高校实验室智能综合管理系统方案书.docx
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高校实验室智能综合管理系统方案书
高校实验室智能综合管理系统
解
决
方
案
2013年12月
第一章.方案概述
1.1.建设背景
随着高校年年扩大招生，学生人数随之不断的增加，高校管理变革的逐步推进，校内教学水平随之不断提升，学校新增了大量的课程及实验项目，为学生提供了更加多的个性化，人性化服务，学生可以根据自己的兴趣爱好进行实验项目的选择，学生和教师之间需要能够随时随地的及时沟通，这些新的变化对代课教师及教务处管理人员的工作提出了巨大的挑战。
随着学校对实验室硬件资源的不断的投入建设，实验室用房，实验室仪器设备资源不断的新增，教学中场地，仪器设备的合理利用，仪器设备的保管对实验室管理人员，提出了巨大的挑战。
随着高校的科研和建设项目数量不断的增加，这些项目，也需要在不影响教学工作的前提下合理的利用现有的设备仪器资源。
以上这些问题都使得高校实验室管理和教学工作变得更加繁重和复杂，所以高校实验室管理和教学工作迫切的需要用计算机来进行辅助管理，利用高校网络，建立以专业的实验室管理软件为核心的开放平台，实现实验室管理的规范化、流程化、信息化，提高实验室的使用效率、教学质量、管理水平和服务水平，以完善实验室教学体系。
1.2.建设目标
实验室综合管理系统要紧密结合学校实验教学管理的实际业务，全面贯通高校实验室内部脉络，实现对学校实验室的统一管理，以一套完善的支持群体协作、流程控制、数据统计与分析、信息发布及控制的应用软件，为学校实验一体化管理建立起一种开放式的、网络化的、协同式的、高效率的办公新环境。
1、可基于网络进行教学管理数据的分散式收集与协同管理，使教师脱离繁琐的重复手工劳动，减轻管理部门的工作压力，将更多的精力投入到教学和科研工作中去。
2、提高学生自主学习能力，培养学生创造性思维，为师生提供互动平台。
3、提高实验室工作的计划性和准确性，实现流程化操作，提高工作效率。
4、实现实验室的全方位管理，解决教学计划制订、实验课程编排、数据报表等传统管理中较棘手的问题。
5、提供面向全校师生开放式服务，结合门禁、电子公告栏等提供实验室自助实验的预约服务。
提高实验教学资源的利用率
6、可利用系统中的各类数据，灵活自定义各种统计分析条件，根据学校需求生成各类报表、统计表或形式丰富的分析图形，为实验室日常管理和领导决策提供全面、准确的依据。
第二章.系统建设原则
2.1符合国家、行业、教委、学校有关规范
系统建设符合我国相关部门制订的标准，在学校标准方案，在统一身份认证中，对安全策略、密码与安全设备选用、网络互联、安全管理等符合我国信息安全法律法规。
2.2易操作性原则
目前，技术的发展已经使得软件系统能够为用户提供非常复杂的功能。
但是，这些复杂的功能是否能够以最接近业务、最简单、最符合常人直觉和用户使用习惯的方式呈现给最终用户，就成为系统投资最大限度地转化为生产力和效益的关键。
因此，我们在制定本方案时将不但着眼于向用户提供更强大、更灵活的功能，更着眼于要让这些功能以一种更自然、更灵活的方式出现在用户面前，使所有可能使用目标系统的员工能够很快的滑过学习曲线的低谷，直达高效工作的巅峰。
易操作性主要表现在以下几个方面：
易管理、易使用、方便开发、易学习。
2.3实用、高效、可扩展原则
系统应该可以易于扩展，通过规则引擎能够在一定程度上适应业务规则的简单改变，利用权限管理能够适应组织机构职能的调整，这样简单的业务流程改变以及业务处理方式变化可以简单配置就能适应系统变化。
系统基础数据管理模块采用属性配置程序生成组建，简单数据库表的CURD操作功能程序可以快速生成，通过插件管理模块整合到应用系统中，能方便的对系统功能进行扩展。
利用数据交换组件能够方便的集成新增的业务系统数据，这要求系统设计上要采用合适的架构，多层结构的层次相对独立，又可以灵活扩展。
系统应该能有硬件无关性，以便系统硬件上也能够方便的扩展。
本项目中所采用的产品，要便于操作、实用高效。
同时，随着IT技术和学校业务的不断发展，管理应用系统将会发生各种变化，系统设计必须能适应这种变化，在系统实施过程中，系统的结构、配置也会发生这样或那样的变化，该平台要有一定的灵活性来适应这种变化。
2.4高可靠性、高性能、高可用性
随着信息系统的建立和使用，人们对计算机的依赖性加强，计算机遭受危害后带来的损失就越大。
作为学校主要的服务支持系统，必须保证能够连续正常运转，不因偶然的或恶意的原因而遭到破坏，应具有较高的容错和故障恢复能力。
系统对可靠性要求很高，保证系统一天24小时连续运行，而且数据应保持高可用性，99.9%的时间都能方便地进行存取。
服务信息的管理，需要对大数据量进行检索和查询，因此，检索性能和响应时间是本系统非常重要的指标要求，在技术上，目标系统将结合软件优化、检索优化、硬件优化几个方面，来使系统性能做到最优。
2.5标准化与一致性原则
系统建设是一个庞大的系统工程，其体系的设计必须遵循一系列的标准，确保各个分系统的一致性，整个系统能安全地互联互通、信息共享。
标准化不仅体现在技术接口、技术路线、技术标准、数据标准等方面，还体现在系统的业务方面，符合国家和学校的管理规范、电子信息管理规范、各种命名和处理过程规范等。
2.6需求、风险、成本折衷原则
任何系统都不可能一直满足业务发展的需要，实验室智能综合管理系统的建设项目也如此。
鉴于这种情况，在设计系统时，要在需求、风险和成本之间进行平衡和折中。
同时，要尽量保护已有投资。
在具体落实上，系统开发会采取快速原型开发方式，开发出利用平台的基本功能，并快速上线应用，逐步在实施过程中不断添加新要求、新功能并完善现有功能。
在取舍上，尽量利用现有的信息系统，保护现有投资，并通过利用系统，对现有系统进行应用提升，使新开发的系统实现“倍增器”效果，从而实现低风险、地成本、高收益。
2.7实现多级授权、多级管理
在权限管理上，提供多级授权；在信息维护和使用上，也按其角色进行授权。
2.8整体设计原则
本次项目只是学校数字化校园建设的一个部分，在设计系统时，根据学校关于信息化校园建设的要求，为以后的建设保留接口，方便扩展，要能保证我校后期建设的方便。
2.9开放性、安全性、保密性原则
系统的开放性体现在与外部系统进行无缝的，可控的系统接口和数据共享。
安全性原则体现在系统的稳定性，数据信息的不可窃取性。
通过加密、设置安全保障级别、权限、数据容灾、防入侵等方式实现系统的安全性。
保密性是坚持学校、部门、用户信息的公开、保密原则，确保信息不外泄。
2.10以客户为中心
软件是软件技术人员“写”出来的，但却往往是给不懂软件技术的其他专业人员使用的。
因此，我们的第一条设计原则就是以客户为中心。
您会看到，本方案中除了极个别的用语由于没有更好的选择或者不得已，使用了比较技术性的语言外，其它地方都做到了尽可能使用业务语言：
就是使用在业务（您日常工作中所能看到的，所能感受到的）领域内存在的明确的、无歧义的语言。
而且，我们力争对所涉及的功能，根据其特点，分别就其所涉及的过程、背景（为什么使用这个功能、何时使用这个功能、什么条件下才可以使用这个功能）以及与其它功能的联系和必要的注意事项做出较为详尽的说明。
这样做的出发点就是因为我们认为应该尊重客户与我们的差别，要通过各种努力而不是漠然来缩小这种差别，以避免各说各话，直到系统交付才发现双方的差别所在。
以客户为中心就是要尽可能早的发现而不是通过漠视来隐藏开发人员与用户业务人员之间的差别，并通过有效的行动来及时澄清和缩小这种差别，使得在近似的成本下，系统能够为用户提供更好的服务。
第三章.系统建设方案
3.1功能概述
3.1.1角色部署
●系统管理员：
系统维护，系统参数设置，系统备份；
●教务管理员：
教学基础信息维护，排课管理，成绩管理,
●实验室管理员：
实验室基础信息，实验室人员，实验室用房管理，门禁管理，设备管理信息维护；
●教师：
实验室建设项目申报，实验课程大纲管理，课表管理，学生签到管理，成绩录入；
●实验室安全员：
门禁管理，设备管理，工作日志，设备费用管理；
●实验室科研人员：
仪器预约，设备费用查询
●学生：
课表信息查询，实验选课，成绩查询，仪器预约
3.1.2系统架构
系统设计分三层结构（如下图），基础层整合外部应用程序，中间层提供系统模块结构和数据字典管理，应用层为各类应用程序，经过统一身份认证接口可以登陆到各模块执行。
3.2系统功能方案
整个系统包括以下10个功能模块：
3.2.1实验室项目管理
实验室建设项目管理包括项目申报、项目审批、项目实施、项目验收、项目绩效考评等。
3.2.1.1项目申报
实验中心管理员能够对实验室建设项目进行添加、删除、修改、查询的操作。
在填写项目的时候能够上传项目的建议书，论证书，合同等相关的附件。
可以在系统中录入论证书的设备清单，和合同的设备清单，合同书的设备清单可以从论证书中的设备清单中添加，也可以直接添加设备。
3.2.1.2项目审批
可以设置审批流程，由项目负责人—>实验秘书—>院长—>主管部门等进行审批。
3.2.1.3项目实施
设备科管理员可以在项目执行的过程中填写资金执行情况报表，管理科的管理员能够查询到该报表，用以监督项目的执行。
在项目执行完毕后，管理科管理员能够提交该资金执行情况报表给领导审批。
项目名称
自动生成
实验中心
自动生成
项目负责人
自动生成
经费来源
自动生成
卡号
自动生成
设备名称*
型号规格
数量*
单价*
总价
自动计算
计划凭证号*
入账凭证号*
时间
自动生成
备注
保存提交审核
3.2.1.4项目验收
实验中心管理员点击建立的实验项目，能够上传建设项目的验收报告，并提交验收的申请。
实验室管理科管理员在收到申请后可以在系统里指定评审的专家对项目进行验收审核，专家可以在系统中填写验收的意见，实验中心管理员在专家评审过后，通过则可以将该项目的状态置位“已验收”。
3.2.2实验室开放管理
基础实验室是高等学校人才培养体系的重要组成部分，在引导学生理论联系实际，培养学生的创新精神和实践能力方面有着不可替代的作用。
基础实验教学已不仅仅是验证知识和探索新技术的一种方法还是培养学生多种能力和创新意识的主要手段在满足计划内教学的基础上，同时实现基础实验室的开放，将有力地推进基础实验教学内容、教学体系、教学方法和教学手段的改革。
基础实验室开放是指仪器设备与时间、空间概念上的开放，以学生为主体，以实验室资源为核心，让学生发挥其创新意识，打破了传统教学模式，为学生提供更多的实验时间和实验条件，对提高实验教学质量，培养学生的实践能力具有深远的意义；同时开放基础实验室还能切实提高设备的利用率，实现资源共享。
3.2.2.1实验开放规则设置
由实验室管理员配置可开放的实验设备名称，可开放的时段，实验室同一时间能容纳的人数等规则。
学生预约时可查询到开放的实验设备的开发时间清单及当前已预约人数、可预约人数。
开放条件：
各实验室最多可容纳的人数、实验室达到开放的最低人数。
开放时间段：
按校内节次（如：
第一节－第三节）、绝对时间（如：
上
午/下午或8：
00－12：
00）设置开放，并可设置实验室关闭时间。
开放对象：
根据不同时间可设置不同的开放对象和优先等级（本院学生、
外院学生、教师、校外用户等）。
开放内容：
根据实验室仪器设备资源类型设置能承担的实验项目。
3.2.2.2刷卡派位
身份认证：
不同用户类别通过刷卡认证身份（校园卡、临时卡）。
派位终端：
通过派位终端在用户刷卡后分配实验工位（自由分配、指定
实验室、指定工位）。
3.2.2.3预约开放实验室
实现仪器设备资源上的开放，主要针对仪器设备资源有一定价值，需要审核批准，对学生实验过程需要监管类型的基础实验室。
3.2.2.4网上预约
各类用户通过登录基础实验室开放系统提交预约信息，审核通过后在指定时间手持校园卡至开放实验室刷卡实验。
用户登录：
注册用户身份认证、非注册用户提交注册申请、快速注册。
开放资源查询：
根据条件搜索已开放的实验室资源，查看剩余资源状态。
预约申请：
实验预习、提交预约、查看预约审批状态。
3.2.2.5预约审核
系统自动审批：
根据仪器设备资源系统自动审批预约，先到先得。
管理员审批：
管理员根据仪器设备资源状态手动审批。
3.2.2.6过程管理
各类用户持卡刷卡认证身份后才可进入实验室，实验结束后再次刷卡退出，刷卡机自动记录进出信息，不刷卡不准进入实验室；未刷卡退出无法再次预约实验。
3.2.2.7预习管理
对需要预习的开放性实验可设置预习状态，预习通过者才可正常预约实验室资源。
预习内容：
预习文档下载、实验课件下载、实验视频浏览等。
预习检查：
预习题测试、预习报告提交、自动评分。
3.2.2.8查询与统计
查询：
实验室信息查询、开放状态查询、仪器设备查询、预约记录查询、刷卡记录查询、账户状态查询、收费记录查询。
统计：
实验室的使用情况统计、实验室利用率统计、仪器设备利用率统计、仪器设备开放率统计、仪器设备完好率统计、教师工作量统计、实验预约情况统计、收费统计、分析图表。
3.2.2.9收费管理
功能：
1、资金账户管理：
提供基于个人账户和项目账户的资金费用管理；
1）个人账户：
根据用户学工号信息建立为个人资金账户，用户可直接使用账户资金，存退款、查询账户金额、消费明细查询。
2）项目账户：
根据项目建立资金账户，账户基本信息中包括项目信息，资金来源，账户成员等信息。
3）项目账户成员管理：
项目账户成员包括账户管理员和普通成员，账户管理员具有账户成员管理，资金账户管理权，资金使用审核权，项目资金查询权，消费限额设置等管理权限；
普通成员根据权限设置，可使用限制金额内的资金用于仪器设备使用，低值易耗品购买等。
2、收费标准管理。
可设置实验开放收费标准、易耗品收费标准等各种类型的收费项目的收费标准。
1）按标准收费：
系统可设置按仪器设备使用时间，使用次数等标准计量单位收费
2）按条件组合收费：
按照实验的相关条件的不同设置不同的收费标准。
如：
可根据不同的仪器设备、实验环境及条件（不同的温度、湿度等）、用户类别（校内、校外用户）、使用方式等分别设置不同的收费标准；实验条件的添加与修改管理；
3、收费模式管理：
系统可设置收费项目使用的不同收费模式。
如：
仪器设备使用收费模式，可设置按预约使用时间收费和按实际使用时间收费。
4、收费内容管理：
设置实验室管理中收费的项目。
如：
仪器设备开放使用收费标准，仪器设备借用收费标准，易耗品收费标准，测样检测费用标准等各种类型的收费项目的收费标准。
5、存退款管理：
系统支持对账户的多种方式的存退款操作（现金存退款管理：
对账户现金充值和扣费操作；转账操作：
根据校内支票信息对账户充值操作呢；科研资金预交：
科研项目资金预交与使用结算；）。
6、报销管理：
系统支持对账户的报销管理操作；
7、查询统计管理：
系统支持对账户的报销管理操作；
存退款查询：
系统可根据时间、账户、类型等条件查询存退款明细；
账户余额查询：
系统可根据时间、账号、项目等条件查询账户余额；
收费标准查询：
系统可查询收费标准明细资料；
收费项目统计：
系统可根据不同的收费项目分类统计收费金额；
资金使用查询：
系统可查询不同收费项目的使用明细与汇总统计；
3.2.2.10智能数据采集管理系统
系统概述：
通过实验室开放综合管理系统与万欣智能数据采集终端硬件系统的联动，可实现对仪器设备及实验室开放中的全过程管理与控制，实现学生预约身份认证、考勤登记、预习报警、实时计费及授权开门等功能，与分布式远程电源集中控制终端联动，学生刷卡进入时自动分配座位并给相应设备供电；并可记录学生的进出记录，自动的提交到管理服务器，生成学生、仪器设备使用记录等原始的统计资料与依据。
系统组成：
实验室智能数据采集管理系统由服务管理软件及智能数据采集终端组成。
系统特色：
实时认证：
网络身份认证需采用实时认证模式，能自动识别预约用户身份且该用户只能在预约的时间段内出入实验场馆，区别于传统的黑白名单模式；
多认证模式：
提供三种身份认证模式：
网络通畅时实时认证、断网情况下脱机认证、超级用户认证，安全可靠；
扇区级读卡操作：
提供通过系统服务器远程命令数据采集终端对IC卡扇区读卡操作，且支持对IC卡任意扇区的授权写入操作的功能（方便与一卡通系统对接）；
独立架构：
智能数据采集终端要求具有独立的CPU、存储、显示及跨路由通讯功能，无需每台刷卡设备再配备一台计算机来对其控制；
脱机管理：
系统定时自动下载预约列表到数据采集终端，为防止网络故障或瘫痪时脱机刷卡认证，保障实验室正常教学与开放，杜绝教学事故的发生；
门状态管理：
支持远程开关门，并监控开关门状态；
预习报警：
自动判断预习状态并对未通过预习审核用户实时报警提示，加强教学质量监控。
多系统联动：
可与电源控制子系统联动，实现刷卡进入实验室的同时为被预约位置的仪器设备供电，实验结束退出时刷卡关电；
系统功能：
1、终端管理
终端参数设置：
1）可添加、修改、删除终端
2）终端网络参数设置：
IP地址，网关，通讯端口，设备MAC地址等；
3）设置终端所属实验室，
4）设置终端的开门密码，可为实验室管理员设置实验室刷卡终端的开门密码，实现在刷卡终端上不用刷卡，直接输入开门密码授权开门；
5）设置刷卡方式：
支持只进不出、只出不进，进出型，可控制学生进出实验室的记录与控制方式；
6）可远程设置当前开门的状态：
常开门，常关门，刷卡开门；
2、实验室出入管理
1）可远程控制开门，关门；
2）可远程查看当前门的状态；
3）可设置门禁管理卡，即一卡可设置打开多个门禁；
4）可以根据教师分配可控制管理的实验室，也可按实验室分配可管理的老师，两种方式同时使用满足实验室的管理需求
5）人员进出权限管理：
根据持卡人的通行权限和进入门的时间段，只有在有权限进入的区域、且在有效时间段内才能读卡进入。
如实验室管理员、上级领导视察、实验室施工等；
3、出入记录生成
1）可详细记录每个刷卡进入人员的帐号，时间等信息，并自动提交到管理服务器中，生成使用数据；
2）当断网时，终端自动记录刷卡进出记录在设备内部存储中，当重新联网后，系统自动查询并提取脱机数据到服务器中；
3）在系统中可按时间或实验室统计刷卡进出的人次，人数信息；
4、预约控制
1）预约授权：
可与实验开放系统完全整合，根据预约记录、培训状态、账户余额、信誉积分等多因素实时分析并控制授权学生在指定时间段内刷卡开门进入实验室做实验；
2）用户信息显示：
当用户刷卡进入实验室时，可在终端上显示学生的姓名，学号，余额，状态等信息；
3）排位显示：
当预约用户刷卡时，可在终端上显示学生预约的设备或由系统自动分配的实验工位信息，引导学生去指定的设备实验；
4）上课考勤：
可与实验教学系统完全整合，根据排课记录记录学生在上课时间段内的进出记录，并自动生成学生的考勤记录，供教师查询统计；
5）消费显示：
当用户刷卡进入实验室时，可在终端上显示学生的本次实验时间，消费金额等信息；
6）预习报警：
系统提供学生在线强制预习功能，所有预习内容都有详细记录，最终系统会自动打分，如果不及格，学生刷卡进入时刷卡器会长鸣报警，教师就可以在线查看该学生的预习情况，并给予相应的批评教育或针对性辅助；
7）刷卡计费：
大型设备或实验室开放且需要收费时，只要在WEB管理系统中设置费率，学生刷卡进入开始记时，刷卡退出时结算费用；实现全程无人值守化管理；
8）信息发布功能：
可发布通知等信息，门禁机即可及时显示信息。
9）实时监控：
通过控制学生刷卡，管理员可以查看各个实验室当前正在使用的人员及使用情况；
3.2.2.11远程电源控制管理系统
系统概述：
分布式电源集中控制器系统是实现对有源仪器设备的电源开启和闭合的一个管理系统。
在电源控制器的前端通过以太网TCP/IP通讯远程控制技术实现对有源实验仪器设备的授权使用，即：
用户在通过门禁控制系统身份认证后，方可对指定的某台仪器设备使用。
与网络视频监控系统结合实现实验室开放的无人值守，强化过程监控管理。
主要适用于大型仪器设备和各类有源实验设备的开放管理。
系统组成
网络电源管理系统由服务管理软件及电源控制器、电源连接件组成。
系统特色：
独立架构：
分布式远程电源集中控制器具有独立的CPU、存储、及跨路由通讯功能，无需每台电源控制器再配备一台计算机来对其控制；
脱机控制：
在分布式远程电源集中控制器中实现脱机后的定时与脱机计划开关控制仪器设备电源，用户预约使用时间段信息自动下载至电源控制器中（每路支持256个时间段）；
负载检测：
可实时获取设备电源开关状态及负载状态，可计算设备的实际开机使用时间；
手动切换：
提供手动切换电源开关模式；
系统联动：
与智能数据采集子系统联动，通过预约刷卡自动开关电源；
自由配置：
分布式远程电源集中控制器可4口、8口多种型号自由配置。
适用于220V，≤10A的设备；
系统功能：
1、终端管理
1）可添加、修改、删除远程电源控制终端
2）远程电源控制终端网络参数设置：
IP地址，网关，通讯端口，设备MAC地址等；
3）设置终端所属实验室；
4）设置电源管理终端的各个电源控制端口对应的实验工位编号，通
过工位与仪器设备对应，实现对仪器设备控制开关；
5）远程查看电源控制终端的网络连接状态；
6）可远程设置电源的端口的通断电状态；
7）可查看每个远程电源控制终端的端口的负载状态；
2、实验室工位管理
1）可添加删除实验室内的工位；
2）以列表方式显示实验室内的工位，以及对应的仪器设备；
3）支持一个工位对应多个仪器设备；
3、设备运行记录查询
1）可详细记录每个仪器设备开机时间、运行时间等信息；
2）可按仪器设备或实验室统计使用时间、使用人数等信息；
4、预约设备控制
1）预约授权：
可与实验开放系统完全整合，根据预约记录指定时间段
内，根据学生的刷卡信息，控制预约的仪器设备的的电源开启；
2）设备工作状态显示：
管理员可远程查看实验室内仪器设备的实时运行状态；
3）离开设备检测：
当预约用户刷卡离开时，系统可自动检测用户使用
的仪器的工作状态，如果发现设备运行中，则可在智能数据采集终端上显示用户预约的设备未正常关机信息，提示用户正常关闭设备电源后刷卡离开，防止出现突然关闭电源造成设备异常的现象；
3.2.2.12视频监控管理系统
系统概述：
网络视频监控是要实现在网络系统上的音视频信号的传输和共享。
随着监控系统信息化、网络化的发展，数字监控成了协助管理、安全防范的热门话题。
信息化的目的在于对数字信号的充分利用，也就是合理的利用网络资源，实现各部门、各智能机构的信息共享。
目前网络视频监控已被广泛应用到远程教学，电子监考，视频会议等领域中，总之，只要能够登陆Internet的地方，就可以对监控目标进行浏览，真正实现了视频监控与局域网或广域网的结合
结合实验室开放综合管理平台，通过视频监控设备，实现开放性实验室的无人值守管理，实现实验室开放后对学生实验行为的全过程管理，有效保证教学秩序和环境安全。
系统组成
网络视频监控子系统由服务管理软件、多媒体视频服务器及视频探头、硬盘录象机组成。
系统特色：
监控记录：
可根据预约或学生使用记录自动将监控视频保存到系统视频服务
器中，可供日后查询实验室使用记录；
系统联动：
与智能数据采集系统联动，实现刷卡进门视频记录功能，当学生
刷卡进入实验室后，视频摄像机自动拍摄记录学生视频；
预置点自定义：
管理员可以事先聚焦某些关键位置，无需每次都重新定位；
实验巡
升级会员 