數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的大型科研儀器設(shè)備管理模式探索

范傳偉，付琴琴，郭朝維，朱曉東，單智偉

（西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710049）

0 引言

大型儀器設(shè)備在當(dāng)今科學(xué)研究中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。近些年我國(guó)高校大型儀器設(shè)備投資購(gòu)置迎來(lái)了快速增長(zhǎng)，以金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為例，2020年實(shí)驗(yàn)室30萬(wàn)元以上大儀器設(shè)備共計(jì)113臺(tái)，近10年投資購(gòu)置金額年均增長(zhǎng)率約20%，增長(zhǎng)趨勢(shì)如圖1所示。隨著實(shí)驗(yàn)室大型儀器設(shè)備臺(tái)數(shù)和單臺(tái)購(gòu)置金額的不斷刷新，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的運(yùn)行管理［1-3］、技術(shù)人員的服務(wù)水平［4-6］、設(shè)備的利用率［7-10］、開放共享程度［11-13］和收費(fèi)機(jī)制［14-15］都受到了前所未有的挑戰(zhàn)和關(guān)注。針對(duì)以上問題，金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室多年來(lái)進(jìn)行了持續(xù)探索和實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)室始終以一線用戶需求為中心，通過管理制度的合理設(shè)計(jì)和與之相匹配的設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的自主研發(fā)應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室7×24 h高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室30萬(wàn)元以上儀器設(shè)備購(gòu)置趨勢(shì)

1 大型儀器設(shè)備可持續(xù)運(yùn)行管理機(jī)制

1.1 設(shè)備使用分級(jí)培訓(xùn)制度

實(shí)驗(yàn)室對(duì)重點(diǎn)儀器設(shè)備使用實(shí)行分級(jí)培訓(xùn)，設(shè)備管理員根據(jù)用戶需求和設(shè)備實(shí)際情況制定分級(jí)培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)，確定各級(jí)別培訓(xùn)項(xiàng)目，表1展示了日立H-9500環(huán)境透射電鏡分級(jí)培訓(xùn)項(xiàng)目。新用戶經(jīng)過申請(qǐng)、理論考查、上機(jī)培訓(xùn)等標(biāo)準(zhǔn)流程，在綜合考核合格后，由管理員頒發(fā)初級(jí)操作證書，并分配相應(yīng)設(shè)備預(yù)約及使用權(quán)限。用戶積累足夠操作經(jīng)驗(yàn)后可申請(qǐng)更高級(jí)別培訓(xùn)，直至擁有獨(dú)立操作設(shè)備的權(quán)限。此外，當(dāng)用戶長(zhǎng)期不操作設(shè)備，達(dá)到一定天數(shù)后自動(dòng)取消設(shè)備預(yù)約及操作權(quán)限，重新考核通過后方可上機(jī)。

表1 日立H-9500環(huán)境透射電鏡分級(jí)培訓(xùn)項(xiàng)目

分級(jí)培訓(xùn)為用戶和設(shè)備管理員都帶來(lái)了諸多益處。

（1）用戶。①通過培訓(xùn)獲得了親自操作設(shè)備的資格，鍛煉了操作設(shè)備的能力，有利于深入開展課題和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；②實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和時(shí)間安排都更加自主，通過高級(jí)培訓(xùn)考核，獲得獨(dú)立操作設(shè)備資格的用戶可以自由預(yù)約晚上和節(jié)假日機(jī)時(shí)，大大提高了實(shí)驗(yàn)時(shí)間的靈活性；③高級(jí)用戶將有資格被聘為設(shè)備協(xié)助管理員，在幫助實(shí)驗(yàn)室高效運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，可以獲取一定報(bào)酬并得到進(jìn)一步的管理鍛煉。

（2）設(shè)備管理員。①工作重心由為用戶代做實(shí)驗(yàn)變?yōu)橛脩襞嘤?xùn)，大幅減少了低水平重復(fù)勞動(dòng)，可將更多的精力用于設(shè)備開發(fā)升級(jí)和自我能力提升；②用戶經(jīng)過高級(jí)培訓(xùn)和授權(quán)后有能力和資格獨(dú)立操作設(shè)備，即使管理員在下班、休假和出差時(shí)設(shè)備也能提供正常服務(wù)，有效增加了設(shè)備的使用效率。

1.2 技術(shù)人員年假和輪崗制度

高校實(shí)行的寒暑假制度對(duì)研究型大學(xué)越來(lái)越顯示出它的弊端。如設(shè)備通常會(huì)和管理員一起“休假”，導(dǎo)致大量可用機(jī)時(shí)被浪費(fèi)。金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從幾年前就開始嘗試將部分技術(shù)人員的休假由原先的寒暑假模式轉(zhuǎn)變?yōu)槟昙倌Ｊ?。每位技術(shù)人員年假基數(shù)為20 d，實(shí)際年假天數(shù)按照工齡累積，每增加1年工齡，年假時(shí)間增加1天，個(gè)人休假時(shí)間可在不影響正常的教學(xué)和科研工作的前提下自由安排。這樣既保證了實(shí)驗(yàn)室在寒假期間的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，又使得技術(shù)人員的休假時(shí)間可避開假期期間旅游景點(diǎn)和公路交通的人流高峰期。

為配合年假制度，實(shí)驗(yàn)室同時(shí)在技術(shù)人員中推廣輪崗制度，定期（2～3年）輪換技術(shù)人員的工作崗位，鼓勵(lì)技術(shù)人員一專多能。輪崗制度一方面拓寬了技術(shù)人員的工作范圍，提升了工作能力和業(yè)務(wù)素養(yǎng)；另一方面，在技術(shù)人員出差或休假期間，也能夠有其他同事能夠?yàn)樵O(shè)備提供不間斷服務(wù)。

年假制度和輪崗制度的設(shè)立有效提升了設(shè)備在各類假期中的機(jī)時(shí)利用率，為設(shè)備全年工作在飽和狀態(tài)下提供了制度和條件保障。

1.3 設(shè)立在線預(yù)約管理平臺(tái)

為了配合以上制度的高效執(zhí)行，實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備在線預(yù)約管理系統(tǒng)“易約”。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在保證簡(jiǎn)潔易用的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)強(qiáng)化了用戶預(yù)約權(quán)限配置功能。設(shè)備管理員可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)情況靈活地為用戶分配預(yù)約權(quán)限，不同權(quán)限組的用戶對(duì)工作、下班和假期時(shí)間擁有不同的預(yù)約權(quán)限，同時(shí)每個(gè)權(quán)限組的單次最小預(yù)約時(shí)間、單次最大預(yù)約時(shí)間和周期內(nèi)最長(zhǎng)預(yù)約時(shí)間均可靈活配置。系統(tǒng)權(quán)限組功能和用戶分級(jí)培訓(xùn)制度的有機(jī)結(jié)合，能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)用戶預(yù)約的高效、公平和靈活性。此外，系統(tǒng)提供了詳細(xì)的機(jī)時(shí)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表導(dǎo)出功能。通過上述功能的開發(fā)和應(yīng)用，在規(guī)范預(yù)約流程的同時(shí)將設(shè)備管理員從煩瑣的事務(wù)性工作中解放出來(lái)。

2 設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用探索

在設(shè)備預(yù)約管理平臺(tái)長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，系統(tǒng)積累了寶貴的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)分析挖掘，可快速獲取實(shí)驗(yàn)室各方面的準(zhǔn)確運(yùn)行信息，進(jìn)而將實(shí)驗(yàn)室管理決策方式從以往的經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式。

2.1 設(shè)備機(jī)時(shí)分析

圖2展示了聚焦離子束設(shè)備2015～2018年間設(shè)備預(yù)約趨勢(shì)。由歷年的運(yùn)行曲線可見，每年2月份由于春節(jié)假期預(yù)約機(jī)時(shí)會(huì)達(dá)到最低值，此時(shí)是設(shè)備最空閑的時(shí)期，3月后預(yù)約機(jī)時(shí)將快速到達(dá)每月400 h左右的平臺(tái)期，而每年12月通常會(huì)迎來(lái)機(jī)時(shí)預(yù)約的最高峰，2018年12月當(dāng)月預(yù)約機(jī)時(shí)高達(dá)526 h，設(shè)備日均工作17 h，處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

圖2 聚焦離子束設(shè)備2015～2018年預(yù)約機(jī)時(shí)趨勢(shì)

設(shè)備管理員可以通過上述周期性的機(jī)時(shí)預(yù)約曲線合理預(yù)測(cè)設(shè)備繁忙程度，據(jù)此安排設(shè)備保養(yǎng)計(jì)劃和個(gè)人休假計(jì)劃。實(shí)驗(yàn)室管理者也可以通過曲線的異常變化獲知設(shè)備出現(xiàn)的異常狀況。如圖2中預(yù)約曲線在2017年10月出現(xiàn)異常下降，查詢?cè)O(shè)備維修保養(yǎng)記錄可知，該月份設(shè)備樣品臺(tái)發(fā)生故障持續(xù)了1周時(shí)間，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)暫停，加之當(dāng)月有1周國(guó)慶假期，該設(shè)備預(yù)約機(jī)時(shí)較往年同期明顯偏低。

圖3展示了聚焦離子束設(shè)備2018年6月按自然周統(tǒng)計(jì)的日均預(yù)約機(jī)時(shí)數(shù)，可見設(shè)備預(yù)約機(jī)時(shí)僅在周六出現(xiàn)了小幅下降，除周六外的其他時(shí)間設(shè)備當(dāng)日預(yù)約機(jī)時(shí)均超過12 h。圖4展示的聚焦離子束設(shè)備全天各時(shí)段預(yù)約人次數(shù)據(jù)是基于2018年全年預(yù)約數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得，可見絕大部分用戶會(huì)在每日8：00-21：00使用設(shè)備，1年中有接近1／3的用戶會(huì)選擇在晚上22～23：00進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，0：00點(diǎn)以后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的用戶極少。

圖3 聚焦離子束設(shè)備2018年6月日均預(yù)約機(jī)時(shí)

圖4 聚焦離子束設(shè)備全天預(yù)約時(shí)段分布

圖2～4分別在年、周和天的尺度上描繪了設(shè)備的詳細(xì)預(yù)約情況，由這些數(shù)據(jù)可以客觀地獲得設(shè)備使用的閑忙規(guī)律，為進(jìn)一步利用空閑機(jī)時(shí)，分流使用高峰提供了可靠依據(jù)。實(shí)驗(yàn)室甚至可以在此基礎(chǔ)上嘗試對(duì)設(shè)備機(jī)時(shí)進(jìn)行浮動(dòng)定價(jià)，對(duì)夜間和假期等典型空閑時(shí)段的機(jī)時(shí)費(fèi)用給予一定折扣，利用價(jià)格因素調(diào)控供需關(guān)系，進(jìn)一步提升設(shè)備的使用效率。

2.2 用戶使用分析

圖5展示了聚焦離子束設(shè)備2018年度用戶預(yù)約機(jī)時(shí)排行。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人對(duì)團(tuán)隊(duì)成員的工作量通常只能進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，當(dāng)獲得團(tuán)隊(duì)成員在各臺(tái)設(shè)備上的準(zhǔn)確使用數(shù)據(jù)后，結(jié)合團(tuán)隊(duì)成員的科研產(chǎn)出，便能為衡量每位成員的投入產(chǎn)出比提供一種量化的指標(biāo)，為團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人更高效地指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員開展科研活動(dòng)提供參考。

圖5 聚焦離子束設(shè)備2018年度用戶預(yù)約機(jī)時(shí)排行

2.3 設(shè)備橫向?qū)Ρ?/h3>

圖6展示了實(shí)驗(yàn)室多臺(tái)大型設(shè)備2018年度機(jī)時(shí)預(yù)約占比，通過對(duì)各臺(tái)設(shè)備運(yùn)行機(jī)時(shí)的橫向?qū)Ρ?，一方面能夠?yàn)榇_定后續(xù)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)支持方向提供參考，另一方面能夠客觀衡量各臺(tái)設(shè)備管理員工作量，合理分配工作任務(wù)。

圖6 實(shí)驗(yàn)室大型儀器設(shè)備2018年度預(yù)約機(jī)時(shí)占比

3 結(jié)語(yǔ)

大型儀器設(shè)備運(yùn)行管理是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，各項(xiàng)管理制度的制定和管理系統(tǒng)的應(yīng)用需要相互配合，環(huán)環(huán)相扣。本文介紹的分級(jí)培訓(xùn)制度、年假制度、輪崗制度和預(yù)約管理系統(tǒng)的應(yīng)用為大型儀器設(shè)備的高效率運(yùn)行提供了制度保障和平臺(tái)保障。隨著實(shí)驗(yàn)室信息化管理系統(tǒng)的普及，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行所積累的運(yùn)行數(shù)據(jù)是一項(xiàng)寶貴的財(cái)富，對(duì)這些數(shù)據(jù)的充分挖掘利用，能夠幫助實(shí)驗(yàn)室的管理決策由以往的經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)模式過渡到更加科學(xué)高效的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式。

·名人名言·

自己動(dòng)手，自己動(dòng)腳，用自己的眼睛觀察這是我們實(shí)驗(yàn)工作的最高原則。

——巴甫洛夫