膜领域分析测试中心的智能化建设与管理

郭百涛， 陈 敏

（南京工业大学国家特种分离膜工程技术研究中心，南京211800）

0 引 言

国家特种分离膜工程技术研究中心（国家膜中心）由国家科技部批准组建后，实验室发展出现质的飞跃，新型分析仪器与设备高达5 000余万元，固定资产原值超过亿元，能够使用在水质监测、物质定性定量研究、材料微观结构和宏观性能测试等研究［1］。国家膜中心是科技部批准的“面向膜产业集群的科技服务业试点”依托单位，科技服务业的重要领域之一即为检测服务［2］。为了完成资源优化配置和分享，提高仪器使用率，深化校园内部和校企合作，提升社会服务能力，国家膜中心融合已有资源，建立面向膜领域的材料微观与宏观性能测试中心［3］。面向膜领域分析测试中心的构建，可推动高校学科构建、人才培养和科研服务发展，促进学科间互相作用，推动边缘与新型学科发展。本文提出面向膜领域分析测试中心的智能化建设与管理方法，以期为科研事业贡献微薄之力。

1 膜领域分析测试中心的智能化建设与管理

1.1 已有研究基础与研究条件

国家膜中心以院士为学术带头人，年轻的教授、博导为学术骨干，博士及硕士研究生为科研主体。国家膜中心承担了包括膜领域仅有的3项973项目和1项国家自然科学基金重大项目在内的50余项国家级科研项目，发表学术论文近千篇，SCI论文700余篇，科研成果获得国家科技奖励4项，省部级奖励20余项，是面向膜领域分析测试中心的科研性能支撑［4］。

国家膜中心高度重视面向膜领域分析测试平台的构建。近几年，国家膜中心添置了多套具备世界高水平分析表征能力的大型仪器设备，建立了材料微结构分析测试平台与材料宏观性能测试平台，能够广泛应用在环境分析检测、材料结构分析、物质定性和定量分析等领域。在膜分离性能测试部门，购置了国内外目前主要品种膜材料的测试系统，以及微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、膜生物分析器以及小试、中试设备，实现膜的泡点、孔径分布、切割分子量、表面电位和接触角等性能的检测，此类膜仪器设备能够应用于绝大多数膜分离实验中，实现非相同体系的分离操作［5］。

国家膜中心属于科技部批准的“面向膜产业集群的科技服务业试点”的试点机构。融合地方地府，创新管理模式，建立共享性分析测试平台、膜领域仪器设备共享服务网络以及较为全面的共享机制。结合地方政府平台分析测试膜领域的相关项目，整合分析测试资源。试点工作主要面向分析测试中心的管理制度，构建标准、检测和认证为一体的开放服务体系。国家膜中心也是中国分离膜标准化委员会副主任委员单位，共起草了7项与分离膜有关的行业准则，对膜领域标准化建设具有功不可没的作用［6］。

1.2 面向膜领域分析测试中心智能化建设的优势

（1）提供分离技术检测平台。融合已有仪器设备和检测平台的资源，着重建立气固分离膜、有机膜分离膜、陶瓷膜分离膜、渗透汽化膜以及气体分离膜性能测试平台，为材料化学工程领域提供分离技术检测基础；

（2）构建大型仪器共享平台。为完成我国大型仪器资源共享，避免大型仪器资源重复浪费的情况出现，提升新型与已有设备资源的整体使用率，提升投资效益。面向膜领域的分析测试中心属于一个较为完整的主体，配置专人负责，提升大型仪器的共享性，推动共享平台的构建与发展［7］；

（3）促进院所合作。促进科研院所与学校间测试技术的共享和合作交流，克服学校与科研院所之间不能实现资源共享的难题，且能够完成高值化应用。在每所学校、科研院所的面向膜领域分析测试中，根据自身管理与运作模式的共享，实时获取新颖的方法；

（4）服务于社会。当大多企业自身的科研和检测实力未能符合社会经济持续快速发展的需求，面向膜领域分析测试中心的智能化建设便能够克服此问题。面向膜领域分析测试中心的智能化建设即为综合服务型实验室的表率，能够集合大量高端、大型精密仪器，是我国产学研发展、辅助地方经济发展、培育创新新时代人才的核心平台，可称为学校与企业间的合作桥梁，促进社会经济发展［8］。

（5）推进膜分离微观和宏观性能检测的进步。处理此领域非专业型、高端型分析测试中的问题，高性能膜材料属于战略产业里核心构成成分，大量的企业投入到膜行业中，该举措不仅符合国家中长期科技发展规划的方向，也可大力促进战略产业的行业规划［9］。

1.3 面向膜领域的分析测试中心智能化建设

面向膜领域的分析测试中心能够分析测试多种膜材料、膜组件及膜装置信息，可称为面向膜领域的专业分析测试系统。面向膜领域的分析测试中心的功能。

（1）管理测试膜材料、膜组件及膜装置信息数据以及测试用户数据；

（2）管理测试设备启动的驱动程度，驱动程度需要通过DLL形式运用［10］；

（3）管理测试程序，在需要时能够使用外部测试程度完成平台的分析测试功能；

（4）管理测试结果，测试结果属于大数据，需要平台设定快速检索程度，并将测试结果实行共享，所以需要批准测试结果通过XML数据格式传输；

（5）设定可承载数据的人机交互接口，如数据报表打印、用户协助文档等，可辅助用户尽快熟练操控平台。面向膜领域分析测试中心平台的结构图见图1。

图1 面向膜领域的分析测试中心平台结构图

其中，面向膜领域的分析测试中心平台的测试程序模块示意图如图2所示。

图2 中心平台的测试程序模块示意图

（1）整体信息管理。整体信息管理主要用于展现面向膜领域分析测试中心的整体面貌，实时展现教学、科研以及有关管理的具体情况，完成中心简介、规定约束、视频教学、资料加载、前台展示、后台添加、删除、编辑以及查询等操作，并提供留言反馈功能［11］。

（2）实验教学管理。实验室位置数据、实验教学数据、实验教学课件和优质课程是实验教学管理的主要内容。学生使用该程序搜索面向膜领域分析测试中心中每个实验室的编码、作用、管理人以及简介，搜集实验课程的有关信息，例如周节次、时间、内容以及学时，还有教师和实验室信息等，能够随时下载教学视频进行学习［12］。

（3）科研管理。面向膜领域分析测试中心的资源有限，主要面向教师、科研者以及学生，有利于教师和学生获取所需知识，并对其实行较为松散的管理，不存在严格的使用时间约束［13］。但需要制订必要的管理制度，用于维护面向膜领域分析测试中心的正常运行。面向膜领域分析测试中心的仪器使用预约制度，预约使用的用户，必须通过培训获取“贵重仪器设备操作资格证”，且在仪器设备负责人准许和配合下可上机操作，没有获取面向膜领域分析测试中心贵重仪器设备操作资格证的人群不能上机使用。预约时间为1周，学生与教师需要填写大型仪器预约时间表，方可进入面向膜领域分析测试中心。使用面向膜领域分析测试中心仪器必须做好使用记录，其中记录内容包含研究内容、拟使用仪器、使用机时等。此外，实验中会设定相关专业的研究生作为辅助指导，实行全天候预约开放制度。

教学改革中的具体体现即为开放实验教学，不仅可以完全使用面向膜领域分析测试中心的空间与资源，还可以提高学生学习的自主性。开放实验能够促进教学信息的与时俱进，将先进成熟的膜领域科研成果作为开放实验，让学生积极学习，大力培养学生的创新能力［14］。

（4）试剂管理。高校实验试剂管理通常是在学期开始时，把每个实验室反馈的购买方案上传至学院，学院批准后，让实验室自己选取供货商采购。其中涉及的许多环节都较为复杂，人力、财力以及物力都大大消耗。面向膜领域分析测试中心只是属于校级部门，虽然可以将购置方案直接反馈至校采购部门，而在试剂采购、保存、整理耗损物时也会出现大量的人力、财力以及物力损失，最为合理的方法即为试剂管理。

试剂管理主要内容即为构建试剂资源库，其中包含试剂编码、名字、容量、过期时间、单价、保存地点等数据。对日期失效的实验试剂可设定预警功能［15］。

（5）用户管理。将用户设成3种级别，分别是高级负责人、子系统负责人以及普通人员。高级负责人可编辑全部实验室内容。将有关面向膜领域分析测试中心的全部信息整理后建立报表，授权用户使用以及约束用户使用。老师与学生即为面向膜领域分析测试中心里的普通人员身份。当使用人经过注册后，得到负责人的批准后方能变成正式用户。学生用户能够通过该功能搜索各类大型仪器信息和使用预约情况，并能够自主选取实验项目。教师用户不仅能够有权开放学生的全部使用功能，还能够评价学生的实验成绩。

1.4 管理措施

（1）具备较高的责任心与服务第一的理念。全部大型仪器设备和文档资料都需要通过专人负责，其中包含每个仪器的信息资料、平时维护保养、功能研发等。管理人员需要对机器的基本状况了如指掌，需要掌握使用仪器的正确方法与处理故障的应急方法，记录应用与修理情况，出现故障时实时维修。管理人员各个学年都需要整理统计仪器的使用率、损坏率等数据。负责人最好能长期工作，若出现工作变动，需要通过实验技术室负责人组织对接工作。鼓励技术负责人创新研发仪器的功能，针对功能研发工作较为出色的人员实行相应的奖励，对相关技术人员提供对应的优惠政策。

（2）不断提升技术人员的水平。针对新购置的仪器设备必须第一时间对技术人员进行培训。针对面向膜领域的分析测试中心里原始设备，也需要让相关人员参与技术交流会来提升操作技能的知识水平。学科间的相互融合是未来实验室发展的一种趋势，必须设定统一性的培训，提升技术人员的知识水平。

培训知识需要具有全面性，专业技术培训面向全体人员。培训的目标主要是技术员骨干，使用研修的形式，提升他们的知识结构，扩宽他们的分析思路，与时俱进，提升他们自身的职业归属感。当然，也接收校外专业人员培训。

（3）提高实验室仪器的使用率。针对必须使用仪器操作的科研人员，掌握了仪器的性能和相关使用方法，通过仪器负责人批准后，便能上机使用，使用完后需要记录仪器状态并通过仪器负责人审核后才可离开。仪器使用过程汇总，需要实时关注仪器的异常情况，若出现异常，需要立即分析原因，实时处理。

每个大型仪器都可为权威科研、教学以及临床医院提供大量测试工作，测试的种类高于5万多种，成为学校大量科研论文发表的数据基础和技术支撑。

（4）提升学生的创新能力与实际操作能力。学校不单需要提升学生常规实验的操作能力，也需要提升学生对现代化大型贵重精密仪器熟练操作水平，以此促使学生毕业后快速适应和符合社会工作岗位的要求。根据仪器的特征，优化教学内容与方法，将学生的创新思想与行动作为培养核心，理论与实际相结合进行开放性实验。开放性教学不仅可以让学生体验自主学习的氛围，也可让学生尽情发挥自己的想象力。学生自己选取实验题目以及设计方案直至实验完成，学生的自主性得以提升。

（5）服务社会，服务地方建设。在维持教学质量、科学工作不出现异常的背景下，通过相关部门允许后能够承接校外实验分析测试工作，获取的经济收入根据学校规定执行。

面向膜领域的分析测试中心内的仪器设备需要进行收费使用，获取的费用由财务统一记录。面向膜领域的分析测试中心已经克服了求生存阶段，目前属于求发展阶段。仪器设备共享、资源安全稳定、专业技术与行业监测等多个优势让其在智能化实验室建设中得到重点关注。

（6）加强大型仪器耗材的科学管理。耗材存货量大意味着可以维持供应，但不仅占用空间，也存在浪费的弊端。存货较小便有可能出现供不应求的情况。因此针对具备通用性消耗品仪器，可积存一部分，维持供应；针对专科性仪器，因为使用仪器不具备复杂性，使用度较低，仓库积存较小。可根据用度设定购买量，此举措虽然工作量有所增多，但是可减少资源的浪费，还可采用分离管理，例如液相耗材，可设定液相专门管理人负责，需要进行进货记录、使用记录以及存货记录。

2 结 语

面向膜领域分析测试中心的智能化建设主要围绕智能化、共享性为主题。面向膜领域分析测试中心的大型精密仪器的科学化管理，是当前科研实验室管理问题中的重中之重，面向膜领域分析测试中心的管理从人员以及仪器的角度入手，构建严谨的管理制度，提升仪器的使用率，降低仪器的耗损度，并提升人员整体素质，增强技术力量，充分发挥仪器的整体性能。

目前分析测试中心已正常运行近2年，智能化的建设及管理给分析测试中心带来规范化、便利性及社会效益，用户普遍反映良好。分析测试中心的智能化建设及与管理，提升了校内外用户对膜领域分析仪器的认识和了解，既促进了校内外合作，提升了服务社会能力，也促进了人才培训及学科交叉发展，同时，极大地提高了仪器使用率。