开题报告-基于网络的高校开放性大型仪器共享平台的设计与实现

开题报告-基于网络的高校开放性大型仪器共享平台的设计与实现       
开题报告内容
本选题在国内外研究状况    国外研究状况：
国外大型仪器共享平台的研究主要集中在大型仪器设备的购买与审批、大型仪器设备的产权所有、大型仪器设备的使用三个方面。
大型仪器设备的购买与审批方面，美国：以《联邦政府采购法》和《关于对高等教育机构、医院及非盈利机构给予资助的统一管理要求》为法律依据，美国联邦政府对购置仪器设备的支持通常是通过联邦政府各部门来进行。英国：由英国贸工部（DTI，Department of Trade and Industry）下属的科技办公室（OST，Office of Science and Technology）负责。德国：由德国联邦教研部与德国赫姆霍尔茨研究中心联合会（HGF）负责。
大型仪器设备的产权所有方面，美国：美国联邦经费购置的仪器设备的产权归属问题比较复杂，产权归属分为多种情况。英国：国家重大科研仪器设施是政府全额资助建设的其产权完全归政府所有。德国：按不同机构出资比例来体现所有权。日本：所有权归国家所有。韩国：国家购置的归国家所有，国家资助的归购置方所有。
大型仪器设备的使用方面，美国：按大型仪器设备所属机构的优先顺序进行使用，同时向社会开放。英国：英国大科研仪器设施向社会开放的范围非常广泛，只要符合使用条件的人员或机构都可以提出使用申请。德国：国家大科研仪器设施原则上向所有科研机构及科学家开放，无论是德国的，还是外国的，无论是科研机构的，还是大学的科研人员，都可以申请使用国家大科研仪器设施。日本：大型仪器只要向社会开放的，基本上都是免费的，但根据使用目的，有时也进行收费。

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国内研究状况：
国内高校对大型仪器的共享问题做了一些研究，如中山大学的“贵重仪器管理与绩效分析系统”于2006年作为校级平台上线使用，但并没有实现校际间共享[1]；厦门大学针对“贵重仪器设备开放共享管理及网络化信息系统”做过探讨，通过该平台可实现院校内贵重仪器设备的资源共享，提高校内贵重仪器设备的使用率，而校外单位须经过一系列手续缴费后方能使用[2]；天津大学的赫宜利用“高校教学科研仪器设备管理信息系统”使高校内部贵重仪器的共享管理及账目管理在理论上得以实现，却未能在实际中使用[3]。为促进大型科学仪器设施信息公开和资源共享，上海市人大常委会表决通过了《上海市促进大型科学仪器设施共享规定》，并于 2007年11月1日起正式施行。杨玉文在《提高大型仪器设备利用率的探索与实践》中提出了建立共享平台，实现网络化管理，包括预约管理、测试管理，加强仪器宣传，建立激励机制[4]。韩富在《高等学校大型仪器设备共享平台建设研究》中提出了共享系统建设中共享机制的基本保障，包括观念保障、制度保障、技术队伍保障、网络保障、资金保障五个方面[5]。



选题目的和意义    选题的目的： [资料来源：http://doc163.com]
基于网络的高校大型仪器共享平台建设的主要目的是对高校大型仪器的管理模式进行优化，争取做到以下几点：
一、统一管理，提高效率
构建高校大型仪器实验教学、检测服务平台，将全部大型仪器设备和通用检测设备进行统一管理，最大限度地发挥大型仪器设备在教学、科研、学科建设及社会服务方面的作用。该模式既实现了大型仪器的校内专管共用、资源共享，提高了大型仪器的利用率，又限制了大型仪器的分散管理和重复购置。
二、加大开放，促进共享
提高高校大型仪器设备使用效率不仅是高校所期望的，更是社会所需求的。在以满足正常实验教学为需要，兼顾科研为原则，以实行专管共用、资源共享为目标，使大型仪器设备有效对外开放，促进资源更大限度的共享。
三、加强考核，发挥效益 
大型仪器效益考核主要目的是促进大型仪器的有效利用，充分发挥其实际价值，不断挖掘其潜在的功能。通过对使用机时、测样数量、科研产出量等方面进行统计来促进仪器发挥功效；通过开放平台可以随时随地了解大型仪器的使用状况； 采取激励机制加大开放力度，适当收取测样费或工时费，来保证大型仪器消耗材料成本、人员加班费、大型仪器维护成本。
选题的意义：

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近年来，高校办学规模不断扩大，对实验室的建设投入不断增加，实验室建设进入了前所未有的快速发展期。与此同时，高校实验室大型贵重仪器设备的数量已有较大增长，近些年的增长速度甚至明显超过仪器设备的总体增长速度。根据教育部的统计数据，2007-2011年，全国高校单价在人民币40万元（含）以上的教学科研仪器设备总值从124亿元增长到246亿元，５年间贵重仪器实现了翻番。这也从另一方面说明高校对大型贵重仪器设备的需求非常强烈。
高校大型仪器规模扩大的同时，原有大型仪器管理模式的弊端逐渐显现。如大型仪器论证缺乏整体性的协调[6]、建设力量分散重复购置[7]、信息反馈不足缺少量化考核的有效手段[8]、开放共享力度较差，使用效率低等。虽然这些弊端都已被充分认识，有针对性的管理机制创新也已经得到了广泛的研究和讨论，但有效的管理方式仍然没有得到全面的应用和推广。面对这一形势，很多高校都提出了解决方法，分别在创新多级管理模式[6,9-11]、完善大型仪器设备共享有偿使用机制和有效的激励机制完善人员培训计划[10,12-13]，自主开发或采购信息化的大型仪器设备共享管理系统[6,9-11,13-14]等方面进行了卓有成效的探索和实践。
利用信息技术手段建设新型的大型仪器共享管理平台已经逐渐成为高等学校大型仪器管理模式的重要发展方向。而大型仪器设备作为科学研究重要手段，是高等学校开展教学和研究工作的重要物质基础，是各高校办学实力与科研水平的重要标志。其利用率高低关系到高等学校科技创新能力的形成和发挥，对建设创新型高校具有重要意义。 [资料来源：http://Doc163.com]
论文主要内容    论文对高校开放性大型仪器共享平台的研究背景和现状做概要分析，在相关理论技术、功能和结构设计方面做详细阐述，以开发高校开放性大型仪器共享平台的需求和目标入手进行分析、设计、开发。论文的主要内容有：
1、系统的需求分析与设计
2、系统体系结构设计
3、系统数据库设计
4、系统主要功能的实现
5、系统性能测试



实验设计方案或调研方案    一．系统的理论基础及相关技术
1 面向对象的系统分析与方法
面向对象(Object Oriented,OO)是一种认识客观世界的世界观，是从结构组织角度模拟客观世界的一种软件方法学。它包括了面向对象的分析(Object Oriented Analysis,OOA)、面向对象的设计(Object Oriented Design,OOD)以及面向对象的编程(Object Oriented Programming,OOP)等。
2 UML系统建模技术
 软件工程领域在1995年~1997年取得了前所未有的进展，其成
果超过软件工程领域过去15年的成就总和，其中最重要的成果之
一就是统一建模语言(UML)的出现。UML将是面向对象技术领域内占
主导地位的标准建模语言。UML是一种定义良好、易于表达、功能
强大且普遍适用的建模语言。它融入了软件工程领域的新思想、新
方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计，还
支持从需求分析开始的软件开发全过程。
作为一种建模语言，UML的定义包括UML语义和UML表示法两个
部分。
(1) UML语义描述基于UML的精确元模型定义。元模型为UML
的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明，
使开发者能在语义上取得一致，消除了因人而异的最佳表达方法所
造成的影响。此外UML还支持对元模型的扩展定义。
(2) UML表示法定义UML符号的表示法，为开发者或开发工具使
用这些图形符号和文本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号
和文字所表达的是应用级的模型，在语义上它是UML元模型的实例。
标准建模语言UML的重要内容可以由下列五类图(共9种图形)来定义：
第一类是用例图，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的
操作者。
第二类是静态图(Static diagram)，包括类图、对象图和包图。
其中类图描述系统中类的静态结构。不仅定义系统中的类，表示类
之间的联系如关联、依赖、聚合等，也包括类的内部结构(类的属
性和操作)。类图描述的是一种静态关系，在系统的整个生命周期
都是有效的。
对象图是类图的实例，几乎使用与类图完全相同的标识。他们
的不同点在于对象图显示类的多个对象实例，而不是实际的类。一
个对象图是类图的一个实例。由于对象存在生命周期，因此对象图
只能在系统某一时间段存在。
包由包或类组成，表示包与包之间的关系。包图用于描述系统的分层结构。
第三类是行为图(Behavior diagram )，描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。其中状态图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条件。通常，状态图是对类图的补充。
在实用上并不需要为所有的类画状态图，仅为那些有多个状态其行为受外界环境的影响并且发生改变的类画状态图。
而活动图描述满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系，有利于识别并行活动。
第四类是交互图(Interactive diagram )，描述对象间的交互
关系。其中时序图显示对象之间的动态合作关系，它强调对象之间
消息发送的顺序，同时显示对象之间的交互;协作图描述对象间的
协作关系，协作图跟顺序图相似，显示对象间的动态合作关系。除
显示信息交换外，协作图还显示对象以及它们之间的关系。如果强 [资料来源：http://Doc163.com]
调时间和顺序，则使用时序图;如果强调上下级关系，则选择协作
图。这两种图合称为交互图。
第五类是实现图(Implementation diagram )。其中构件图(组
件图)描述代码部件的物理结构及各部件之间的依赖关系。一个部
件可能是一个资源代码部件、一个二进制部件或一个可执行部件。
它包含逻辑类或实现类的有关信息。部件图有助于分析和理解部件
之间的相互影响程度。
配置图(部署图)定义系统中软硬件的物理体系结构。它可以显
示实际的计算机和设备以及它们之间的连接关系，也可显示连接的
类型及部件之间的依赖性。在节点内部，放置可执行部件和对象以
显示节点跟可执行软件单元的对应关系。
从应用的角度看，当采用面向对象技术设计系统时，首先是描
述需求；其次根据需求建立系统的静态模型，以构造系统的结构；
第三步是描述系统的行为。其中在第一步与第二步中所建立的模型
都是静态的，包括用例图、类图(包含包)、对象图、组件图和配置
图等五个图形，是标准建模语言UML的静态建模机制。其中第三步
中所建立的模型或者可以执行，或者表示执行时的时序状态或交互
关系。它包括状态图、活动图、时顺序图和合作图等四个图形，是
标准建模语言UML的动态建模机制。因此，标准建模语言UML的主
要内容也可以归纳为静态建模机制和动态建模机制两大类。

二．系统的需求分析与设计
系统需求分析是系统开发的最重要的部分。需求分析的过程就
是分析系统用户的要求是什么，系统具体做什么，对目标系统提出
完整、准确、清晰、具体的要求。
1系统需求描述
基于网络的大型仪器共享平台的主要任务是学校统一管理大
型仪器设备的有偿开放服务，以达到协作共用，资源共享，提高设
备的使用效率的目的。本系统主要包括三部分：客户预约系统；设
备与客户信息处理系统；后台管理系统。
(1)客户预约系统
采用Browser/Server结构设计，为教师、学生及校外单位提
供一套操作简单、应用广泛的查询预约系统，实现网上信息的浏览
和预约信息的提交功能。
系统简介：介绍此系统的操作流程及注意的事项。
仪器列表：以表格的形式显示大型精密仪器设备的基本信息。点击
仪器名称可以进入该仪器的详细信息，包括基本信息、技术指标、
主要附件、 可提供的服务以及收费标准。
设备搜索：按设备编号或设备名称进行查询并显示找到的设备的详 [资料来源：http://www.doc163.com]
细信息。
预约：浏览仪器列表或根据仪器编号查询功能，定位某一仪器，点
击该仪器名称，弹出预约信息窗口，用户输入预约信息并提交。
信息反馈：对用户所关心或出现的问题提供网上反馈或投诉功能和
环境。
(2)设备与客户信息维护
采用Browser/Server结构设计，用户为各院系负责大型精密
仪器设备管理的教师或实验人员，这些人员必须在国资处登记注册
并在此系统中分配了帐号、权限和密码。本部分的主要功能就是为
这些用户提供大型精密仪器设备的状态信息维护、预约信息处理、
信息浏览与交费管理、用户自身密码的修改等操作环境。
设备状态维护：设备状态分四种:禁用、空闲、故障、占用。本部
分的主要功能就是设备状态的初始化、设备性能及基本信息的维护
预约信息处理：对已提交预约的用户信息进行审核，通过审核者可
通过电话或E mail进行确认并通知其办理正式书面手续及时间。
凡在规定时间内不办理正式手续者，取消本次预约。提供加急服务
功能。
信息浏览与正式手续管理：设备所在单位的管理人员为预约使用该
设备的单位或个人安排使用设备的时间表并提供单位签章的确认 [资料来源：www.doc163.com]
单(一式两份，一份自留作为存根，另一份由用户持有并最终交到
国资处)，用户持此单到财务和国资处办理相关手续。通过信息浏
览可以了解到用户此次预约是否交费，及国资处是否同意的信息。
设备维修保养：对大型设备的维修保养计划提出申请并报国资处批
准(网上提交)
密码管理：用户可以修改自己的密码并严格保密。但不能修改自己
的权限。
(3)后台管理系统
本部分采用Browser/Serve结构设计，与国资处的设备管理系
统无缝结合，主要功能是将大型精密仪器设备的基本信息添加到本
系统中，实现收费管理与代金券的发放、信息检索和数据统计。
仪器设备管理：将已经购置并且登记入库的大型精密仪器设备的档
案信息提取并转入到本系统中，可以单个设备转入也可批量转入。
已转入的设备不能重新转入，但可以进行更新、修改；处理大型精
密贵重仪器的维修保养计划(申请、审批)；设备评估。
收费信息管理：根据预约使用设备的用户交费单、设备拥有单位的
确认单，打印使用某大型精密仪器的代金券并盖章，并确认收费，
用户持此券到预约单位使用设备。设备拥有单位的确认单要留下作 [资料来源：https://www.doc163.com]
为存根，以备复查。该次代金券打印后，原则上就不得再次打印。
信息检索/统计：方便的查询大型精密仪器的使用情况、状态、使
用时间的分布情况;浏览并处理用户反馈信息;实现国资处自用、上
报、存档等报表的统计功能。
系统维护：新用户的建立、老用户的管理以及数据库的维护管理，
以提高系统和数据的安全性。
2 系统基本模块
根据功能描述的内容，可以看到本系统包含三部分(可以说是
子系统)，每部分都有自己相应的功能，根据这些功能，设计出系
统的功能模块，如图所示:
 
图1系统的功能模块图
功能模块示意图的树状结构中，每一个叶节点都是一个最小的功能模块。各功能模块之间在功能上是相互独立的，它们之间的关系是以数据信息为纽带并将最终结果通过其所在的子系统记录到后台数据库中，以供其它子系统进行相关的处理。
3 系统业务流程图
前面我们已经了解了系统的功能描述、模块划分、工作方式，这是系统总体设计的重要组成部分。如果要对系统形成一个完整而全面的认识，还需要进行系统流程分析。
所谓系统流程分析就是用户在使用系统时的工作过程。对于多类型用户的管理系统来说，每一类用户的工作流程是不同的，同时，在系统的工作流程中，还将体现各个功能模块之间的依存关系。

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本系统的工作流程可简化为“预约-确认-交费-使用”这样一个过程。也就是说普通用户通过预约系统预约使用某一大型精密仪器，仪器的管理员通过客户信息维护系统处理此预约信息，确认后通知此客户到学校财务办理交费手续并到国资处领取同意使用该设备的代金券，最后到设备所在单位使用该设备。
通过对系统的工作流程进行分析，在对系统的整体结构有了全面的认识后，就可以进入系统的详细设计阶段，主要包括数据库设计、各功能模块的程序设计及程序的优化与发布。

 
                        图2 系统的工作流程图
4 系统需求分析的用例建模
需求分析阶段最主要的任务是获取用例，基于UML的面向对象的建模过程的一个主要特点就是用例分析，用例不仅能够准确获取用户需求，并且对这个系统的开发过程具有驱动作用。
(1)定义角色
角色(Actor)也可称为参与者，它并不特指人，是指系统以外的，在使用系统或与系统交互中所扮演的角色。因此参与者可以是人，可以是事物，也可以是时间或其他系统等等。有一点要注意的是，参与者不是指人或事物本身，而是表示人或事物当时所扮演的角色。

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大型仪器设备管理系统的参与者包括:任何有使用大型仪器设备意愿的人们、我校在册的教师和学生、院系设备管理人员、主管领导、系统管理人员等。
(2)定义用例
用例是对包括变量在内的一组动作序列的描述，系统执行这些动作，并产生传递特定参与者的价值的可观察结果。这是UML对用例的正式定义，对我们初学者可能有点难懂。我们可以这样去理解，
用例是参与者想要系统做的事情。对于对用例的命名，我们可以给用例取一个简单、描述性的名称，一般为带有动作性的词。用例在画图中用椭圆来表示，椭圆下面附上用例的名称。
用例的主要特征:参与者与系统间的交互关系、用例具体功能、用例中的公共属性、用例的作用范围。
大型仪器共享平台中的主要用例如下:设备预约系统、设备与客户信息处理系统和后台管理系统。
(3)建立用例图
在确定了参与者和具体的用例之后，要清晰的展示参与者和用例之间的关系，就需要建立用例图。
设备预约系统：
主要功能：为教师、学生及校外单位提供一套操作简单、应用广泛的查询预约系统，实现网上信息的浏览和预约信息的提交功能。
参与者：教师、学生及校外各单位科研人员
操作过程：用户进入大型仪器设备管理系统的网站，点击仪器名称可以进入该仪器的详细信息，包括基本信息、技术指标、主要附件、可提供的服务以及收费标准；点击设备搜索可以按设备编号或设备名称进行查询并显示找到的设备的详细信息；点击预约可以浏览仪器列表或根据仪器编号查询功能，定位某一仪器，点击该仪器名称，弹出预约信息窗口，用户输入预约信息并提交；点击信息反馈可以对用户所关心或出现的问题提供网上反馈或投诉功能和环境。

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图3 预约系统用例图
设备与客户信息处理系统:
主要功能：为院系设备管理用户提供大型精密仪器设备的状态信息维护、预约信息处理、信息浏览与交费管理、用户自身密码的修改等操作环境。
参与者：院系的设备管理人员，包括院系主管领导。
操作过程：用户进入大型仪器设备管理系统的网站，按自己注册的帐号登录系统，系统自动根据用户的权限提供可供管理的设备和可用的系统功能。



 
图4 设备与客户信息处理系统用例图
后台管理系统：
主要功能：与国资处的设备管理系统无缝结合，主要功能是将大型精密仪器设备的基本信息添加到本系统中，实现收费管理与代金券的发放、信息检索和数据统计。
参与者：实验室与设备管理处的系统管理人员和主管领导。
操作过程：用户进入大型仪器设备管理系统的网站，按自己注册的帐号登录系统，系统根据分配予该用户的权限提供相应的功能。
 
              图5 后台管理系统用例图

三．系统体系结构设计
大型仪器共享系统的体系结构采用多层次的B/S体系结构。 [资料来源：https://www.doc163.com]
1系统分层
典型的应用系统结构是将系统分为三个逻辑层：表示层，业务逻辑层，数据访问层。
(1)表示层
表示层用来处理用户和软件之间的交互，如现在比较常见的如富客户端图形化界面程序，基于HTML和网页浏览器(以下简称浏览器)的Web程序。它主要的责任是向用户展现信息以及处理用户请求。
(2)业务逻辑层
业务逻辑层处理业务逻辑和存储业务数据，校验从表示层传过来的数据，通过表示层提交的命令来执行相应的业务逻辑。
(3)数据访问层
数据访问层是用来存取业务状态数据的。通过与其他系统进行通信来完成应用的调用。其职责包括事务监控、消息系统、数据源等。在大多数的软件应用中，数据访问层最基本的功能就是存储持久化数据到数据库中。
三层体系结构中，上下各层之间具有一定的数据调用和依赖关系。这个依赖暗示了分层系统的特性规则：一层中的组件只能与同一级别中的对等实体或较低级别中的组件交互。
2划分子系统
系统的设计目标是通过将系统分解成可管理的较小的部分来处理复杂度。
(1)划分子系统的方法原则
将一个用例中确定的对象分配到同一个子系统中；创建专用子系统为多个子系统传递数据或一共服务； [资料来源：http://www.doc163.com]
降低子系统之间的关联性；子系统内部的所有对象必须功能相关，业务配合紧密。
(2)大型仪器设备共享管理系统的子系统划分
如下图所示，本系统是建立在系统后台的数据库的基础上，普通用户只须通过浏览国资处的网站就可以方便的通过Internet和局域网轻松的预约；注册用户只要在国资处登记注册(只有拥有大型精密贵重仪器设备的院系)，就可以采用登录的方式进入本系统，对本单位的大型精密仪器进行管理并处理预约信息；国有资产管理处作为最高级用户，利用局域网直接对后台数据库进行管理和处理相关的信息。图中省略了关于应用子系统中的诸多子系统。




 
图6 大型仪器共享平台的子系统图
四．系统数据库分析
根据系统功能设计的要求以及功能模块的划分，数据库需要的存储信息如下：
设备信息表
基本信息：仪器编号、仪器名称(中文、英文)、仪器型号、精密规格、生产厂家、出厂日期、总价、使用单位、管理人员、联系电话、电子邮件
共享信息：技术指标、功能及特色、适用范围、软件功能、应用成果、知名用户、提供服务、可供机时、收费标准(收费单位为小时)、备注
预约信息表
仪器信息：仪器编号、仪器名称、使用单位 [资料来源：Doc163.com]
预约用户信息：姓名、单位、职务、通信地址、邮编、E_mail、联系电话、使用意向及要求描述(如保密可不填):使用目的(实验大致描述)、使用要求(配备、时间等)、计划时间(计划使用的时间范围)、操作日期(对此预约信息在确认时自动产生一个唯一的编号并做标记)
机时分配表
设备编号、设备名称、预约编号、使用日期、使用时间[t0(00:00-01:00)、t1(01:00-02:00)、...t23(23:00-24:00)]、收费标准、金额、备注(使用时间的取值为:0为禁用，1为占用、2为故障、3为开放)
反馈信息表
仪器描述:仪器编号、仪器名称、使用单位
使用者情况描述:姓名、单位、职务、通讯地址、邮编、E mail、联系电话
使用仪器的效果、意见与建议:使用效果、意见与建议、完毕日期
用户信息表
用户ID、设备编号、密码、用户名、单位、权限
院系代码表
院系编码、院系名称、英文名称
收费信息表
预约编号、仪器编码、仪器名称、收费标准、使用总机时、收费额
准备工作情况和主要工作措施    一、 理论准备情况
本人在导师单广荣教授的悉心指导下，阅读了大量有关面向对象分析与设计、JAVA程序设计、软件工程等经典书籍和文献，同时课余时间也学习和研究了大量的相关论文，奠定了一定的理论基础。
二、 实践准备情况
（1）查阅国内外关于大型仪器共享平台建设的研究情况、相关文献资料和书籍，为系统的构建奠定坚实的理论基础。
（2）认真学习Java、Javascrip、UML等编程和建模语言，培养出良好的软件设计与代码书写能力。
（3）了解大型仪器校外共享的相关内容，为本论文所研究的共享平台校内外共享的顺利运行做好准备。
三、 主要工作措施
主要工作措施将围绕本选题提出的共享平台的三个模块展开，即设备预约模块、客户与设备信息处理模块、后台管理系统模块，对其进行详细的需求分析、结构设计以及编程实现，最后对整个系统进行测试评价。
论文应达到的水平与结果    使研究中的开放性大型仪器共享平台起到对高校仪器设备资源优化配置的作用。可以统计仪器使用信息以供决策，减少重复投资与重复购置；系统面向校内外开放，提供给校内外用户友好易用的界面，促进共享、共用，努力提高其投资效益，更好地为高校、科研单位以及社会服务。

二、学位论文工作实施计划
起讫日期    工  作  内  容  和  要  求    备  注
2014.5-2014.6    搜集、整理资料，查阅文献并完成开题报告。   
2014.6-2014.8    大量查阅文献资料，掌握相关知识。   
2014.8-2014.12    对各个子系统进行设计与实现。   
2014.12-2015.02    实现系统所有主要功能。   
2015.02-2015.05    完成论文的撰写工作并准备答辩。   

参
考
文
献
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