基于物聯網的高校實驗室管理研究

應海盛

摘要：該文分析物聯網的無線射頻技術的特點，結合當前高校實驗室管理現狀，針對實驗室設備、人員、環(huán)境等管理所存在的問題，將物聯網的無線射頻技術應用到實驗室管理中，討論實驗室儀器設備管理、人員管理、環(huán)境管理的新方法，從而實現高校實驗室的智能化管理。

關鍵詞：物聯網；RFID技術；實驗室管理；設備管理

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）21-0047-03

Research on University Laboratory Management Based on Internet of things

YING Hai-sheng

（Zhejiang Ocean University， Zhoushan 316000， China）

Abstract： This paper analyzes the characteristics of wireless radio frequency technology， combined with the current situation of university laboratory management， for laboratory equipment， personnel， environment and other issues， the wireless radio frequency technology is applied to laboratory management， discussing the new method of laboratory equipment management， personnel management， environmental management， so as to realize the intelligent management of University laboratory.

Key words： Internet of things； RFID technology； laboratory management； equipment management

在“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的時代背景下，實踐創(chuàng)新能力越來越受到重視。高校實驗室是學生實踐能力培養(yǎng)的教學重地，也是教師科學研究的重要場所，其建設和管理工作是高校建設的一項重要工作。繼計算機、互聯網之后的物聯網技術實現了人與物、物與物之間的對話，給高校的教育信息化帶來了變革。將物聯網技術應用于實驗室管理中，提高實驗室管理水平，加快實現實驗室管理的信息化和智能化。

1 高校實驗室管理現狀

1.1 實驗室管理機制不健全

許多高校實驗室管理工作實行實驗實踐管理處和二級學院二級管理的體制。實驗室日常管理工作缺乏正確認識，認為實驗室門能開、設備能用別丟就行。對實驗室環(huán)境的建設和實驗室管理人員的業(yè)務培養(yǎng)都不夠重視，不利于實驗室的建設管理。

實驗室建設主要依托學科專業(yè)，各實驗室之間一般各自為政。隨著跨學科交叉的發(fā)展，資源共享機制的缺乏，出現了各實驗室重復購置大量的儀器設備、設備使用效率過低等現象。高校服務地方的不到位，與企業(yè)的溝通共享比較缺乏，在假期期間實驗室設備基本處于空置狀態(tài)，因此資源共享機制的完善能大大提高設備綜合利用率。

1.2 實驗室管理系統(tǒng)不完善

科技的發(fā)展對人才素質要求不斷提高，高校不但理工科課程開設實驗課程，且文科類課程也開設實踐課程。使得高校實驗室數量增多，實驗設備投入增加，特別是大型精密實驗儀器設備投入增多。隨著設備共享、交叉學科的發(fā)展，實驗設備經常因教學科研需要而出借，增加了設備的流動性，增加管理的難度。

傳統(tǒng)的設備管理系統(tǒng)雖然能實現建檔、查詢等功能，但對定位、維護、調劑、租借等工作缺少實時性，難以及時掌握設備的流向，為了適應新形勢下實驗室管理需求，功能完備的實驗室管理系統(tǒng)應包括資產管理、安全管理、教學管理、維護管理和租借管理等各個方面。

1.3 安全意識淡薄

隨著“平安校園”的建設，高校對實驗室安全管理工作逐年加強。教師學生進入實驗室前，必須參加并通過本專業(yè)的實驗室安全培訓和考核，否則拒絕進入實驗室。但從具體情況來看，學生對于這類培訓表面應付多于深刻認識，教師安全意識也不是很強烈，如吸煙、亂拉移動插座，使用大功率電器等現象心存僥幸，存在很大的安全隱患。因此，要讓教師和學生從根本上認識到實驗室安全的重要性和責任心。

2 物聯網技術概念與特點

物聯網是指通過各種信息傳感設備，如傳感器、射頻識別（ RFID） 技術、全球定位系統(tǒng)、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術，實時采集相互連接的物體或過程，獲取需要的信息，按約定的協議與互聯網結合，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。從技術架構上來看，物聯網由感知層、網絡層和應用層組成。感知層由感知信息的各種傳感器以及傳感器網關構成，負責采集信息。網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統(tǒng)和云計算平臺等網絡先進技術組成，負責傳輸信息。應用層是物聯網和用戶的接口，利用分布式協同處理、云計算、群集智能等信息處理技術，結合行業(yè)需求，建立信息處理和發(fā)送機制，實現物聯網的智能應用。

物聯網的三層技術架構打破了物理設施和數據管理之間相互獨立的傳統(tǒng)思維，為實驗室管理提供了新思路。無線射頻識別（RFID）作為物聯網獲取信息的傳感設備，采用非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象，獲取相關數據信息，并將信息發(fā)送到后臺進行處理。RFID射頻識別主要由電子標簽和讀寫器所組成，其中，電子標簽是RFID技術的信息載體，其編碼具有唯一性。讀寫器用于電子標簽內相關數據信息的讀寫。當攜帶有電子標簽的物體進入到讀寫器信號覆蓋范圍時，電子標簽接收到讀寫器發(fā)出的射頻信號，借助感應電流將存儲在標簽芯片的數據發(fā)送出去，讀寫器讀取到信息后，進行解碼操作，再將信息發(fā)送到后臺進行識別處理。整個識別過程不需要人工參與，操作快捷方便，是技術應用的首選。

3 物聯網技術在實驗室管理中的應用

3.1 設備智能管理

目前實驗室設備管理采用條形碼作為固定資產標簽，貼在設備的醒目位置，這種標簽容易污損或脫落。儀器設備的采購合同、保修協議、使用說明書、安裝驅動程序等信息容易隨著時間的推移、管理人員和設備場地的更換而流失。實驗設備的外出維修或出借移動時，只能進行借條等登記，這些都給設備的定位登記維護帶來管理上的困難。

在設備管理中引入物聯網技術，利用RFID進行智能識別，實現對設備的識別、定位與跟蹤，提高智能化程度。

1）設備的登記入帳。在每臺設備上安置RFID電子標簽，記載設備的固定資產編號、名稱、型號、購置日期、保修截止日期、采購合同、使用說明書、使用部門等，通過讀卡器識別傳輸到后臺管理系統(tǒng)，實現設備的登記入帳，防止標簽丟失污損，便于數據查詢、更新和統(tǒng)一管理。

2）實驗設備的維護。RFID電子標簽隨時記錄設備的維修記錄信息。實驗設備出現故障，更換部分硬件時，用讀寫器獲取實驗設備的相關信息，并修改該實驗設備電子標簽的所更換硬件的配置信息，記載故障現象原因和解決方案，并將這些信息自動傳輸到后臺控制系統(tǒng)進行數據更新。同時，后臺控制系統(tǒng)根據設備特點、使用頻率等信息預測出設備可能出現故障的時間點，定時地提醒實驗管理人員對實驗設備進行檢測，并將檢測后相關信息存儲到RFID電子標簽中，返回到后臺控制系統(tǒng)，以便更準確的預測故障時間點，從而有效地提高了設備的檢測維護工作的效率。

3）實驗設備的跟蹤定位。實驗室儀器設備經常外出維修，外借和私自挪用，沒有明確的歸位時間。另高校教師進修訪問、崗位調動、實驗室擴建搬遷、機構合并拆分等，容易造成設備檔案遺失，不利于設備有效管理。利用物聯網技術，動態(tài)的掌握儀器設備的流向，實現對儀器設備智能識別跟蹤。對出借和外出維修設備，設置歸位期限，并在期限期滿前，短信提醒相關責任人，以便及時了解設備的狀態(tài)，及時歸位。

在實驗室的出入場所安置RFID固定讀寫器門禁系統(tǒng)，根據身份認證設置儀器設備的移動權限，當攜帶電子標簽的實驗設備進入門禁系統(tǒng)范圍時，讀寫器自動感應電子標簽的相關信息，提交并核對相關身份認證，記錄設備進出時間和位置，并發(fā)送到后臺控制系統(tǒng)，自動生成設備的出入庫清單，防止意外和私自挪用，確保實驗室設備安全。

4）設備使用過程跟蹤。為了提高實驗室建設的有效性，需對開設的實驗項目、實驗類別、實驗人數等進行統(tǒng)計分析，特別是大型精密儀器設備的使用記錄更要詳細登記臺帳，這些一般都由紙質臺帳簿實現。而傳感器能自動跟蹤使用記錄，自動完成登記并進行數據統(tǒng)計。

設備出現故障的現象和時間都難以預知，管理員難以第一時間掌握故障的信息。利用物聯網的傳感器，根據每臺設備芯片的記錄信息實時了解每臺設備的使用情況，使設備的故障原因有據可查。還可以實時對設備的運行狀況進行監(jiān)測，一旦關鍵參數發(fā)生異常，將其狀況進行判斷，并發(fā)出預警信息，實時跟蹤設備的運行狀態(tài)。

3.2 實驗人員的智能管理

物聯網技術實現了實驗室的全自動化管理，無人職守，為實驗室場所的安全有序以及實驗設備的責任到人提供了技術保障。教師和學生在某時段使用實驗室時，應提前在預約系統(tǒng)上預約實驗時間，獲得實驗室使用權限，后臺控制系統(tǒng)產生相應的表單。當攜帶有RFID電子標簽信息的教師和學生進入實驗室門禁系統(tǒng)的范圍時，讀寫器自動地識別每個人的基本信息，并自動發(fā)送到后臺管理系統(tǒng)進行登記和比對，若比對通過則打開通道安排相應的位置，否則屬于非授權進入，系統(tǒng)自動發(fā)出報警提示，告知實驗管理人員。該系統(tǒng)實現高度自動化，同時具有進出雙向識別功能，對進出實驗室人員進行準確、快速、自動的查驗，實現實時動態(tài)監(jiān)控。

3.3 實驗室環(huán)境智能監(jiān)控

實驗室使用人員多，儀器設備數量多，不缺乏大型精密儀器，使用時間長，會產生大量的電磁干擾及高溫等現象，減少設備使用壽命；因此實驗室環(huán)境監(jiān)控是實驗室安全工作的重要環(huán)節(jié)。目前大部分實驗室內放置溫度、濕度等各種檢測儀，實驗管理員定時檢查檢測儀的指數，若超過規(guī)定范圍時，及時進行相應的處理。但這種模式存在一定的滯后性。

利用物聯網的傳感技術，在實驗室安裝煙霧監(jiān)測儀、溫濕度傳感器等相關傳感器，對實驗室的環(huán)境進行實時監(jiān)控，控制合理的溫度和濕度，監(jiān)測煙霧情況，并將數據信息實時地發(fā)送到后臺控制系統(tǒng)，一旦數據異常，自動地控制實驗室的制冷空調、加濕器、自動拉響警報，關閉門禁系統(tǒng)便于疏散、切斷非消防電源，保證實驗室安全。

4 結束語

物聯網的智能感知能力、快速信息傳輸能力、強大的數據處理能力將實驗室管理水平得到質的飛躍。但在具體的實施部署過程中存在著很多待解決的問題，如實驗室傳感器的布置、自動預警系統(tǒng)、儀器設備電子標簽安置、資金的投入、實驗室管理人員業(yè)務素質的提高、教師學生的安全意識的培養(yǎng)和提高等。

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