【《实验室信息化安全管理系统的设计》7900字（论文）】

实验室信息化安全管理系统的设计信息化近年来在我国的发展水平越来越高，并已在多种领域应用完善。与此同时对实验室的信息化管理也逐步提升，只是由于经验欠缺，国内在实验室安全管理工作中才刚刚形成较为完善的管理体系。随着国内高校规模的逐步扩大，实验室管理人员以及实验设备也逐渐增多，虽然高校实验室信息化发展不断在提高，但事故仍屡次出现。针对高校实验室管理需求，本论文设计一开发一套基于微信小程序和PC端WEB页面的实验室安全管理系统，该系统使用PHP语言开发，采用MVC架构，数据库使用MYSQL实现对人员、设备、药品等信息的管理，同时还包括在线学习及人员准入等功能。使用本系统可大幅提高实验室管理水平和效率，使得数据更加可靠，同时也方便实验室管理者掌握实验室运行的各种数据，并对实验室进行实时管控。本系统集实验室人员管理、特种设备管理、危化品管理、安全教育、日常电子巡检、隐患报告及整改跟踪、应急处置等多方面工作为一体，即保障了设备安全质量，又提高了人员安全意识，从而确保了实验室的安全。关键词：信息化，数据库，微信小程序目录目前国内外已经存在了很多对实验室安全管理的信息系统。但是大多只能实现某一部分安全管理，并且多数为基于计算机终端使用，在移动互联网高度发展的今天并不方便。如今，实验室信息管理系统在开发技术方面有了很大的提升。从开始的主要实现对数据的管理，到现在实现数据管理的基础上同时强调对实验室整体的要求。并实现以动态的方式对实验室全面管理。我国有关信息系统最早只应用于一些小范围行业。近几年来，随着信息化水平日益提升，很多领域的信息化已经逐渐发展完善，但在实验室安全管理工作中才刚刚形成较为完善的管理体系。近年来高校中有关实验室的管理人员和实验设备越来越多，虽然在信息化管理水平上在不断提高，但实验室发生的事故仍屡次出现。我国各大高校实验室多用于承担着各种课程教学实践以及科学研究等工作。现代实验室管理需要动态地了解各实验室预约状况、学生上课状态、设备使利用状态及故障处理状况等，实时的了解到所有实验设备的运行状态、编号以及台帐记录，还需要管理人员对实验室设备定期维护、检修并形成维修记录台账等。为了提高实验室管理水平探索实验室运行新方式，解决管理过程中诸多问题，高校实验室的管理与维护逐渐成为人员安全最直接的保障。使用实验室信息化管理系统使得数据更加可靠，同时也方便实验室管理者掌握实验室运行的各种数据，对实验室进行实时管控。实验室管理系统指利用某些软件系统对实验室使用人员以及其在实验室中的活动实现系统化、流程化的管理。是以数据库技术、计算机技术、网络技术以及数字通信技术和信息管理技术为中心，将资源管理、业务管理、数据管理和报表管理等功能有机的结合成一体，使实验室的管理符合标准和规范[1]。在社会的不断进步下，高校实验教育变的更加精密化。但因传统的实验室在管理维护上存在一些缺陷，如管理制度不健全等，造成近年来实验室安全事故的发生只增未减，引起了国家的重点关注。因此，高校实验室管理与维护是否得当已成为一个重要问题。利用信息化管理实验室，会使得数据更可靠，信息更及时传达，也使管理者更方便掌握实验室运行的数据[2]。最早的实验室信息系统主要依赖大型计算机来工作，与手工管理相比优势并不明显[3]。网络信息的爆发使得计算机操作系统进入了桌面时代，采用CS（客户端/服务端）模式的实验室信息管理系统越来越多。通过客户端程序实现实验室信息录入、结果查询等工作，可更好的实现实验室管理的任务。20世纪80年代，实验室信息管理系统在国外首次出现，为单机版的形式。到90年代，开始采用Web页面制作实验室管理系统，其特点是：界面以Web服务器为中心管理。从此，实验室管理系统开始利用计算机网络应用技术制作和管理，形成C/S架构的管理平台。在后期，利用WEB技术实现了B/S架构的实验室信息管理系统[4]。随着技术的逐渐成熟，实验室信息管理系统更加注重强调ISO/IEC17025等质量规范[5]。我国信息系统的发展最早只在很少行业中有一些应用，且受到体制、观念、经费等多种条件的制约，推广比较小[4]。近年来我国科学技术及信息化水平不断发展，很多领域的信息化已经逐渐发展完善[6]。经验欠缺使得我国实验室安全管理工作才刚刚形成较为完善的信息化管理体系。随着高校规模的逐步扩大，学生及设备也越来越多，虽然有关实验室信息化水平在不断提高但仍有一些不足：（1）部分教师安全责任意识不够，对实验注意事项讲述不清晰。（2）部分设备已老化，存在各种问题但未能及时反馈。（3）个别教师兼任实验室管理员。由于日常的教学与实验室的维护有时存在冲突，容易出现问题。（4）部分实验室存在使用记录不完整，安全检查记录不完整等现象。现行的实验室管理体系在管理的方式与效率上存在很多问题，且高校实验室在科研，教学，社会服务中有重要的作用。针对高校实验室管理的需求，本文实现一款多功能并存的实验室安全管理系统，可对人员、设备、药品等进行相互连接的管理，还包括在线学习及人员准入等功能，可大幅提高实验室管理效率。本文开发一套基于微信小程序和PC端的实验室安全管理系统。集实验室人员、设备、危化品管理，安全教育，日常巡检，隐患报告，整改跟踪等多方面工作为一体，方便进行管理。（1）数据管理一体化对实验室现有的各个管理模块进行整合，再指定各类基础信息代码，为其提供相应接口，实现数据统一。（2）隐患处理为实验室添加隐患上报功能，确保隐患实时性、准确性上报处理。（3）日志记录为实现数据可查看，设置日志记录功能，记录系统中的所有操作。（4）巡检记录管理员在规定时间内进行巡检，并进行信息记录。本系统包含用户：校级管理员、院级管理员、实验室管理员、教师、学生。校级管理员可修改院级管理员及实验室管理员、教师基本信息，又可查看人员、设备、危化品、药品基本信息，以及设备检修记录等。院级管理员负责指令的上传与下达，当实验室使用人员发现问题上报后，系统可将其发送给实验室管理员，若管理员还无法解决，则上报给院级管理员。院级管理员还可以对本院数据进行基本查询。实验室日常维护工作由实验室管理员负责，发现问题后将详情提交系统，若处理成功则将处理过程及结果再次提交，若无法解决，则将问题提交到院级管理员再做安排。实验室管理人员还需写实验室日志，记录实验室基本信息。教师发现问题需及时上报系统，系统会自动将问题递交实验室管理员。为增强相关人员的实验室使用意识，所有使用人员需进行线上学习考试。（1）经济可行性本系统设计完成后，可用于各大高校实验室，企业厂房收取租金，可实现盈利。（2）技术可行性本系统采用LNMP搭建服务器并作为主要的开发环境；使用PhpStorm开发微信小程序API与后台管理平台，使用Git作为版本管理工具。使用Postman作为api测试工具。服务端采用Laravel作为主要开发框架，后台采用Layui作为前端主要UI框架，小程序端采用ColorUI作为基础UI。本系统搭建服务器以及主要开发环境为LNMP。PHP脚本的动态解析使用fast-cgi的方式。微信小程序及后台开发使用phpstorm[7]。PhpStorm是一个轻量级且便捷的PHPIDE可方便理解用户的编码。使用微信小程序开发工具开发小程序部分，使用Git作为版本管理工具。使用Postman作为api测试工具。为在全校网络范围实现数据共通，采用B/S的网络架构设计实验室动态管理，由客户端发送业务请求交由服务器处理并返回结果[8]。数据库为MySQL，方便易用。采用三层网络体系结构的B/S模式可对客户端安装进行简化，使操作界面统一，也使系统安全性更加可靠。模块化设计也使得系统具有更好的开放性和扩展性。服务端采用Laravel作为主要开发框架，Laravel具有多种功能，例如模板引擎，MVC架构支持，安全性高，数据库迁移等。它在高端Web应用程序的开发中可以提供基准测试以及丰富的解决方案[9]。后台采用Layui作为前端主要UI框架，小程序端采用ColorUI作为基础UI。数据库采用MySQL5.8，主要开发语言为PHP7.1.3。PHP的加速使用eAccelerator加速器[10]。Composer是\hPHP中用来管理\h依赖（dependency）关系的工具[11]。可以在自己的项目中声明所依赖的外部工具库（libraries），Composer会帮助安装这些依赖的库文件。在小程序的首页，不同权限的使用者所看到内容会不同，如院级管理员含有人员管理、设备管理、危化品管理、各种记录查询等功能。使用者可在个人中心界面查看消息和通知等。图3.1通知图系统管理员在后台管理端可对系统的核心部分进行基本操作。（1）针对需求进行分析及功能测试。（2）测试JSONAPIs，验证结果的准确性。（3）对数据库进行测试，确保访问数据的准确性。

通过对系统总体进行构思，确定各个功能模块所包含内容并进行设计。本设计后台采用B/S结构，并利用MVC三层设计思想，把业务逻辑层和视图层进行分离[12]。微信小程序利用后端API可进行数据获取，并对页面实时渲染。功能模块划分如图4.1所示。包含人员管理、设备管理、危化品管理、电子巡检、隐患报告与跟踪等多部分内容。也包含在线学习及人员准入功能。图4.1功能模块图（1）前端功能模块登陆模块：用户需先系统注册，后台管理员对信息审核完毕后进行角色及权限分配。内容管理模块：校级管理员可对全校信息进行查看，也可修改院级管理员、实验室管理员以及教师的基本信息，院级管理员管理本院教师与实验室管理员，实验室管理员对实验室内容管理。电子巡检摸块：实验室管理员需对自己实验室定期检查，确保没有隐患。隐患处理模块：使用者可将隐患上报于对应人员进行处理，若处理人问题未能解决，则会上报于上一级别，直至处理完毕。学习考试模块：使用系统需先学习并参加在线考试，考试未通过不能管理实验室。日志查询：可对实验室使用记录进行查询，老师使用实验室需汇报使用状况。下发通知：上级可向下级发送通知，下级接收阅读之后，会自动提交已阅读反馈。（2）后台web管理模块角色权限管理：验证注册系统的用户，确定是否为本校的实验人员，同时赋予角色与权限。隐患处理管理：分类上报的问题及隐患，推送于指定人员处理。试题管理：上传学习资料，管理各实验室考试题库。日志导出：定期导出日志，并进行留档保存。通过设计ER图，规划17张数据表。单位表（id，单位名称，单位类型，创建日期，更新日期）用户表（id，工号，姓名，性别，手机号，职称，单位id，微信openid，微信昵称，邮箱，密码，上级id，考试结果，剩余考试次数，是否删除，创建日期，更新日期）角色表（id，用户id，角色，创建日期，更新日期）权限表（id，用户id，权限，创建日期，更新日期）通知表（id，通知标题，通知用户，通知概述，通知图片，附件，创建人工号，已收到的人，创建日期，更新日期）实验室表（id，教学楼名称，教室名称，实验室名称，实验室安全负责人，实验室维护人，实验室维护人，实验室属性，实验室状态，实验室类别，实验室管理单位id，创建日期，更新日期）药品表（id，危化品id编号，所在单位id，管理员，实验室id，状态，管理者，药品类型，药品名称，CAS编号，库存量，计量单位，备注，最近检修日期，创建日期，更新日期）药品检查通知表（id，所属单位id，提交者id，提交者姓名，确认者id，确认者姓名，药品id，药品名称，出入库类型，数量，单位，备注，实验室管理员1是否已确认，实验室管理员2是否已确认，是否收到，创建日期，更新日期）设备表（id，资产编号，设备名称，设备类型，实验室id，设备创建人，所属单位id，状态，isDelete，最近检修时间，入库时间，预计报废日期，创建日期，更新日期）设备检查日志表（id，单位id，日志，创建日期，更新日期）隐患表（id，用户id,类型，位置，标题，详情，发现日期，照片，解决状态，资产编号或化学品id，单位id，创建日期，更新日期）隐患日志表（id，隐患id，用户id，原因，图片路径，是否解决，创建日期，更新日期）上课日志表（id，实验名称，教学楼名称，实验室号，系别，班级，上课人数，状态，教师id,手机号，创建日期，更新日期）学习内容表（id，学习内容，创建日期，更新日期）学习记录表（id，用户id，学习内容id，学习时长，创建日期，更新日期）题目表（id,类型，题目，选项1，选项2，选项3，选项4，答案，创建日期，更新日期）题目数量表（id,单位id,安全通识题目数量，电气题目数量，化学题目数量，机械建筑题目数量，特种设备题目数量，消防安全题目数量，医学生物安全题目数量，创建日期，更新日期）如图4.2设备图，属性有设备Id，资产编号，设备名，状态，检修日期，入库日期，预计报废日期。图4.2设备图如图4.3问题图，属性包括问题报告id，类型，解决状态，二者联系为产生设备Id，照片，报告人工号，问题报告id，详情，发生时间。图4.3问题报告图如图4.4实验室设备图，属性包括实验室id,名称，实验室类别，实验室管理单位名称。与设备联系为存放，属性包括设备id,实验室id，门牌号。图4.4实验室设备图如图4.5药品/危化品图，属性包括药品/危化品id,药品危化品名。与实验室联系为存放，属性包括药品/危化品id,实验室id,库存量，出入库数量，监督人，操作人，时间，出入库类型。图4.5药品/危化品图如图4.6实验室管理员图，实验室管理员与实验室联系为管理，属性包括实验室id，管理员工号。图4.6实验室管理员图如图4.7学校负责人图，属性包括单位id,单位类型，单位名，与实验室联系为服务对象，属性包括实验室id，单位id，与实验室管理员的联系为属于，属性包括单位id，用户工号。实体院系，属性包括院系id，院系名，管理院系负责人，属性包括id，姓名，工号，管理学校负责人，属性包括id，姓名，工号。实验室管理员属于各院系，由院系负责人管理，学校负责人管理院系负责人。实体老师，属性包括教师id，姓名，工号，教师号，与院系的联系为属于，通过院系id找到教师id。实验室管理员，教师，院级管理员，校级管理员，共同属于实体身份，属性包括身份id，任职开始时间，工号，权限范围。图4.7学校负责人图如图4.8考试图，属性包括试卷题id，类型，答案，选项，内容。图4.8考试图如图4.9资料图，属性包括发布人id，内容，类型，资料id，与用户之间的联系为学习记录，属性包括资料id，工号，开始时间，最后访问时间。图4.9资料图图4.10教职工考试图如图4.10考试图，属性包括工号，姓名，性别，联系方式，邮箱，职称，所属单位id，与题库之间的联系为考试，属性包括考试id，工号，成绩，考试时间。本系统用户包括校级管理员、院级管理员、实验室管理员、教师及学生。图4.11注册图图4.12后台统计图如图4.11注册图，图4.12后台统计图，使用者需先注册账号，选择相应管理级别，选项包含院级管理员，校级管理员，教师，学生。图4.13登陆图如图4.13登陆图，用户成功注册后可登录系统。不同级别显示不同界面，在个人中心可查看个人信息。后台管理员需对用户注册信息进行审核，确保准确无误。图4.14登录界面图如图4.14登录界面图，使用者成功登陆后由于级别不同显示界面及权限不同。院级管理员拥有六大权限为人员查询，设备查询，危化品查询，修检记录，隐患记录和下发通知。校级管理员拥有十一大权限为人员管理，设备管理危化品管理，下发通知，隐患上报，隐患记录，电子巡检，巡查记录，实验室日志，学习和考试。实验室老师拥有四大权限为隐患上报，学习，考试和课堂日志。图4.15药品管理图如图4.15药品管理图，可以查看所有药品的详细信息，包括名称，ID所属单位，所属种类，出入库记录。每次出入库时也需要填写详细信息提交申请，实验室管理员审核，两人同时在场才可取出，保证严格管控。图4.16设备管理图如图4.16设备管理图，院级管理员可对设备名称，ID，资产编号和设备状态进行管理；可将新设备增加，将已报废设备删除；可以对不同实验室设备信息进行检查；可随时查看设备检修记录，了解实际情况。图4.17通知消息图如图4.17通知消息图，上级管理员可下发通知，例如通知开会，设备维修，发现隐患等。可选择需要通知的人员。接收人员在微信小程序查看通知，查看之后发出已阅读提示，确保消息能够及时传达。图4.18校级管理员图如图4.18校级管理员图，校级管理员在人员管理，设备管理，危化品管理，下发通知和隐患上报的问题上，与院级管理员权限一致。新增电子巡检，隐患问题上报记录，实验室准入学习考试，实验室日志，还有巡检记录的功能。图4.19巡检标签图如图4.19巡检标签图，电子巡检功能需要对所有实验室内容进行检测，使用手机对设备和药品上标签扫描，将巡检结果进行填写并拍照上传。巡检过程中若发现隐患问题需使用隐患上报功能及时上报。图4.20隐患上报图如图4.20隐患上报图，处理人员可根据内容查看隐患问题详情描述及现场的照片，阅读完毕后进行解决，若问题解决需填写结果上传包括处理信息，位置，完成度，过程简述及图片。图4.21隐患记录图如图4.21隐患记录，若隐患或问题无法解决，则将隐患问题的信息继续保留。系统将问题提交下一级别，直到有人解决之后才会显示隐患或问题已解决。图4.22试题图图4.23学习内容图如试题图和学习内容图为线上学习考试功能模块，人员使用实验室需先利用题库学习掌握实验室操作及注意事项，学习完毕后需参加在线测试，只有成绩合格系统的功能才会被使用。教师离开实验室前，需填写实验室日志。包括实验前后教师和学生使用设备和药品的详细记录。图4.24后台管理图（a）图4.24后台管理图（b）如图4.24后台管理图，管理员可查看后台的基本管理单位列表，实验室列表，药品列表，人员管理列表，消息管理列表和学习列表。可以从后台观测到所有信息的详细信息精准定位到所需的信息列表。本文对信息化管理系统的分析，设计了一款可以用于高校实验室的管理系统。此次设计使用Laravel+微信小程序+MYSQL等技术，根据信息化实验室管理的一些特点，分析并设计了该系统的相关模块，使用Laravel框架为该系统开发提供了便利，通过本系统实验室的相关人员能轻松的了解实验室的情况，更加便捷的实现对实验室的管理，保障实验室师生、设备的安全，逐步完善管理中的漏洞。对于实验室信息化管理系统的使用，可以方便实验室的管理，使得实验室变得井然有序。与单一的人工管理方式相比，拥有更高的效率，同时还具有