1.    需求分析

      1.1. 概述

         本方案为风塔软件为国内某检测行业巨头武汉实验室设计的设备管理方案，用于解决以下问题：

武汉实验室共有192种设备无电脑控制，56种设备有电脑控制，分布在1-4楼，共40间实验室

1.2. 需求分析

      根据上述需求，我们把系统功能划分为4部分

     1、设备管理子系统：分为移动端和PC端两部分，包含人员管理、实验室管理、设备管理、设备台账、设备维护、预约管理等功能。

     2、设备安全监控子系统：用于监控设备再实验室的进出，并触发报警，经服务器通知维管人员。

     3、上机管控子系统：用于上机管控，与设备管理系统的预约联动，可刷卡上下机，记录上下机信息。

     4、一键报障子系统：用于系统保障，可选择保障机器，填写故障描述。

         信息管理子系统可以在PC和移动端(ANDROID、IOS)设备上使用，下面我们将针对每个子系统进行方案设计。

2.    方案设计

     2.1. 实验室信息管理子系统(LIMS)

         信息管理子系统，我们划分为首页、系统管理、设备管理、预约管理、维保管理、部件管理6个业务模块，系统模块功能结构图如下所示，下面我们将分模块详细描述每个模块的功能。

图3 设备管理系统模块架构图

     2.1.1.首页

         首页是欢迎页，用于展示欢迎信息及系统通知公告，显示未完成的预约数，点击可跳到预约模块。

      此外还可以显示各模块导航图标，方便跳转到各个模块。

     2.1.2.系统管理

         系统管理包含组织目录管理、角色(岗位)管理、用户管理、系统公告、系统设置几个部分。

Ø  组织目录：用于维护组织架构，以树状形式展示, 可以进行导入。

Ø  角色(岗位)管理:可自由新建角色，设置每个角色的权限，具体到每个业务窗口，人员支持导入。

Ø  人员管理：人员信息维护，可分配人员角色、部门。

Ø  系统公告：可发布系统公告，展现于首页，用于发布一些通知或者规章制度。

Ø  基础设置：系统的基础数据和基础设置维护。

     2.1.3.设备管理

         设备管理模块主要用于管理设备及设备相关联的信息，查询设备各种数据

Ø  设备概要：设备概要页用于展示设备信息汇总，包括总设备数、设备种类、故障设备数、待保养、待维修数量等等。

Ø  设备规格管理：设备规格分为设备类型和设备参数两部分，设备规格的管理是为了防止有多个相同类型的设备，在录入时需要多次录入相同的信息。针对不同的设备类型，可以为少不同特别的设备单独设计参数表单，其余的使用通用表达。此模块提供设备规格的维护功能。

图4 设备规格参数参考

Ø  实验室管理：实验室管理包含楼层管理和实验室信息管理，每个实验室包含编号、楼层、门牌、面积、描述等基础信息，此外一个实验室还需关联一个或多个RFID阅读器编号。

Ø  设备信息管理:此模块设备列表(台账)功能，包含设备的增删查改及导入，设备台账中可展示设备的编号、名称、状态(正常、维修、保养)、最后所在位置等信息。

      设备列表中点开可查看设备详情，设备详情包含设备编号、设备名称、规格参数、所在地、厂家、采购日期、使用说明、特性、图片、是否带电脑等等信息。

      此外也可查看设备的维保记录、预约记录等信息，当设备位置变更时，系统自动通过系统通知和短信通知管理员，管理员可查询设备的所有历史移动记录。

      每个设备需要关联一个RFID标签，使用桌面式RFID阅读器录入，还需要关联一个IC卡阅读器及电源控制器。

Ø  设备报废：可以进行设备报废操作，可以查询所有报废设备列表，报废的设备不再显示在设备台账中。报废设备的历史数据仍然保留，以便日后查询。

    2.1.4.预约管理

         预约管理模块用于管理设备预约与统计预约情况.

Ø  预约记录：用于查询所有预约记录，可以查看所有记录，可以按设备以时间线方式查看,预约列表上以不同展示已上机、上机中、。

Ø  预约上机：预约使用设备，进行时间互斥检测，预约后需要审批才能生效，快到上机时间时以系统通知及短信方式通知使用者。上下机必须要到设备刷卡才能生效。

Ø  预约审批：管理员审批上机预约信息，可以通过和驳回，驳回时需要填写理由，审批信息以系统通知及短信方式通知使用者。

图4 上机流程图

Ø  信息统计：可以按时间段统计设备预约使用情况，分为设备统计和人员统计两种。

2.1.5.维保管理

Ø  维保计划：设置计量、核查维护等计划，快到期前提醒相应人员。

Ø  维保记录：执行计划后填写详单，包括事件、内容、费用等。

Ø  故障处理：故障列表来自一键报障系统或者手动录入，管理员可对列表中故障进行处理，生成对应记录。

2.1.6.部件管理

Ø  部件规格：部件规格和设备规格类似，包含类型和参数，可以增删查改，数量过低时用红色预警。

Ø  库存查询：可分类查询每种部件库存数量。

Ø  部件出入库：出入库单填写，生成对应记录，可设计成需要领用或者入库人员确认方式，确认方式待定。

Ø  阈值预警：设置部件库存低于阈值时通知管理员。

     2.1.7.移动终端信息系统

         移动终端信息系统是整个业务系统的一部分，使用和PC端相同的账号，移动终端的功能包括，设备台账、设备预约、预约审批、接收通知等功能。

     2.2. 设备安全监控子系统

      设备安全监控子系统用于定位设备位置信息，为管理员定位设备、管理设备提供依据，设计监控系统使用射频识别(RFID)的方式实现。

      RFID技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。每台设备需要贴上一个RFID标签，并将标签录入设备管理业务系统，在每个实验室门口天花板放置一体式RFID阅读器，每个阅读器有椭圆形的阅读范围，最大距离可达10米，可以根据需要调节。当设备靠近实验室门口，天线感应到标签，将检测位置发送给服务器，服务器分析后将通过手机推送或短信方式通知管理员。在系统中也可以单独取消某实验室或者某设备的报警，方便在设备维修或者移位时使用。

      在系统中可查询设备的所有移动历史节点，便于管理员查询分析设备动向。 RFID监控需要解决的问题是感应区域不够准确的问题防止误读，这个可以根据现场情况进行设备和标签的调整，可以进行3种方式的调整

      1、调整阅读器的感应范围

      2、更换合适的RFID标签，RFID标签有强有弱，感应距离可以从几十厘米到几十米不等，此方案中采用阅读距离2.5米内的标签。

      实际需求中有大概40个实验室需要安装RFID监控设备，需要40套RFID阅读器，每个设备需要一个RFID标签，需要248个标签.

图6 安全监控子系统系统结构图

     2.3. 上机管控子系统

      上机管控子系统主要应用于实验室，对预约后的人员进行上机管控,分为带电脑的设备和不带电脑设备2种。

     2.3.1.带电脑的设备

      对于带电脑的实验设备，在每台电脑上安装一个上机管控客户端及接入一个USB IC卡读卡器，软件安装好后将随机器启动，管控客户端启动后自动将机器操作锁定，上机时需先刷卡。管控终端读取到IC卡信息后将与后台预约数据进行对比，符合上机条件时自动解锁，并记录上机时间，此时可上机操作。

      上机人员下机时可以在管控终端上进行下机操作或者直接刷卡下架，下机后管控终端自动将系统锁住，并记录下机时间。

      快到下机时间时，终端将在系统右下角进行弹窗提醒，到期后将直接把系统锁住。

      管控终端提供管理员管理的模式，按特定组合键后可弹出密码框，管理员输入后解锁，可自由操作，不记录上机时间，操作完成再次启动锁定即可。

     2.3.2.不带电脑设备

         不带电脑设备中有部分是不需要预约的，不需要预约设备只需要配备一台网络IC卡读卡器，刷卡后系统记录时间即可，读卡器带液晶显示屏，可显示简要的上机信息或设备状态。

    需预约的设备除了配置一个无线智能插座外再另行配置一个带液显的网络IC卡读卡器，上机时直接刷卡，读卡器将卡信息反馈给服务器，由服务器处理后发送指令给智能控制器进行电源开关。无需预约的设备每个设备配置一个网络IC卡读卡器，上下机时直接刷卡记录。

      此方案的读卡器可选能显示4行文字带键盘，每个读卡器需要单独接网线，所有的逻辑控制都在服务器端完成。刷卡后检测与IC卡读卡器绑定的设备是否有此人预约信息，若没有提示“未预约”，如果有未开始的预约，显示“未到上机时间，上机时间为xxx-xxx”，若预约已开始，显示刷卡人姓名，上机时间。上机时间快到时，系统控制刷卡器发出滴滴滴声音，显示屏显示“您的上机时间还有xx分钟”，且系统发送短信进行提醒。

      此方案的优点在于上下机操作少，直接刷卡即可上机/下机，缺点在每个设备都要配置一个带液显的IC卡读卡器，成本稍高。

图7 单设备刷卡上机方案拓补图

      为了防止插座被随意拔插，可以在每个电源控制插座外层加一层带锁盒，设备电源插上后将盒子锁住，需要移动时再将盒子打开，为了防止对无线信号出现干扰，盒子采用亚克力板材制作。

此方案所需硬件预估如下：

     2.4. 一键报障子系统

        一键报障子系统用于给使用人员发现实验室设备故障时向管理者申报故障，我们建议使用嵌入式(壁挂式)多点触控平板，每个平板上安装一个报障终端，每个终端跟实验室关联，报障时只能选择这个实验室的设备，可以填写故障描述。报障提交后，管理员可以收到实时提醒，并在维保管理的故障处理模块中插入一条新记供管理员处理。

      平板的选择上我们建议采用windows系统的触摸式电容级平板，屏幕尺寸13-15寸左右，windows的可定制性及可扩展性更强，拥有更多的可扩展接口，主要考虑到此平板不仅仅可以作为报障终端，还可以作为实验室信息展示的窗口，例如平时可以用于展示本实验室预约信息，实验室设备信息，或者注意事项、通知公告等，需要报障时在平板上点击呼出保障窗口进行保障。以后还可以接入温控、湿控设备，展示温湿度信息。更重要的是可以作为一个分布式的网关节点，减少因以为无法上机的情况(后面详述)。

      一键报障系统开机后自动启动应用程序，系统设置为只允许运行保障终端程序，其他应用禁止运行。

图9 壁挂式平板

      此方案所需设备列表如下

     2.5. 故障预防机制设计

为了防止种种原因导致系统无法正常运行，例如说网络原因导致终端与服务器连接不上、硬件损坏等等，应设计一套合理的方案来预防这种情况或将故障处理时间降到最低。

     2.5.1.服务器自启方案

      为了防止服务器及报障、上机管控终端（这3种程序需要长期运行）出现假死或者崩溃的情况，我们在每个应用程序上都附加一个监控服务，用于监控应用程序是否正常运行，万一被监控程序出现停止的情况，监控程序会自动将他们启动，最大程度降低停机时间，减少人工干预的工程。除此之外，还能自动将出问题的日志及分析文件上传，帮助分析和改善出现的问题。

     2.5.2.分布式网关设计

      我们认为在整套系统中，稳定性是重中之重，如果整个系统不稳定，那么会影响实验人员的上机操作。在实际环境中除了整个系统的稳定之外，还需要对外部的硬件故障做对应处理，例如实验室到服务器之间网络出现故障，改怎么保障实验人员正常上机。

      针对这种情况我们设计了一种分布式网关方案，除了服务器上部署一个总网关之外，在每个实验室的平板上再增加一个网关节点，IC卡读卡器与电源控制器直接与实验室网关节点连接，网关节点再与服务器总网关相连。节点网关会与总网关定时同步，将本实验室的设备预约数据下载下来缓存，平时网络正常的情况下，节点网关接收到刷卡等信息后，转发给总网关处理，若是与总网关无法连接的情况下，直接读取本地缓存的信息进行处理，保障无法与总网关无法连接的时的上机处理。

      若是系统在整个公司推广，那么各个分公司于总部服务器的网络连接更是无法保障的，我们也会按照这种机制，将总部作为一级网关，各分公司服务器作为二级网关，实验室作为三级网关做分级缓存，最大程度保障各子系统的独立运行。

3.    实施内容与实施方案

      本方案实施内容包括上述内容中的所有软件开发与部署，上述硬件的采购、对接及安装，若实施过程中涉及线路及墙体改造的，不包含在本方案内容中。本方案软件内容包含：

本方案涉及硬件包括：