王正路，郭 娜

（江苏师范大学信息化建设与管理处 江苏 徐州 221116）

0 引言

高校实验室是实践教学和科学研究的重要基地，承担着人才培养的重要任务[1-3]。随着高校“双一流”建设的不断推进，高校实验室仪器设备的数量、种类日渐增多，专业程度不断提高，管理难度及成本急剧增加，设备巡检工作更为烦琐而重要[4]。巡检工作能够使得设备故障和安全隐患得到及时处理，避免“小毛病”逐渐发展成“大问题”，导致更高的维护成本，影响正常的教学、科研工作。

目前大多数高校实验室设备巡检方式较为传统，以纸质记录方式为主，信息化程度低，设备巡检工作存在诸多问题，主要表现在巡检任务难落实、过程数据难记录、历史数据难分析等[5]。巡检任务需要制定计划，考虑设备类型的不同，涉及人员、设备和计划灵活设置，形成常态化、规范化、制度化的巡检方案，借助互联网技术实现及时反馈、定时提醒、实时监督等，让巡检工作落实到位；传统巡检方式只关注设备正常与否的状态数据，设备整体运行情况、设备故障处理进展等过程数据无法得到有效记录，精细化管理需要采集设备全周期动态数据，设备采购部署、运行使用、维护维修、更换报废等过程数据都应该被采集，及时了解设备运行状态，也为后期统计分析提供数据支撑；历史数据不易统计分析也是传统巡检方式的弊端，充分利用信息化手段采集过程数据，才能具备数据分析的可能。巡检记录是历史数据，通过挖掘分析可以判断设备故障趋势，分析设备利用率及效益，制定耗材、设备更换等计划，及时给出续保、过期等提醒。

微信小程序是一种无须下载安装即可使用的轻应用，实现了应用的“即用即走”的触达模式，2017年1月上线以来，其轻便的使用模式得到用户认可；2021年统计数据，微信小程序数量超过300万个，日活跃人数超4.5亿，小程序在诸多行业领域得到较好的应用与普及。相比较于HTML5和APP，小程序具备更便捷的入口和较低的开发成本，具备加载速度快、强大的微信能力、出色的原生体验等特点，高校师生对于小程序较为熟悉，便于应用的推广。

本文结合江苏师范大学教育大数据实验室设备巡检方案，充分利用互联网技术，借助微信小程序的开发成本低、用户无须下载、原生能力强大等优势，开发实验室设备巡检平台，结合平台扫一扫、位置信息、拍照、消息推送等功能，提供高效、体验优越的巡检信息化手段[6]。

1 实验室设备巡检平台设计

1.1 系统需求分析

通过与学校教育大数据实验室管理、巡检等人员充分的沟通交流，查阅历史巡检记录表，结合设备日常巡检工作内容以及工作难点痛点，梳理出系统的需求分析及功能设计。实验室存在大量的设备，包括环境设备、消防设备、服务器设备及部分软件系统等，不同类型设备巡检内容不同，设备重要等级不同，不同等级的设备巡检频率及故障上报机制不同，巡检内容需要兼顾实验室环境及消防安全等[7]。从功能需求角度，平台首先具备设备管理功能，包括设备基础信息录入、检索、维护等；其次是巡检任务制定功能，包括巡检周期、任务指派、任务监督等；然后平台需要消息交互功能，包括巡检提醒、维保过期提醒、故障提醒等；最后平台需要大量的数据分析功能，包括实验室整体运行状态分析、设备故障率分析、维护工作效率分析等。从平台使用人员角度，平台具备多重角色权限需求，包括：访客、巡检员、监督员、管理员，不同角色拥有不同的功能模块。巡检员主要功能包括：设备信息检索、巡检任务认领、设备巡检、设备故障上报、故障处理记录等；监督员重点功能包括：实验室信息维护、设置设备巡检周期、分发巡检任务、录入设备、设置故障等级、故障告警确认、统计报表功能等；管理员主要是设置实验室及人员权限，主要功能为实验室管理和人员权限分配，功能模块包括：实验室管理、人员信息管理、角色分配、故障等级管理等，功能结构图如图1所示。

图1 功能结构图

以上是平台功能需求分析和设计，平台在用户体验方面也需要有所考虑和设计，平台是基于微信小程序开发，因此要求跨平台跨终端的一些原生的微信平台能力也应该充分运用，提升用户移动端体验[8]。比如利用小程序扫一扫功能，快速完成设备信息检索及故障上报；利用小程序地理位置信息接口，记录巡检经纬度完成位置信息记录；还包括拍照上传、微信用户信息获取、数据缓存等小程序基础API功能[9]。

1.2 平台开发环境

（1）申请与配置微信小程序。准备一个在用的邮箱作为注册账号，登录微信公众平台（https://mp.weixin.qq.com/），点击“立即注册”按钮，准备选择小程序注册，填写账号信息，然后验证邮箱，最后信息登记完成小程序注册。小程序注册完成后，需要进行认证及开发环境配置，获取前后端开发需要的小程序ID（APPID）及密钥（APPSECRET），配置开发服务器域名信息，开启小程序消息推送功能并测试令牌（TOKEN）校验是否有效，申请订阅消息模板推送小程序消息，完成小程序开发配置。

（2）小程序用户端开发。小程序用户端运行环境分成渲染层和逻辑层，是一种MVVM架构模式；其中WXML（Weixin Markup Language用于描述页面结构）模板和WXSS（Weixin Style Sheet用于描述页面样式）样式工作在渲染层；JS脚本工作在逻辑层，发送的请求通过native转发；native包括Weixin JS Bridge、离线存储、微信工具包等，小程序用户端与开发服务器的交互也由native转发[10]。研究人员使用微信官方免费提供的微信开发者工具完成小程序代码开发、测试及打包上传，小程序通信模型如图2所示。

图2 小程序通信模型

（3）开发服务器环境及接口准备。小程序后台业务逻辑实现和数据存储需要由开发服务器提供的接口完成，服务器操作系统可以选择Linux或者Windows Server操作系统，安装部署WEB服务，配置备案域名和SSL证书；数据库服务器安装Mysql关系型数据库和Redis键值对数据库，为应用服务器提供数据存储备份服务，包括设备信息、巡检记录、操作日志、用户信息、登录状态等数据。开发环境准备后，就可以完成小程序用户端所需要的业务逻辑，包括身份绑定、数据操作、业务逻辑判断等核心接口。由于小程序用户端代码包有大小限制，设备巡检需要产生许多图片数据，这些图片不能存放在小程序用户端代码包中，因此，开发服务器将照片等文件数据以资源URL的形式提供给用户端，为小程序提供静态资源的存储服务。

2 实验室设备巡检平台的功能实现

2.1 数据库设计实现

数据库的设计需要考虑设备巡检的功能需求和业务逻辑，要满足开发及应用需求，遵循规范化和标准化的原则，尽量减少数据的冗余度，保证数据操作和程序开发效率[11]。通过充分需求分析和业务逻辑梳理，数据库表主要分为：实验室信息表、用户信息表、小程序用户信息表、设备信息表、设备巡检周期表、任务分发表、巡检记录表、设备故障表等，由主要实体的实体属性组成图3系统主要实体关系E-R图。

图3 数据库E-R

2.2 开发服务器业务接口设计与实现

用户在小程序客户端完成具体业务操作，比如录入巡检记录，实现逻辑是小程序端JS代码调用开发服务器业务接口完成数据库的操作，因此实验室巡检的业务逻辑需要由服务器接口配合实现，接口采用RESTFULL标准开发。这里研究人员根据业务逻辑将服务器接口分为：人员管理、设备管理、巡检管理、消息推送等。人员管理模块接口主要完成登录、身份绑定、信息维护等功能；设备管理包括设备录入、巡检周期设定、信息维护等接口；巡检管理由任务分配、巡检录入、故障上报等接口组成；消息推送主要是一些操作触发的小程序模板消息的推送，比如故障上报、任务分配等，还包括一些定时任务，比如巡检提醒、周报月报推送等。

2.3 微信小程序端的具体实现

（1）身份绑定模块。小程序为用户分配唯一身份标识openID，在用户授权后，接口可以获取小程序用户开放数据，并将openID、昵称、访问时间等信息保存在开发服务器上，用户点击具体功能模块，业务接口先判断用户是否绑定身份信息，如果没有绑定则会跳转到身份绑定界面，完成后台提前录入的用户信息userID和密码校验，建立openID与userID的一一对应关系，并将用户的绑定状态保存在小程序客户端，下次用户再次打开小程序，就可以根据openID获取userID对应的用户信息、权限信息等，完成小程序端界面首页数据渲染和功能菜单分配。

（2）首页功能。首页功能主要以消息提醒和快速入口为主，包括待办、告警、巡检统计等，根据不同的角色展示不同的功能模块，巡检员重点关注巡检概要，包括待巡检任务、设备故障信息等，监督员可以查看巡检统计、告警信息等，便于及时了解实验室设备运行状态和巡检任务进展等，如图4所示。

图4 小程序首页

（3）巡检任务管理。设备的巡检任务可以下发至人员，便于任务落实与监督。设备可以分组，管理员将一组或几组设备的巡检任务分发给巡检员，巡检员收到任务消息后，点击确认完成巡检任务分配工作。在巡检员界面中可以看到所分配的设备信息，定期会收到巡检提醒。监督管理员也可以查看每个巡检员任务完成情况和设备的巡检记录。

（4）设备巡检。根据实验室设备类型以及位置信息，设备进行分组管理，实现多维度检索，巡检方式也可以有多种。可以逐个设备巡检，或者批量选择设备录入巡检结果，然后对故障设备再重新录入故障详情，也可以根据设备类型或者位置进行批量操作；如果当日巡检结果与昨日或者过去某一天一致，可以一键快速复制录入巡检记录，实现快速巡检，提高巡检效率。通过扫一扫或者通过模糊查询，查看设备详情信息，从而快速定位设备，完成巡检录入。故障分为四个等级：一般故障、严重故障、关键故障、重大故障；故障分为三个状态：处理中、消除、误报；每个故障巡检员需要输入描述信息，并完成上报及消息推送，设备也根据重要程度实现不同层级的消息推送，故障录入后，需要有消除故障的操作，确保巡检工作形成闭环，如图5、图6所示。

图5 设备巡检

图6 设备故障记录

（5）数据统计分析。设备巡检积累大量的数据，对历史数据的挖掘分析，能够有效支撑决策，对实验室的运维管理提供数据依据。设备层面重点分析设备故障率及维护成本，故障率高的设备需要考虑替换方案；故障维修时间、设备巡检率、故障增补情况又可以反映实验室人员的工作效率及实验室整体运维成本等。历史数据的积累，为后期多维度、多视角的数据分析提供了极大的可能。

3 结论

目前该平台在我校数据中心机房设备巡检工作中得到较好的应用，相较于传统的巡检方式，设备巡检人员无须二次录入数据，直接在智能终端的微信中完成巡检数据采集、故障反馈及分析统计工作等，结合扫一扫功能和消息推送机制，在提高巡检工作效率的同时，也提高了数据采集的便捷性和准确性。由于目前系统积累的数据不足，巡检历史数据的挖掘研究还不具备条件，如何通过预测模型为实验室管理决策提供数据支撑还需进一步研究。