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学年论文 题 目 实验室仪器设备管理信息系统开发与设计 学生姓名 学 号 学 院专 业 指导教师 二一一年十一月四日实验室仪器设备管理信息系统开发与设计摘 要：近年来，随着计算机技术渗透到各个领域，利用计算机技术管理浩瀚的数据已成为数据管理的必然趋势。数据库技术也随着迅速发展和得到广泛使用。满足各个领域要求的各种专业性的数据库也就应运而生。实验室仪器设备管理就是其中一种，在国内外大型的实验室有很多设备，对这些仪器设备的管理就是非常繁重的事情，所以设计系统来管理这些仪器设备成为必然趋势。基于目前化工原理实验室仪器设备的管理，设计开发了一套实验室仪器设备管理系统，通过该管理系统，可能很方便地实现对数据库的浏览、修改、查询和报表输出。利用该管理系统能减轻管理人员的基础工作量，对提高工作效率和节约社会成本有很大的帮助。本设计结合高校的实验室仪器管理的情况，经过实际的需求分析，采用功能强大的PowerBuilder10.0做为开发工具而开发出来的单机版仪器管理系统。论文主要介绍了本课题的开发背景，所要完成的功能和开发的过程。着重的说明了系统设计的重点、设计思想、难点技术和解决方案。采用目前流行的PowerBuilder 10.0，SQL Server 2000数据库作为主要开发工具.关键字：实验室仪器设备管理，数据库技术，PowerBuilder 10.0，SQL Server 2000Abstract ：In recent years, along with the computer technology penetration into various areas, using computer technology management the vast data has become an inevitable trend of data management. Database technology is also with rapid development and widely used. To meet the requirements of the professional fields of the database also arises at the historic moment. Laboratory equipment management is one of them, in the domestic and international and large laboratory have a lot of equipment, apparatus and equipment to the management is very heavy things so the design system to manage these instruments become an inevitable trend. Based on the principle of chemical laboratory equipment management, design develop a set of laboratory equipment management system, through the management system, it can be realized on the database browsing, modify, inquiry and report output. Using the management system can reduce the workload management foundation, to improve work efficiency and save social cost has very great help.This design with college laboratory instrument management, through actual needs analysis, using powerful PowerBuilder10.0 as development tools and developed stand-alone version of instrument management system. Paper mainly introduced this topic development background, want to complete the functions and the process of development. The explanation of the system on the point of design, design idea, difficulties technology and solutions. The currently popular PowerBuilder 10.0, SQL Server 2000 database as the main development tool.Keywords: Laboratory equipment management, database technology, PowerBuilder 10.0, SQL Server 20001研究课题原因在过去的30年中，各行各业往往都有不少管理人员和行政首脑孤立地看待数据处理和计算机。造成这种看法的原因是，数据处理和信息服务人员不愿使用容易被用户理解的语言同用户进行交流。管理人员对这种交流缺乏兴趣和无能为力，导致延缓了计算机系统的开发，从而在许多其它方面助长了闭关自守和冗余劳动的现象。直到最近几年，人们才认识到：信息是一种资源，必须把这种有价值的资源加以利用，不使其白白浪费掉。在竞争激烈的环境里，管理人员和行政首脑必须有效地利用信息，不然就难以立足于不败之地。随着计算机技术的飞速发展，计算机在学校管理中应用的普及，利用计算机实现实验室信息化的管理也势在必行。由于实验室仪器设备管理涉及的管理范围较为广泛，管理内容繁杂，加上其他变动因素，导致日常工作需要耗费大量人力和物力，而采用现代化计算机信息管理手段无疑是一种行之有效的解决办法实现仪器设备的科学化，规范化管理，开发设备仪器管理系统是必要的，也有着深远的意义。传统的仪器设备管理采用手工操作，入库，出库，检索和统计，在各个环节都要大量消耗人力，物力，流程繁琐复杂，管理难度大。随之设备数量的增加，保管纪录日益增多，难以对设备进行准确的统计，分析。如何采用信息技术提高设备信息的反馈速度，已经成为提高设备管理效率的关键所在。采用计算机管理系统管理设备信息，可以充分利用现代化管理手段规范操作，科学有序高效的进行设备信息的管理，大大提高工作效率。2 国内外的现状2.1 国外现状国外LIMS现阶段的技术特点如下：基于浏览器/服务器的三层结构体系，硬件平台；PC机、小型机、按Internet/Intranet和Web原理构建局域网，操作系统有UNIX、Windons9.x/2000、Windows NT。数据库采用SQL、ODBC，并能动态访问。如StarLims、Labsystem、Beckman于1998、1999年成功地推出了三层结构的商品化LIMS，它凝结了信息技术的创新成果，代表了当前LIMS 发展方向。它的优点是客户机都使用了统一的浏览器(IE、Netscap)，业务逻辑共用性好，安全可靠、开放性好、信息共享性好。目前向着Internet/Intranet和Web技术发展，它已跳出了单独的实验室运行环境, 打破了地区和时空界限，实现远程样品登录、访问、远程信息交换，与企业信息系统 (ERP) 集成,形成了企业级的全方位管理。 从全球范围的使用情况来看，目前LIMS在欧美日本澳洲的发达国家实验室广泛应用，安装LIMS的国外实验室已经上万家，专门经营LIMS产品的国外专业公司也有几十家，业绩最突出的公司到现在为止已经有千余个应用案例。据保守估计，即使不将与LIMS软件密切相关的硬件产品、解决方案、咨询和服务费用（这些费用通常是软件本身费用的几倍到十几倍）计算在内，仅软件本身每年全球就有3亿美元左右的市场，并且这个数字基本以每年13%的速度递增1。2.1 国内现状由于种种原因，我国的信息资源建设水平远远落后于信息基础设施的建设的水平。长期以来，我国信息资源的开发管理未能与信息资源的增长同步进行。我国有丰富的原始信息资源，但在此基础上再生的二次信息系统和数据库产业的规模和市场占有率、使用率相当低，大量的有价值的信息未能进一步加工成商品使其增值。我国的计算机应用要比西方国家落后十几年，管理信息系统的开发应用是从1973年开始的，83年以后才开始了大量的实际的开发和研究工作。因此，信息资源的开发和利用已被确立为国民经济信息的核心内容，信息数字化，传输的网络化是缩小发展中国家与发达国家差距的捷径，值世界信息化浪潮正以不可阻挡之势席卷全球时，我国要迎头赶上，就必须利用现有的信息基础设施，重点开发和推广应用于各类科技经济等数据库和网络资源服务系统，以便取得巨大的社会效益和经济效益。由于设备管理在社会大生产中占用重要地位，其计算机化在发达国家已达到95%以上，而我国在全国范围内推广计算机在管理中的应用，是在80年代初开始的。起步虽晚，但发展快。特别是微型计算机的出现和普及，为信息处理提供了物美价廉的手段，对于推动我国管理信息处理现代化起到了重要作用。3 系统配置及开发工具系统平台：Windows XP前台工具： PowerBuilder后台工具： SQL 2000 3.1开发软件PowerBuilder简介PowerBuilder是由著名数据库应用开发工具生产厂商SYBASE公司推出的产品，于1991年6月正式投入市场。它最初是按照客户机/服务器体系结构设计，采用面向对象技术和图形化的应用开发环境，是数据库的前端开发工具。PowerBuilder具有以下六大特点：（1）PowerBuilder提供了对目前流行的大多数关系数据库管理系统地支持；（2）PowerBuilder采用事件驱动工作方式；（3）PowerBuilder是一种面向对象的开发工具；（4）PowerBuilder提供了良好的跨平台性；（5）PowerBuilder具有自己的编程语言PowerScript；（6）PowerBuilder最具特色的就是提出了数据窗口对象的概念。数据窗口对象也是PowerBuilder中的一种对象类型，与其它对象不同的是数据窗口对象是专门为了访问后台的数据库服务的，在数据窗口对象中我们定义了数据的来源和数据的显示风格，这样在应用程序中我们就可以把精力完全放在程序的运行流程控制上，而不用关心具体数据的来源，因为我们在数据窗口对象中已经定义好了数据的来源。如果需要使用数据库中不同的数据也只要对数据窗口对象进行修改就可以了。特别要指出的是PowerBuilder在数据窗口对象中提供了丰富的数据显示方式，可以满足各种不同的需要。3.2关系数据库标准语言SQLSQL是一种数据库查询和编程语言，英文的完整名称是Structured Query Language，意思是结构化查询语言，是由Boyce和Chamberlin在1974年提出来的。由于它功能强大，很快于1987年成为关系数据库语言的国际化标准。其简单易学，特点主要包括：（1）统一的操作规范；（2）操作方式集合化；（3）简单智能化；（4）功能强大、语句简捷。按功能，SQL语言可分为四大部分:（1）数据定义语言(Data Definition Language，简称 DDL)，用于定义、撤销和修改数据模式。（2）查询语言(Query Language,简称QL)用于查询数据。（3）数据操纵语言 (Data Manipulation Language,简称DML)，用于增、删、改数据。（4）数据控制语言(Data Control Language，简称DCL)，用于数据访问权限的控制。SQL的优点或特点可概括为:是非过程化语言，同时又是所有关系数据库的公共语言。4 系统管理流程及模块功能4.1 数据流图如下图数据流程分析是数据和数据流程分析工作的最后一步，该工作是对系统中的数据进行输入输出、存储、传递、转换等分析。数据流程分析的结果是给出数据流程图。数据流程图是描述系统逻辑模型的主要工具。针对现在高校实验室仪器设备管理的需求，可以得到如下数据流程图：查询添加 修改 删除报表输出用户通讯录借用信息仪器信息查询结果借用信息催还通知单借用人通讯信息借用信息记录仪器信息记录图1 实验室仪器设备信息系统数据流图用户提出查询及添加、修改和删除其中数据，以了解仪器信息情况记录、借用信息情况记录和借用人通讯信息情况，并形成报表输出，以便更系统方便地了解实验室仪器设备的借用信息，生成催还通知单。 4.2 系统框架结构系统的框架结构核心主要由3部分构成，数据层、管理层、应用层。（1）应用层：系统框架的最顶层。该层主要目的是使用户在Web环境下可以惊醒直接操作系统，共享使用整个系统数据层的全部数据资源。用户既可以使用客户机远程查询下载所需数据到本地机后，再通过专业系统进行显示和处理分析；也可以将各应用系统通过应用程序接口，与管理层进行继承，直接远程共享使用数据层的各种数据资源。（2）管理层：是系统框架中的主要层。通过系统对数据提供一站式查询检索服务，在确认用户对特定数据使用授权的条件下，支持对数据进行远程存取。该层的主要职责是消除数据模式之间的不一致，是用户能够灵活操作系统。（3）数据层：存放数据的组织形式和相关信息，其数据的组织形式可以是多样化的。它可以使用各种关系型数据库，也可以使用象文本数据类型等的非关系型数据库。所有不同类型、不同格式的数据包括行政办公文档、数字照片、多媒体文件、关系型数据库等，都可以按原来的格式存储于本地作为服务器的计算机上。在这一层中，应用程序主要执行对数据的访问操作，包括数据的连接、数据表的更新、维护等各项操作以及数据库相关的事物等控制。4.3系统模块功能整个系统功能按模块划分，共分为仪器信息管理、仪器分类管理、成绩管理、一般用户管理等模块，如图2所示。仪器管理员一般用户仪器分类统计仪器信息管理仪器基本信息管理仪器归还管理通讯录信息管理仪器借用管理仪器状况统计仪器借用统计仪器分类统计借用情况查询仪器基本信息查询实验室仪器设备管理信息系统图2系统功能模块(1) 仪器信息管理：仪器管理员根据实验室仪器设备的信息，由人机交互系统来完成仪器基本信息管理、仪器借用管理、通讯录信息管理、仪器归还管理的查询、修改、增加和删除。基本信息经检验收入仓库后，要将基本信息情况登记，对其进行查询及管理。(2) 仪器分类管理：实验室管理员对仪器状况、借用、分类的统计。(3) 一般用户管理：包括仪器基本信息查询和借用情况查询。一般用户可以根据此系统对仪器基本信息和借用情况进行查询。(4) 整个系统的功能模块集成在一个主菜单界面下，系统管理可以对不同用户设置不同的权限和“密码”，仪器管理员可添加、删除、修改实验室仪器设备的信息。当一般用户登录时，根据用户的权限，系统仅使该用户有权限查看的菜单可见，使用户操作界面更加直观和安全。5系统软件设计5.1数据库设计实验室仪器设备管理信息系统是一个数据库应用程序, 在数据库应用的开发过程中, 数据库的结构是一个非常重要的问题。数据库的设计包括表的结构和表之间的关系。一个好的数据库结构不仅能减少空间、减少冗余、提高数据共享性, 还能够较好地实现数据和程序的独立。本数据库采用SQL Server 2000来构造，主要产生了4个表，分别为仪器设备基本信息表，借用仪器信息表，借用人通讯录表，实验代码表。合理地设计数据表和定义表中的数据类型。利用SQL Server 2000集中建立在同一个库中。根据各模块的实际要求事先设计好各表的主键、外键、索引、约束、规则、触发器、存储过程等，便于各模块对共用的数据表的统一引用。为保障数据库的安全，利用SQL Server 2000 的系统授权机制，将用户分成不同级别，以进行表的不同操作，并结合系统管理模块中的用户权限进行管理。表格如下：表4-1 仪器设备基本信息表字段值数据类型是否可空仪器编号（关键字）VARCHAR(6)NOT NULL仪器名称VARCHAR(20)YES型号VARCHAR(16)YES价格FLOATYES所属实验VARCHAR(2)YES状况VARCHAR(4)NOT NULL启用日期DATEYES放置位置VARCHAR(4)YES分类码VARCHAR(2)YES备注VARCHAR(100)YES表4-2借用仪器信息表字段值数据类型是否可空仪器编号（关键字）VARCHAR(6)NOT NULL登记编号VARCHAR(6)NOT NULL借用人VARCHAR(8)YES经手人VARCHAR(8)YES仪器名称VARCHAR(20)YES借用日期DATENOT NULL归还日期DATEYES用途VARCHAR(100)YES备注VARCHAR(100)YES表4-3借用人通讯录表字段值数据类型是否可空姓名（关键字）VARCHAR(8)NOT NULL性别VARCHAR(2)YES电话VARCHAR(13)YES地址VARCHAR(30)NOT NULL邮编VARCHAR(6)NOT NULLE-MAILVARCHAR(20)YES生日DATEYES备注VARCHAR(100)YES表4-4实验代码表字段值数据类型是否可空所属实验代码（关键字）VARCHAR（2）NOT NULL实验名称VARCHAR（20）NOT NULL5.2系统E-R图系统E-R图是一种信息模型图，体现了系统实体之间的关系。通过系统需要分析，得到了系统的分解功能以及数据流程。根据这些实体和实体之间的关系，可以得到系统E-R图，如图所示：仪器设备信息放置位置启用日期状况所属实验备注仪器编号仪器名称型号分类码价格图3 仪器设备基本信息实体E-R图借用仪器信息归还日期借用日期仪器名称经手人备注仪器编号登记编号借用人用途图4 借用仪器信息实体E-R图学生信息生日E-MAIL邮编地址备注姓名性别电话图5 借用人通讯录信息实体E-R图实验代码信息实验名称所属实验代码图6 实验代码信息实体E-R图仪器设备信息表仪器编码仪器名称 型号 价格 状况所属实验启用日期放置位置分类码 备注仪器设备信息表通讯信息表仪器分类表实验代码表所属实验代码实验名称姓名性别地址电话邮编E-MAIL生日备注仪器编码仪器名称 型号 价格 状况所属实验启用日期放置位置分类码 备注分类码 名称仪器借用报表输出借用记录图7 整个系统的E-R图5.3 客户端应用程序设计C/S体系结构有一个很大特点：客户端必须安装应用程序。有时客户端不能快速反映服务器端的更新，为了弥补这个缺陷，系统在客户端提供了自动升级程序，可以在局域网内部实现服务器端和客户端的版本同步，因此在系统纠正BUG或是系统升级时，免除了重新安装客户端的麻烦。 早期访问数据库的解决方案大多采用CGI（Common Gateway Interface，公共网关接口）访问数据库。目前，一半不再编写传统的CGI程序，而是在服务器端执行HTML、Script脚本和SQL（Structured Query Language，结构化查询语言）指令，通过ODBC（Open Database Connectivity，开放数据库连接）驱动程序，连接各种支持ODBC的数据库，其执行过程如图9所示。HTML代码Script语句ODBC数据库SQL图9 通过ODBC访问数据库由于系统功能复杂，因而