，鞏固實驗技能技巧。管理人員能夠可視化地遠(yuǎn)程管理實驗，能夠客觀、準(zhǔn)確地獲取儀器設(shè)備的使用數(shù)據(jù)，為客觀評估大型儀器設(shè)備的績效、運維提供真實可靠的數(shù)據(jù)支撐。基于物聯(lián)網(wǎng)的7×24小時無人值守的儀器設(shè)備開放共享服務(wù)機(jī)制具有鮮明的互聯(lián)網(wǎng)時代特色，是大型儀器設(shè)備開放共享的典范。2.1"實驗室門禁系統(tǒng)為了保障實驗室消防安全、人員安全、設(shè)備安全，為師生提供更安全的實驗環(huán)境，實驗中心對所有實驗區(qū)域統(tǒng)一部署新門禁系統(tǒng)。新門禁系統(tǒng)與校園一卡通綁定，師生通過安全準(zhǔn)入考試后，在獲批的預(yù)約實驗時間段內(nèi)可以刷校園卡通過實名鑒權(quán)后進(jìn)入實驗室。2.2"實驗設(shè)備刷卡控制系統(tǒng)實驗負(fù)責(zé)人不在場的情況下，如何準(zhǔn)確判斷進(jìn)行自主實驗的師生的實驗時間是個難題。為此，實驗中心給設(shè)備安裝控制器，通過校園卡控制其開、關(guān)，實時記錄設(shè)備開、關(guān)時間，從而準(zhǔn)確地記錄設(shè)備的使用機(jī)時，為系統(tǒng)自動核算測試費用和費用扣除等提供依據(jù)。2.3"實驗室監(jiān)控系統(tǒng)實驗中心根據(jù)實驗類別設(shè)有裝備制造實驗室、精密測量實驗室、微納加工及測量實驗室、柔性電子制造實驗室、數(shù)控技術(shù)實驗室、現(xiàn)代制造實驗室、新材料新器件化學(xué)實驗室等多個開放共享實體平臺，按照學(xué)校和學(xué)院要求，在實驗室的出入口、走廊、儀器設(shè)備周邊等安裝監(jiān)控攝像頭，實現(xiàn)24小時全時段無死角視頻監(jiān)控，實驗室各區(qū)域安全員可以在電腦或手機(jī)上隨時進(jìn)行線上巡檢。2.4"實驗室安全管理系統(tǒng)安全是實驗室工作的基石，沒有安全作保障，就無法確保儀器設(shè)備開放共享持續(xù)深入地進(jìn)行。實驗中心開發(fā)了實驗室安全管理系統(tǒng)，每日安全檢查現(xiàn)場拍照上傳，整改通知及時推送反饋。實驗室安全管理系統(tǒng)促進(jìn)了安全巡查日?；⒁?guī)范化，實現(xiàn)了安全檢查與問題整改的全閉環(huán)信息化管理，提升了實驗室安全管理水平。實驗中心專門為化學(xué)試劑管理開發(fā)了?；饭芾硐到y(tǒng)，確保?；噭┎少?、取用、存儲和跟蹤安全規(guī)范。2.5"定期培訓(xùn)，規(guī)范儀器設(shè)備操作基于物聯(lián)網(wǎng)的7×24小時無人值守的儀器設(shè)備開放共享的必要條件之一是實驗人員必須具備獨立操作儀器設(shè)備的能力。大型科研儀器設(shè)備的使用通常要求使用者具備一定的專業(yè)技術(shù)水平，盲目使用可能會發(fā)生誤操作，造成儀器損壞或人身傷害等。國外大型科研儀器設(shè)備管理單位會要求使用者在使用前接受專業(yè)培訓(xùn)。例如，接受過培訓(xùn)的實驗人員可以7×24小時訪問斯坦福大學(xué)的生物材料和先進(jìn)藥物輸送系統(tǒng)設(shè)施、功能基因組學(xué)設(shè)施、高通量生物科學(xué)中心等[7-8]。實驗中心每學(xué)期面向全校師生組織儀器設(shè)備操作培訓(xùn)，培訓(xùn)合格者才有資格預(yù)約自主上機(jī)實驗。3"建立院級大實驗中心，整合公共資源，更""好地服務(wù)教學(xué)、科研和提供社會服務(wù)學(xué)院整合教學(xué)實驗室和科研實驗室，創(chuàng)建大實驗中心，涵蓋國家級機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)實驗中心、虛擬仿真實驗教學(xué)中心、智能制造裝備與技術(shù)全國重點實驗室、制造裝備數(shù)字化國家工程研究中心等多個國家級教學(xué)平臺和科研平臺，實現(xiàn)資源統(tǒng)籌管理。目前，大實驗中心實驗場所面積達(dá)8000平方米、大型儀器設(shè)備200余臺（套），資產(chǎn)近兩億元。整合資源，推動科研成果向教學(xué)資源轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)科教融合，讓更多的科研優(yōu)質(zhì)資源對本科生開放，有利于本科生拓展專業(yè)視野，盡早接觸專業(yè)前沿動態(tài)，獲得更多創(chuàng)新實踐機(jī)會；教師得以從繁瑣的設(shè)備運維中解脫出來，專注科學(xué)研究和人才培養(yǎng)；實驗中心可以全面掌握全院儀器設(shè)備的運行狀態(tài)，更好地平衡資源，推進(jìn)儀器設(shè)備開放共享工作。例如，數(shù)控實驗室每年承擔(dān)本科教學(xué)實驗課后，有近半年的空閑時間，因此，數(shù)控實驗室的教學(xué)設(shè)備可優(yōu)先滿足教學(xué)，階段性完全服務(wù)教學(xué)，空余時間對外開放共享，提供社會服務(wù)。4"院校部多級開放共享平臺數(shù)據(jù)對接，入駐""省級共享平臺，拓寬開放渠道2023年，院級大儀預(yù)約平臺成功對接校級儀器設(shè)備共享服務(wù)平臺，同時對接國家網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)了院校部多級信息化窗口的開放共享。院校部三級共享平臺對接的意義重大，從管理上講，方便數(shù)據(jù)實時上傳，能客觀、準(zhǔn)確地反饋大型儀器設(shè)備的使用情況；從共享宣傳上看，有助于讓學(xué)院的儀器設(shè)備走向全校、全國，打破信息孤島。學(xué)院實驗中心首批入駐省級科技創(chuàng)新劵服務(wù)平臺，成為其優(yōu)質(zhì)服務(wù)機(jī)構(gòu)，為當(dāng)?shù)馗咝Ｔ核?、企業(yè)等社會用戶提供服務(wù)。5"結(jié)束語華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院根據(jù)自身特點，開發(fā)支持手機(jī)預(yù)約和審批的院級大儀預(yù)約平臺和安全管理系統(tǒng)等；構(gòu)建基于校園一卡通的實驗室門禁、監(jiān)控、儀器設(shè)備控制器等智慧物聯(lián)終端，構(gòu)建簡單便捷、高效智能、7×24小時無人值守的儀器設(shè)備開放共享服務(wù)機(jī)制，最大限度地釋放大型儀器設(shè)備的潛能；構(gòu)建大實驗中心，推動科研資源向教學(xué)資源的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)科教融合、產(chǎn)教貫通；院校部多級開放共享平