基于Web的高校实验室管理信息系统分析与设计.docx

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基于Web的高校实验室管理信息系统分析与设计

摘要：

本论文针对某高校工业工程实验室设计了一种基于Web的实验室管理信息系统（LMIS），本系统采用了当前流行的ASP.NET技术，以MicrosoftVisualStudio2008为开发环境、以MicrosoftSQLSERVER2005为后台数据库，使用C#作为脚本语言进行编写，同时在设计的过程中，结合了系统工程的AHP层次分析法进行方案的选择，在页面设计的时候结合了人因工程学中有关于人机界面的相关知识和理论进行设计。

该系统基于人性化设计的原则，实现了实验室信息和数据的网络化，相比于以往客户端版的管理信息系统，本系统无需安装任何的客户端软件，只要计算机拥有上网功能，就能实现实验室管理信息系统的登录和访问，能够最大限度的实现信息的共享。

由于所有的数据和处理都集中在服务器端，系统维护比较简单和方便，只要改变网页，就能实现所有用户的同步更新。

而且系统的扩展性也比较强，通过增加网页，就能增加服务器的功能。

基于Web的实验室管理信息系统（LMIS）是未来发展的主流趋势。

关键字：

实验室管理信息系统；Web；数据库；用户；模块

ABSTRACT

ThethesisisbasedonWebtoanalyzeanddesignaLMIS（LaboratoryManagementInformationSystem）foranIndustrialEngineeringLaboratoryofanuniversity.ThesystemappliesprevalentASP.NETtechnology,usesMicrosoftVisualStudio2008asthedevelopmentenvironment,utilizesMicrosoftSQLSERVER2005asdatabaseanditsscriptlanguageisC#.What'smore,thewaynamedAHP（AnalyticHierarchyProcess）fromSystemEngineeringisthebestsolutionwhenconsideringwhichmodelismoresuitable.AndtheknowledgeofHumanFactorsEngineeringisintegratedwhendesigninghuman-computerinterface.Thesystemisbasedontheprincipleofhumanity,inthemeanwhile,thelaboratoryinformationanddataareinternetized.Comparingwiththeformeronewhichisastand-aloneversion,thesystemneedsnothingclientsoftware,butthefunctionofsurfingonInternet.AndyoucanenterandvisittheLMIS.Withit,theusercansharetheinformationatmost.Atlast,becausealldataandoperationofdataarefocusedonserver,maintainingsystemiseasyandconvenient.Ifyouwanttofulfillsynchronousupdate,theonlythingyoushoulddoischangingwebpages.Andtheexpansionofsystemisalsobetter,accordingtoaddingwebpages,youcanimproveserver'sfunctions.TheLMISwhichisbasedonWebisatendencyinthefuture.

Keyword:

LMIS;Web;database;user;module

第一章绪论

第一节选题背景及研究意义

随着时代的进步，社会进入信息化发展的时代，而教育领域中的教育信息化进程受到人们日益的重视，它要求与教育相关的各个环节都要实施信息化改革，优化教育结构，提高工作效率，实现管理的科学化和规范化，以期为社会培养高素质的、具有创新能力的人才，完成教育部门所肩负的历史使命。

实验室作为学校教学中重要组成部分之一，其管理水平的高低直接关系到对教学任务的保障、对学生动手能力和创新能力的培养。

采用信息化和相关的科学手段，充分地利用好实验室的各种资源有利于促进各高等院校的信息化改革。

目前很多高校的学生人数比以往均有大幅增长，部分院校也都在重视实验室建设，增大对实验室的投入，但往往只注重设备数量的增加、建筑面积的扩大等“硬件”的投入，而往往忽视了相关配套的“软件”建设的投入。

大部分高校的实验室管理仍然采取传统的人工加纸质文档的方式，随着学校实验室规模的扩大，参加实验人数的增多，实验室管理工作变得日益繁重，手工式的管理方式已经远远不能满足相关的管理需求。

另一方面，不规范的管理状况也严重地制约了实验工作效率的提高，使得实验设备利用率低下，在管理的过程中没有相关的反馈信息来优化管理任务，总体上来说属于一种“粗放型”管理，难以满足日常的教学实验工作和学校教育信息化建设的要求[1]。

利用计算机和网络对实验室工作的相关信息和数据进行管理、开发出一套各院校通用的实验室管理信息系统被证明是提高实验室工作效率、促进实验室工作规范化管理的有效解决方案。

通过利用基于Web的实验室管理信息系统（LMIS）对学校的各级实验室日常工作相关的信息，包括静态的各种人员、设备的数据资料或者动态的实验教学过程及相关的记录信息进行高效的管理，能够有效保障实验教学任务的顺利完成，改善学生技能实践环境，巩固对理论知识的掌握，培养和提高他们的动手能力和综合运用能力。

本研究着手于解决某高校工业工程实验室存在的困扰和问题。

第二节国内外研究概况

实验室管理信息系统（LaboratoryInformationManagementSystem,简称LMIS）是指通过计算机对实验室的各种信息进行管理的计算机软件和硬件系统。

它将实验室设备的各种信息通过计算机网络连接起来，采用科学的管理思想和先进的数据库技术，来实现以实验室为核心的整体环境的全方位管理。

它集设备管理、资源管理、事务管理、网络管理、数据管理（采集、传输、处理、输出、发布），报表管理等诸多模块为一体，组成一套完整的实验室信息管理系统，既能满足外部的日常管理要求，又能保证实验室分析数据的管理和利用[5]。

实验室管理信息系统与其他技术一样也是从低级向高级发展的，并且随着相关硬件和软件的更新和换代，自20世纪60年代末产生发展到现在己经有了几代LMIS[2]:

主机/终端结构:

在这种结构中系统中所有的操作和数据库的处理都由大型的主机来完成，终端用于显示结果，计算数据处理能力比较小。

主要用于收集、处理数据，打印分析结果，是传统手工管理模式的一种计算机模拟。

这种系统的成本高，开发困难，维护难度大。

客户机/服务器结构:

随着网络技术和GUI开发技术的成熟，出现了基于客户端服务器分布式结构的LMIS。

他们将应用程序分为服务器部分和客户机部分，服务器执行后台服务等。

而客户机则完成与用户的交互任务。

这种结构的实验室管理信息系统能够实现安全的数据存取以及强大的事务处理。

但是大部分事务处理和逻辑均放在客户端执行，从而使客户端的负荷比较大，而服务器则相对来说负荷比较小，以至于系统的维护难度比较大，扩展性能也不太让人满意。

浏览器/服务器结构:

是随着Internet/intranet和浏览器功能的进一步发展，浏览器/服务器结构的LMIS出现了，这种结构的优势就在于只需要在客户端安装浏览器即可，大部分的数据处理和维护都在服务端进行。

这种方式的实验室管理信息系统共享度高，维护方便，是未来发展的方向。

西方发达国家的LMIS市场在九十年代就己经完全打开，现在LIMS已经成为一个标准词汇为大家广为接受，在美国每年要召开一次LIMS大会，讨论LMIS的有关问题[3]。

在国内，LMIS在九十年代开始为人们所知道，并在石油化工等行业得到了一些初步推广，但总的来说还远没有达到普及的程度。

主要的原因笔者认为是人们观念尚未转变。

不过，令人欣喜的是，经过几年的快速发展，国内大部分实验室都配备了自己的局域网系统，各种计算机设备的配置也都是相当高挡的，但是运行在网络上的软件系统却很少。

然而随着近几年互联网技术的快速发展，网络化的概念逐渐的为大众所接受，随着全球一体化的到来，目前国内实验室管理信息系统处于发展的最佳时期，蕴含着无限的机遇和挑战。

随着经济的飞速发展，各种各样的实验室也告诉的发展，这样就对LMIS提出了更高的要求。

未来的实验室应当是高度专业化、智能化、系统化、自动化、空间跨距大以及多学科交叉的[4]。

第三节本文的主要研究内容

本论文综合运用软件工程、管理信息系统以及需求分析、系统工程以及人因工程的相关原理，将实验室管理程序化，完成基于web的实验室管理计算机系统的开发，实现从C/S到B/S的相关内容和操作的转变，同时针对传统方法的不足提出改进措施。

文章的基本框架如下：

第一章讨论本文的研究背景和意义以及国内外关于LMIS研究的概况。

第二章讨论了管理信息系统与数据库的基本理论和它们之间的联系。

第三章讨论了工业工程的基本理论以及与管理信息系统的联系。

第四章对系统进行了可行性分析与需求分析。

第五章阐述系统总体设计。

第六章阐述了系统的详细设计与实现。

第七章对本文进行了总结以及对未来的发展进行了展望。

文章的框架图如图1.1所示。

图1-1论文框架

第二章管理信息系统与数据库

第一节管理信息系统概述

一、管理信息系统基本概念[5]

20世纪60年代，美国经营管理协会及其事业部第一次提出了建立管理信息系统的设想，即建立一个有效的信息系统，使得各级管理部门都能了解本单位的一切有关的经营活动，为各级人员提供所需要的信息。

但是由于当时硬件和软件技术水平的限制和开发方法的落后，效果并不明显。

进入20世纪80年代以后，随着各种技术特别是信息技术的发展，管理信息系统也得到了进一步的发展，管理信息系统（ManagementInformationSystems简称MIS）的概念逐步得到了充实和完善。

不同时期的研究者们从各自不同的角度对管理信息系统进行研究，从计算机系统实现、支持决策和人机系统的角度出发，分别给出了不同的定义，其中最具代表性的定义有：

（一）管理信息系统是一个由人、计算机等组成的能进行管理信息收集、传递、存储、加工、维护和使用的系统。

管理信息系统能实测企业的各种运行情况，利用过去的数据预测未来，从全局出发辅助企业进行决策，利用信息控制企业的行为，帮助企业实现其规划目标[6]。

（二）信息系统不仅是一个能向管理者提供帮助的基于计算机的人机系统，而且也是一个社会技术系统，因此，应将信息系统放在组织与社会这个大背景中去考察，并把考察的重点，从科学理论转向社会实践，从技术方法转向使用这些技术的组织与人，从系统本身转向系统与组织、环境的交互作用[6]。

管理信息系统包含抽象的系统概念和管理概念，以及具体的信息技术和实际应用。

其学科框架由以下主要部分组成：

（一）基本理论：

这一部分主要包括与信息系统有关的科学理论和管理理论。

其中包括系统科学理论，计算器科学理论，竞争战略理论等。

（二）信息技术：

信息技术包括硬件、软件以及网络等等。

（三）系统开发：

这一部分涉及企业人员和信息技术人员如何规划，开发和运作信息系统，涉及到许多系统开发方法。

（四）系统应用：

信息系统的应用十分广泛。

信息系统在企业中的应用实例包括生产运作管理系统，电子商务系统等。

（五）系统管理：

主要涉及如何有效管理信息系统包括电子商务系统的管理方式和策略计算机技术产生以后，迅速地在管理领域获得了广泛的应用。

二、管理信息系统的分类

管理信息系统是的概念非常广泛，并没有一个确切的定义和分类。

依据信息系统不同的功能、特点、目标和服务对象，它可以支持业务信息系统、管理信息系统和决策支持系统。

依据管理信息系统不同的功能和服务对象，它可以分为国家经济信息系统、企业管理信息系统、事务型管理信息系统、行政机关办公型管理信息系统和专业型管理信息系统等。

根据我国管理信息系统应用的实际情况和管理信息系统服务对象的不同，分别介绍如下：

（一）国家经济信息系统

（二）企业管理信息系统

（三）事物型管理信息系统

（四）行政机关办公型管理信息系统

（五）专业型管理信息系统

三、管理信息系统的结构

从系统体系结构来看，目前MIS常使用两种结构：

C／S结构和B／S结构。

这两种结构的系统有着各自的特点[8]。

C/S又称Client/Server或客户/服务器模式。

服务器通常采用高性能的个人计算机、工作站或小型机，并采用大型数据库系统，如Oracle、SQLServer、MySQL。

客户端需要安装专用的客户端软件。

C/S模式主要由客户应用程序（Client）、服务器管理程序（Server）和中间件（middleware）三个部件组成。

客户应用程序是系统中用户与数据进行交互的部件。

服务器程序负责有效地管理系统资源，例如管理一个信息数据库，其主要的工作是当多个客户并发地请求服务器上的相同资源时，对这些资源进行最优化管理。

中间件负责联结客户应用程序与服务器管理程序，以满足用户查询管理数据的要求。

其常采用两层或三层结构（见图2-1（a）、图2-1（b））。

图2-1C/S示意图

（一）C/S结构

C/S模式的优点：

（1）系统的响应速度比较快。

（2）操作界面漂亮、各种各样，可以充分满足用户的个性化要求。

（3）C/S结构的管理信息系统能实现复杂的业务流程，因为具有较强的事务处理能力。

C/S模式的缺点：

（1）需要安装客户端程序，分布功能弱，针对点多面广且不具备网络条件的用户群体，不能够实现快速部署安装和配置。

（2）兼容性比较差，对于不同的开发工具，具有较大的局限性。

若采用不同工具，需要重新改写相关程序。

（3）开发成本和维护的成本比较高，具备一定专业水准的技术人员才能完成。

（二）B/S结构

B/S模式是一种以Web技术为基础的新型的MIS系统平台模式。

把传统C/S模式中的服务器部分分解为一个数据服务器与一个或多个应用服务器（Web服务器），从而构成一个三层结构的客户服务器体系（见图2-2）。

第一层客户机是用户与整个系统的接口。

客户的应用程序精简到一个通用的浏览器软件。

浏览器将HTML代码转化成网页。

网页还具备一定的交互功能，允许用户在网页提供的申请表上输入信息提交给后台，并提出处理请求。

这个后台就是第二层的Web服务器。

第二层Web服务器将启动相应的进程来响应这一请求，并动态的生成一连串HTML代码，其中嵌入处理的结果，返回给客户机的浏览器。

如果客户机提交的请求包括数据的存取，Web服务器还需与数据库服务器协同完成这一处理工作。

第三层数据库服务器的任务类似于C/S模式，负责协调不同的Web服务器发出的SQL请求，管理数据库。

B/S结构的优点：

（1）具有分布性特点，可以随时随地的进行查询和浏览。

（2）业务扩展简单方便，只要通过增加网页就能增加服务器功能，扩展性强。

（3）维护简单方便，只需要通过改变网页，就能实现所有用户的同步更新。

（4）开发简单，共享性强。

B/S结构的缺陷：

（1）个性化程度降低，无法实现具有个性化的多种要求。

（2）通过鼠标就能完成操作，操作速度慢。

（3）页面响应速度降低。

（4）无法实现分页显示，给数据库访问造成较大的压力。

（5）功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求。

四、管理信息系统的发展历程

管理信息系统是一门兴新的交叉学科,是计算机科学、管理科学及行为科学等的交叉组合。

从MIS的基础－计算机数据管理来看，其主要经历了四个阶段[9]:

第一阶段（1954—1964）电子数据处理阶段。

此阶段以单项数据处理为主，如财务管理、物资管理和工资管理等。

第二阶段（1964—1974）管理信息系统阶段。

在这期间，由于高速度的处理机、高速度大容量的存储器与器件有了突破性进展，使得计算机应用系统从单项应用的EDP发展到多功能、多层次、综合性的应用阶段，使得MIS日渐成熟，具有了控制、预测、辅助和决策的功能。

第三阶段（1974—1980）决策支持系统阶段。

在此阶段解决的主要是面向高层管理，大范围的决策问题以及非结构化信息的处理。

第四阶段（1980—）职能管理系统阶段。

这个阶段强调的是综合管理功能，多维服务模式，人机协调的、智能化的、集成化的计算机辅助管理功能等[9]。

第二节数据库理论基础

一、数据库系统的基本概念

（1）数据库（DB，Database）

数据库是长期存储在计算机内、有组织的、统一进行管理的相关数据的集合。

数据库能为各种用户共享，具有较小的冗余度、数据间联系比较紧密而又有较高的数据独立性[11]。

（2）数据库管理系统（DBMS，DatabaseManagementSystem）

数据库管理系统是位于用户与操作系统（OS，Operatingsystem）之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的建立、查询、更新及各种数据控制等[11]。

（3）数据库系统（DBS，DatabaseSystem）

数据库系统是实现有组织地、动态地存储大量的关联数据、方便多用户访问的计算机硬软件和数据资源组成的系统，即它是采用数据库技术的计算机系统。

数据库系统有三级模式结构,指的是数据库系统由外模式、模式和内模式三级组成[11]。

1、外模式。

外模式也称子模式或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

一个数据库可以有多个外模式。

2、模式。

模式也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公用数据视图。

一个数据库有且只有一个模式。

3、内模式。

内模式还称为存储模式，它是数据物理和存储结构的描述，是数据在数据库内部的表示方式。

一个数据库只有一个内模式。

数据库系统在这三级模式之间提供了两层映像：

外模式/模式映像和模式/内模式映像。

正是这两层映像保证了数据库系统的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性[10]。

模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。

数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式/内模式映像是唯一的，它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。

当数据库的存储结构发生改变时（例如，采用了更先进的存储结构），由数据库管理员对模式/内模式映像作相应改变，可以使模式保持不变，从而保证了数据的物理独立性。

（4）数据模型

模型是对现实世界的抽象。

在数据库技术中，我们用模型的概念描述数据库的结构与语义，对现实世界进行抽象。

数据模型是能表示实体类型及实体间联系的模型。

二、数据库管理系统

数据库管理系统是一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护以及数据服务等，是数据库的核心[11]。

数据库管理系统功能：

（1）数据模式定义：

即为数据库构建其数据框架；

（2）数据存取的物理构建：

为数据模式的物理存取与构建提供有效的存取方法与手段；

（3）数据操纵：

为用户使用数据库的数据提供方便，如查询、插入、修改、删除等以及简单的算术运算及统计；

（4）数据的完整性、安全性定义与检查；

（5）数据库的并发控制与故障恢复；

（6）数据的服务：

如拷贝、转存、重组、性能监测、分析等。

为完成以上六个功能，数据库管理系统提供以下的数据语言：

（1）数据定义语言：

负责数据的模式定义与数据的物理存取构建；

（2）数据操纵语言：

负责数据的操纵，如查询与增、删、改等；

（3）数据控制语言：

负责数据完整性、安全性的定义与检查以及并发控制、

故障恢复等[5]。

三、SQLServer2005简介

SQLServer2005是数据库管理系统，具备了通常数据库管理系统最基本的功能。

MicrosoftSQLServer是一种基于客户机/服务器的关系型数据库管理系统，用来对存放在计算机中的数据库进行组织、管理和检索，它使用Transact-SQL语言在服务器和客户机之间传送请求。

SQL（StructuredQueryLanguage）是一种结构化查询语言。

SQL是一种介于关系代数与关系演算之间的结构化查询语言，是一个综合的、通用的以及功能极强的关系数据库语言。

SQL利用表、索引、关键字、行和列等来确定存储位置，它具有数据定义、数据操纵、数据管理、存取保护以及处理控制等多种功能。

SQL语言本身不是一个很完整的编程语言，例如它不支持界面编程等。

一般它与其他编程语言（如Delphi、PowerBuilder、VB、VC和C#等）能够结合来使用。

MicrosoftSQLServer2005是用于大规模联机事务处理（OLTP）、数据仓库和电子商务应用的数据库和数据分析平台。

第三节管理信息系统与SQL数据库的关系

一、数据库是MIS的支撑基础

数据库是用来存储数据的地方，本次开发的软件，需要数据库的支持，一旦系统开始运行，就会产生大量的数据，这些数据都需要保存相当长的时间，并且在以后信息的查询和处里过程中都需要利用这些数据，这些数据的储存需要有一个专门的“容器”，即数据库。

若本次开发的系统软件，能够运用到实践当中，则他必须拥有一个相当大的数据库。

因为该系统能够一直运行下去，并且使用的对象很多，势必会产生相当数量的数据，这就需要一个能够容纳大批量数据的数据库系统，而SQL数据库正好能够满足这一要求，它能够容纳百万甚至上亿的数据信息。

由SQL数据库存储的数据只能通过SQL服务器才能直接调用，这也能够保证数据的安全性。

二、MIS是数据库的外在体现

如果只有数据库，没有管理信息系统的管理，数据库中的数据只是一些没用符号，起不了任何作用，只有利用管理信息系统的功能来地对这些数据进行处理，这些数据才能发挥它应该发挥的作用，才能够更有效的达到实际实践的效果。

通过管理信息系统对数据进行选择、查询、删除、添加，才能使数据库的数据保持不断的更新和被利用，达到提高管理效率的目的。

第三章管理信息系统与工业工程

第一节工业工程概述

一、工业工程的概念

工业工程（IndustryEngineering，简称IE）是综合运用工业专门知识和系统工程的原理与方法，为把人员、物料、设备、技术与信息组成更富有生产力的系统，所从事的规划、设计、评价和创新活动[12]。

二、工业工程的地位

工业工程已经走过了一百多年的历史，对人类社会，尤其是西方的经济和社会发展产生了巨大的推动作用。

世界上很多工业发达国家其经济发展都与其雄厚的工业及其工业工程的实力有着密切的联系。

在美国，工业工程与机械工程、电子工程、航空工程、化工工程、土木工程、计算机一起，并称为“七大工程”，可见它的独特性和重