◆物联网技术在实验室仪器设备管理中的运用

引言

在实验室管理中，物联网技术的使用给教师、学生和管理人员的工作、学习带来极大的方便，利用校内一卡通或手机客户端就可以轻松了解实验仪器设备的使用情况，以便及时安排时间进行实验。

一、物联网概述

物联网是信息时代的产物，基于互联网的发展，采用红外感应器、RFID技术、数码扫描器等技术设备，实现人与物、物与物、人与人的互联[1]。物联网系统体系结构同其他网络类似，有三层结构：感知层、网络层和应用层。在感知层利用红外感应器、RFID、数码扫描器等设备采集物的信息，并传递到网络层。网络层是物联网的网络平台，是连接感知层和应用层的中间层，在网络层把感知层获取的信息通过无线网络和移动通信网等传递给不同用户。应用层能够获取感知层的信息，对信息进行存储、云计算机和挖掘运算处理，然后为用户提供特定需求的信息，最终达到物物相联，实现对物的实时管理和监控。

物联网的发展被称为是第三次产业革命[2]，它在智慧校园、智慧农业、远程医院、工业实时监控和军事等行业得到广泛应用。高校利用物联网技术，借助校园网和无线网络，对教学、学生和设施等进行管理，打造真正的智慧校园环境。

二、实验室仪器设备管理现状

1.实验室设备管理责任不明确

在高校实验仪器设备管理非常重要，直接影响实验教学的质量和水平。传统的管理方式，大多采用帐、卡、物统一原则，帐和卡是固定资产管理系统管理，物则由实验室管理人员和实验教师管理，每年进行一次固定资产清查，清查过程采用人工核对，把设备卡(一张设备信息表)、设备标签(粘贴在设备上)和设备进行信息核对，每次清查历时一个多月，投入大量的人力、物力，其效率很低。设备在使用过程中，由于学生人数太多、流动性大，仪器设备的标签有时会丢失，或者设备被搬离原位，在清查过程中常常会遇到设备标签缺失、设备找不到或位置不符等问题。时间久了，由于人员变动和设备的位置变化，设备的使用人和位置变更没能及时调整帐、卡信息，产生帐、卡、物不符。由于以上原因影响设备的管理，造成责任不明确和信息不准确等问题。

2.仪器设备效益考核不准确

在高校对实验室考核有一项重要的指标是设备利用率考核，这些信息是新设备申购和设备配置更新的重要依据。传统的管理方式根据上课学时和实验开放的学时进行统计，计算量大又不准确;每天有上千人次上课、开放实验、教学科研和校外社会服务，只通过查看使用记录和开放记录统计使用率显然已经滞后。

3.仪器设备信息不能全时监控、查询，设备利用率低

实验教学质量和水平的提高不仅要求学生上好每一堂实验课，而且要充分利用实验设备，在非教学时间安排实验操作，提高学生实践能力和创新能力。为参与创新实验和科研项目研究的师生开放实验室，创造良好的实验环境。但是师生不能及时检索实验室仪器设备的使用信息，常常出现 “人满为患”或“门庭罗雀”的现象，实验室开放难管理，并造成浪费资源，利用率较低。

三、物联网技术的实验室仪器设备管理模式

传统的设备管理方法已经不能满足现在的实验教学和开放的需求，因此利用物联网技术管理仪器设备，成为解决设备购置与教学需求的有效途径。利用物联网的三层结构，仪器设备加载电子标签，在感知层用射频识别(RFID)技术采集信息，通过网络层中的校园网、无线网络和识别器，将电子标签内设备信息传输到网络中心服务器上，借助应用层的应用软件，如：实验室数据库管理系统和固定资产管理系统，用户和管理人员对数据进行操作和管理，实现物联网技术在实验仪器设备管理中的应用。

1.仪器设备帐、卡、物管理

仪器设备管理一般分为新购设备、在用设备和报废设备管理。对新购设备要贴电子标签，电子标签信息包括：资产分类号、资产编号、品牌、型号、厂家、放置位置、使用人等，标签信息根据使用过程发生的变化能及时更新，利用RFID、扫描器等设备读取标签内容，并通过无线网络、校园网、移动通讯网络传输方式传至网络中心，实验室管理系统和固定资产管理系统的管理员按特定需要整理信息，从而完成新设备的信息采集[3]。

对于在用设备，由于使用过程中位置或使用人的变更，要通过扫描电子标签，对电子标签变更数据并保存，上传到实验室管理系统，修改设备帐、卡信息并保存，确保信息的准确性。

报废或丢失的设备，清除RFID标签信息，并在管理系统标识为报废、销账状态，上报固定资产管理处，将其报废处理。物联网技术的使用，缩短了新进设备入固定资产帐的时间，使其及时运行使用;对原有设备帐、卡的信息管理准确、责任人明确;减轻了管理人员的工作量，提高仪器设备管理效率。

2.仪器设备的使用管理

仪器设备信息录入实验室管理系统中，在系统平台公布实验室非教学时间和非教学用设备信息，利用校园网、无线网络和实验室管理网络平台和学生电脑、手机等设备进行查询，根据需要预约进行实验，实现实验室开放和资源共享。

实验室开放主要是教学以外的学生进行大赛项目练习、学生考试培训、创新实验和学生自主学习等。资源共享是系外的教学单位、校外企事业单位的培训、考试以及校外考试、科研和校企共建、校企合作项目使用。通过物联网技术能准确地把设备在用情况发布到网上，有利于学生和其他人员利用校园网和手机上网查询设备在用情况，及时安排时间和预约使用。

利用射频识别(RFID)技术，可以识别合法的门禁卡，安全方便使用者出入。门禁和设备的电源管理分别有专门的服务器，都安装了射频识别(RFID)技术读卡器，有被识别卡的信息，自动传输信息到服务器，信息对比正确，就会自动开门，并且电源管理服务器自动启动PLC控制计算机电源开关[4]，通电即可使用，并开始记录时间和使用情况。如果卡信息对比不正确是无法进入实验也不能启动PLC控制，保证实验室安全[5]。实验室最好选用双路UPS供电，双路UPS使用两路不同的市电，防止了UPS故障或者市电故障带来的影响，切换时间为零，保障实验正常进行。

物联网技术的使用方便了使用者，同时也减轻了实验室管理人员的工作量，管理人员通过摄像头掌控实验室情况，利用网络信息查询仪器设备的使用记录和使用学时，对设备的使用数据进行统计分析，及时快速准确地核算实验室和仪器设备的使用率。

3.仪器设备维修维护

实验室管理人员定期对仪器设备维修和维护，在维护过程有软件升级、安全检测、硬件除尘、检查，如果有零配件更换要更改RFID标签信息，利用射频识别器扫描或手工存入数据库中。在使用过程中，设备出现故障，使用人员报修或者系统自动检测到故障设备，管理人员会在远程管理系统查看设备提示信息，及时维修、完成后清除故障记录。

在设备管理中记录设备故障的维修信息，这些信息非常有用，可以用来核算维修成本，统计设备返修率、故障率，将成为设备申购和现有设备维护维修成本预算的重要依据。利用物联网技术有利于设备及时维修，提高工作效率，保障设备正常运行，保证完成实验任务。

四、总结

本文主要研究物联网在实验仪器管理中的应用，利用物联网技术使仪器设备入帐、使用查询、实验预约、设备清查等操作实现自动化，提高了工作效率[6];同时给实验室信息化管理提供了准确的原始记录数据，是实验室管理决策的重要依据;设备管理中物联网技术的使用，减少学校资源浪费，赢得经济效益。