CC BY
59
УДК 621.396; 681.51
Л. Ю. Кошкина, А. С. Понкратов, С. А. Понкратова
РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ «ИНЖЕНЕРНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОТЕХНОЛОГИИ»
Ключевые слова: информационная система, система управления базами данных, научно-исследовательская лаборатория,
оборудование, ресурсосбережение.
С целью ресурсосбережения и автоматизации процессов учета и инвентаризации результатов научно-технической и интеллектуальной деятельности, процессов технического обслуживания и ремонта основных фондов, оперативной эксплуатации оборудования разработана информационная система, состоящая из базы данных, текстовых документов, документов в формате *.pdf, архива фото, видеоматериалов; позволяющая вести учет лабораторного оборудования, программного обеспечения, учебно-методических материалов, а также оборудования, находящегося в ремонте, расхода реактивов, включающая сведения по научно-исследовательской и учебно-методической работе, справочную информация по существующим и предполагаемым организациям-поставщикам химического и биотехнологического оборудования.
Keywords: information system, database management system, research laboratory, equipment, resource-saving.
For resource-saving and automation of processes of the account and stock of results of scientific and technical and intellectual activity, processes of service and repair offixed assets, there was a created information system of research laboratory. Information system consists of a database, text documents, documents in the *.pdf format, archive of a photo, video records; allowing to keep account of stock, laboratory equipment, the software, educational and methodical materials, and also the equipment which is under repair, an expense of reactants, information on the existing and estimated organizations suppliers of chemical and bioprocessing equipment.
В настоящее время много внимания уделяется вопросам разработки информационных систем с целью автоматизации процессов учета и инвентаризации результатов научно-технической и интеллектуальной деятельности, процессов технического обслуживания и ремонта основных фондов, а также оперативной эксплуатации оборудования. Решение этих задач позволяет минимизировать затраты времени, материальных, трудовых ресурсов, упростить процесс обработки информации.
В представленной работе рассматривается создание информационной системы научно-исследовательской лаборатории «Инженерные проблемы биотехнологии».
Научно-исследовательская лаборатория «Инженерные проблемы биотехнологии» является структурным подразделением ФГБОУ ВПО «КНИТУ» и имеет статус лаборатории института пищевых производств и биотехнологий, создана при кафедре химической кибернетики, введена в состав ПНР-5 (перспективное научное развитие «Энергоресурсосберегающие технологии
перспективных материалов»), согласно приказу 309-о от 28.09.2010 г. на основании решения Научно-технического совета Программы развития университета на 2010-2019 годы от 27.09.2010.
Лаборатория осуществляет свою деятельность в соответствии с Законом РФ «Об образовании», Федеральным законом «О высшем и послевузовском профессиональном образовании», Типовым положением об образовательном учреждении высшего профессионального образования (высшем учебном заведении) РФ, нормативными документами Министерства образования и науки РФ, уставом ФГБОУ ВПО «КНИТУ», локальными нормативными актами.
Деятельность лаборатории направлена на обеспечение подготовки студентов, аспирантов, стажеров и слушателей в соответствии с требованиями образовательных стандартов в области биотехнологии и сбережения материальных и энергетических ресурсов; содействие развитию практических навыков обучающихся по тематике лаборатории; создание условий и обеспечение возможности проведения научных исследований по направлению деятельности лаборатории; участие в подготовке и реализации проектов, финансируемых за счет иностранных и российских источников: государственных, президентских, федеральных, целевых, отраслевых, региональных и других научно-технических программ и мероприятий; внедрение инновационных образовательных технологий; содействие в реализации уставной деятельности университета; развитие материально-технической базы университета; внедрение разработок в производственную деятельность малых предприятий, создаваемых совместно с университетом.
Производственные, учебно-
исследовательские работы в лаборатории выполняются профессорско-преподавательским составом, сотрудниками лаборатории, аспирантами, стажерами и обучающимися, прошедшими соответствующее обучение, инструктаж и проверку знаний требований охраны труда. При необходимости сотрудники лаборатории в соответствии с должностной инструкцией принимают участие в организации образовательной деятельности по образовательным программам.
Ответственность за целевое использование и сохранность оборудования в образовательной, научно-исследовательской, научно-
производственной деятельности возлагается на
персонал лаборатории в соответствии с должностными инструкциями и графиком дежурств, устанавливаемым заведующим лабораторией.
Научно-исследовательская лаборатория «Инженерные проблемы биотехнологии» представлена следующими категориями
сотрудников: инженеры, техники, лаборанты, прочий обслуживающий персонал, каждая из которых может иметь свойственные только ей атрибуты. Например, инженеры характеризуется числом авторских свидетельств, техники -оборудованием, которое они могут обслуживать, инженер может руководить договором или проектом и т.д. Сотрудники разделены на подразделения, руководимые начальником так, что каждый сотрудник может числиться в нескольких подразделениях.
В рамках договоров, заключаемых с научно-исследовательской лабораторией, выполняются различного рода проекты, причем по одному договору может выполняться более одного проекта, и один проект может выполняться для нескольких договоров. Суммарная стоимость договора определяется стоимостью всех проектных работ, выполняемых для этого договора. Каждый договор и проект имеет руководителя и группу сотрудников, выполняющих этот договор или проект, причем это могут быть сотрудники не только одного подразделения. Проекты выполняются с использованием различного оборудования, часть которого приписано отдельным подразделениям, а часть является собственностью лаборатории, при этом в процессе работы оборудование может передаваться из одного подразделения в другое подразделение. Для выполнения проекта оборудование передаётся научно-исследовательской группе, работающей над проектом, если это оборудование не используется в другом проекте. Ведется учет кадров, учет выполнения договоров и проектов, учет всех выполненных работ.
Цель проектирования информационной системы научно-исследовательской лаборатории «Инженерные проблемы биотехнологии» есть хранение в электронном виде информации об оборудовании, реактивах, сотрудниках, авторских свидетельствах, договорах, проектах, поставщиках.
Задачи, которые при этом решаются следующие.
- Внесение данных лабораторного оборудования, приборов, реактивов и всего остального инвентаря, имеющегося на балансе кафедры химической кибернетики.
- Учет оборудования, находящегося на ремонте на данный момент времени.
- Получение данных инвентаря по указанной категории.
- Ведение журнала расходования реактивов.
- Получение данных о составе указанного подразделения или всей организации полностью, по указанной категории сотрудников, по возрастному составу.
- Получение перечня руководителей договоров, проектов, подразделений.
- Получение перечня договоров или проектов, выполняемых в данный момент или в период указанного интервала времени.
- Получение информации о том, какие проекты выполняются (выполнялись) в рамках указанного договора и какие договора поддерживаются указанными проектами.
- Получение сведений об участии указанного сотрудника или категории сотрудников в проектах (договорах) за определенный период времени.
- Получение данных о численности и составе сотрудников в целом и по отдельным категориям, участвующих в указанном проекте, в целом.
- Получение сведений о поставщиках биотехнологического оборудования, реактивов.
База данных является составной частью информационной системы, которая подразумевает не только хранение данных, но и их обработку. Поэтому, проектированию данных всегда сопутствует (а чаще предшествует) проектирование алгоритмов их использования.
Основные этапы, на которые разбивается процесс проектирования базы данных информационной системы - это концептуальное проектирование, логическое проектирование, физическое проектирование.
Концептуальное проектирование - сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляется: изучение предметной области (части реально существующего мира), ее информационной структуры; выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением,
информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами; моделирование и интеграция всех представлений.
По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели "сущность-связь".
Логическое проектирование -
преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ.
Физическое проектирование - определение особенностей хранения данных, методов доступа и т.д.
В теории проектирования информационных систем предметную область принято рассматривать в виде трех представлений [1]: представление предметной области в том виде, как она реально существует, как ее воспринимает человек (имеется в виду проектировщик базы данных), как она может быть описана с помощью символов.
В результате анализа предметной области выявлены основные информационные объекты: «Инвентарь», «Сотрудники», «Организации», «Подразделения», «Договора», «Проекты», «Патенты».
В объект «Инвентарь» включены данные о наименовании инвентаря, его характеристике, марке; а также инвентарный номер, единица измерения, дата ввода и выбытия из инвентаря, год закупки, назначение, применение, фотография и категория инвентаря.
В объекте «Финансовый учет» отражены финансовые стороны объекта «Инвентарь», т.е. здесь содержится информация о начальной стоимости инвентаря, его количестве, шифр и норма износа.
Для введения журнала расходования реактивов созданы объекты «Приход реактива» и «Расход реактива».
Объект «Сотрудники» включает в себя следующую информацию: фамилия, имя, отчество, дата рождения сотрудника, его пол, фотографию и примечания. Сотрудник одновременно может числиться в разных подразделениях и может занимать различные должности, участвовать не только в одном проекте и договоре, а также у него может быть несколько номеров телефона, вебстраниц, электронной почты, адресов, образований, ученых степеней, научных направлений, патентов.
Объект «Состав подразделений» необходим для хранения данных о занимаемых должностях сотрудником в подразделениях.
Объект «Участники» отражает участие сотрудников в проектах.
Объект «Организации» хранит данные о наименовании организации, ее месте нахождения, форму собственности, логотип, примечания и вид организации.
Объект «Подразделения» содержит сведения о наименовании подразделения, телефон, фамилию, имя, отчество руководителя.
Объект «Договора» характеризуется наименованием договора, датами начала и окончания.
Объект «Проекты» содержит информацию о наименовании проекта, его стоимости, дату сдачи и статус.
Объект «Патенты» состоит из
наименования, номера патента и даты регистрации.
Определены атрибуты и ключи каждой сущности, которые будут составлять будущую базу данных. Ключ отношения, или первичный ключ -атрибут отношения, однозначно
идентифицирующий каждый из его кортежей [2]. Ключи предназначены для установления связи между сущностями и создания ограничений ссылочной целостности.
Далее рассмотрено проектирование базы данных методом ЕЯ-диаграмм.
Сущности с указанием возможных первичных ключей следующие. ИНВЕНТАРЬ (Код инвентаря, ...); СОТРУДНИКИ (ФИО сотрудника, .); ДОГОВОРА (№договора, .); ПРОЕКТЫ (Код проекта, ...); ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ (Код подразделения, .); ОРГАНИЗАЦИИ_ПОСТАВЩИКИ (Код
организации, ...);
ПАТЕНТЫ (№патента, ...).
Данные для ЕЯ-диаграмм: СОТРУДНИКИ (М, О) входят в (М, О) ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ (правило 6); ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ (1, Н) содержат на балансе ИНВЕНТАРЬ (М, О) (правило 4); СОТРУДНИКИ (М, О) участвуют в ПРОЕКТЫ (М,
0) (правило 6);
ДОГОВОРА (М, О) заключаются с ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ (М, О) (правило 6); ПРОЕКТЫ (М,О) входят в ДОГОВОРА (М,О) (правило 6);
ОРГАНИЗАЦИИ_ПОСТАВЩИКИ (1, Н) поставляют ИНВЕНТАРЬ (М, О) (правило 4); ИНВЕНТАРЬ (М, О) предоставляется под ПРОЕКТЫ (М,О) (правило 64); СОТРУДНИКИ (М, О) регистрируют (М, О) ПАТЕНТЫ (правило 6);
ИНВЕНТАРЬ (1,О) подлежит УЧЁТ (1, О) (правило
1).
Формируем предварительные отношения для каждой связи в соответствии с указанными правилами [3].
Для связи входят в (правило 6): СОТРУДНИКИ (ФИО сотрудника, .); ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ (Код подразделения, .); СОСТАВ_ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ (Код подразделения, ФИО сотрудника, ...).
Для связи содержат на балансе (правило 4): ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ (Код подразделения, .); ИНВЕНТАРЬ (Код инвентаря, код подразделения ...).
Для связи участвуют в (правило 6): СОТРУДНИКИ (ФИО сотрудника, .); ПРОЕКТЫ (Код проекта, .) УЧАСТНИКИ (Код проекта, ФИО сотрудника, ...).
Для связи заключаются с (правило 6): ДОГОВОРА (№договора, ...); ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ (Код подразделения, .); ДОГОВОРА_ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ (№договора, Код подразделения, ...).
Для связи входят в (правило 6): ПРОЕКТЫ (Код проекта, ...); ДОГОВОРА (№договора, ...); ДОГОВОР_ ПРОЕКТЫ (№договора, Код проекта).
Для связи поставляют (правило 4): ОРГАНИЗАЦИИ_ПОСТАВЩИКИ (Код
организации, ...);
ИНВЕНТАРЬ (Код инвентаря, Код организации, ...).
Для связи предоставляется под (правило 6): ИНВЕНТАРЬ (Код инвентаря, ...); ПРОЕКТЫ (Код проекта, .); ИНВЕНТАРЬ_ПРОЕКТЫ (Код инвентаря, Код проекта, ...).
Для связи регистрируют (правило 6): СОТРУДНИКИ (ФИО сотрудника, .); ПАТЕНТЫ (№ патента, ...).
ПАТЕНТНЫЕ_ЛИЦА (№патента, ФИО сотрудника).
Для связи подлежит (правило 1): ИНВЕНТАРЬ (Код инвентаря, ...); УЧЁТ (Код инвентаря, ...);
Добавляем в полученные предварительные отношения неключевые атрибуты. R1: Инвентарь (Код инвентаря, наименование, марка, единица измерения, дата ввода, выбытие, год закупки, назначение, применение, фото, категория, код подразделения).
R2: Сотрудники (ФИО сотрудника, дата рождения, пол, фото, образование, телефон, e-mail, степень, звание).
R3: Подразделения (Код подразделения,
наименование, ФИО руководителя).
R4: Состав_подразделений (Код подразделения,
ФИО сотрудника, должность, ставка).
R5: Проекты (Код проекта, наименование, дата
начала, дата сдачи, статус).
R6: Участники (Код проекта, ФИО сотрудника).
R7: Договора (№договора, наименование, дата
начала, дата окончания).
R8: Договора_подразделения (№договора, Код подразделения).
R9: Договора_проекты (№договора, Код проекта). R10: Организации_поставщики (Код организации, наименование, форма собственности, адрес, логотип, вид организации).
R11: Инвентарь_проекты (Код инвентаря, Код
проекта, дата приёма, дата сдачи).
R12: Патенты (№ патента, наименование, дата
регистрации).
R13: Патентные_лица (№патента, ФИО сотрудника). R14: Учёт (Код инвентаря, количество, начальная стоимость, износ, шифр нормы, номер износа, номер счёта).
Полученные отношения находятся в нормальной форме Бойса-Кодда (НФБК).
Дополнительно для учёта расходования реактивов добавлено следующее отношение. R15: Учёт_реактивов (Код инвентаря, количество, дата, код сотрудника).
Получен набор результирующих отношений, при этом выполняется свойство соединения информации без потерь информации.
Анализ информационных задач показывает, что для реализации требуемых функций подходят почти все СУБД. Все они поддерживают реляционную модель данных и предоставляют разнообразные возможности для работы с данными.
В качестве инструментальной среды для разработки информационной системы выбрана система управления базами данных Microsoft Access, позволяющая не только работать с информацией, но и оперативно изменять структуру таблиц, форм и отчетов. Данное приложение представляет собой профессиональную программу управления базами данных. С ее помощью можно накапливать и систематизировать разнообразную информацию, искать и сортировать объекты согласно выбранным критериям, конструировать удобные формы для ввода данных и генерировать на основании имеющихся записей всевозможные отчеты. Access обеспечивает одновременный доступ к данным десяткам пользователей [4].
База данных описана в терминах принятой даталогической модели (реляционной модель
данных). Указаны наименование полей таблиц, типы данных. Выполнены связи между таблицами, согласно указанной ER-диаграмме.
Одной из особенностей базы данных является способность извлекать данные и представлять их в соответствии с указанными требованиями. На основе созданных таблиц сконструированы запросы. С помощью запросов можно задавать разные вопросы о данных, хранящихся в таблицах. В процессе выполнения запроса отбираются данные из одной или нескольких таблиц, на экран выводятся интересующие пользователя данные. Создан 21 запрос. В том числе SQL-запросы. Например, запрос на учёт выбывшего оборудования: SELECT АШнвентарь.КодШнв, ЛШнвентарь.НаимШнв, ЛШнвентарь.ХарШНв, АШнвентарь.Марка, ЛШнвентарьШнвНомер, АШнвентарь.ВыбылШзЭксп INTO АЮписокВыбывшегоШнвентаря FROM ЛШнвентарь
WHERE (((ЛШнвентарь.ВыбылШзЭксп) Is Not Null)) ORDER BY ШШнвентарь.КодШт.
Запрос на расчёт среднего возраста сотрудников:
SELECT АЮотрудники.Пол, АЮотрудники.ДатаРож1, Date() AS ТекДат, [ТекДат]-[ДатаРож1] AS дней, IIf(([пол]=1),1,0) AS муж, Щ(([пол]=2),1,0) AS жен FROM ^Сотрудники WHERE
(((ШСотрудники. ДатаРож1)<>#10/2/2014#)) ORDER BY ШСотрудники.Пол.
От организации интерфейса во многом зависит комфортность работы пользователя и функциональная полнота решаемых задач. Формы предназначены для ввода и просмотра взаимосвязанных данных на экране в удобном для пользователя виде. Формы можно распечатывать, а также применять для создания панелей управления в приложении. В процессе разработки форм определены, из каких таблиц отображаются данные, какие именно поля представлены в формах, а также вычисляемые поля, графические элементы использованы для оформления. Всего создано 49 форм и главная кнопочная форма.
Вывод информации на бумажные носители предусмотрен в 16 отчётах согласно установленным бланкам.
В результате проделанной работы: собраны, систематизированы, переведены в электронный вид документы, существующие отчетные формы, материалы по научно-исследовательской лаборатории «Инженерные проблемы
биотехнологии» ФГБОУ ВПО «КНИТУ»; разработана инфологическая модель системы управления базой данных комплексной лаборатории «Инженерные проблемы биотехнологии» и проведено даталогическое проектирование; спроектирована информационная система, состоящая из базы данных, текстовых документов, документов в формате *.pdf, архива фото, видеоматериалов; в удобном пользовательском
интерфейсе созданная информационная система позволяет вести учет инвентаря: лабораторного оборудования, приборов, лабораторной и офисной мебели, средств защиты, офисной техники, программного обеспечения, учебно-методических материалов, канцелярских товаров; а также оборудования, находящегося в ремонте; созданы таблицы, запросы, формы, отчеты, позволяющие вести учет прихода-расхода реактивов; включена информация по сотрудникам, приведены сведения по научно-исследовательской и учебно-методической работе; собрана справочная информация по существующим и предполагаемым организациям-поставщикам химического и биотехнологического оборудования, материалы по технике безопасности работы в химической лаборатории [5].
Направленность современных
информационных технологий такова, что они стремятся реализовать свой потенциал там, где имеется большой объем рутинной, ручной работы и обработки данных. Очевидно, что такая сфера деятельности, как автоматизация деятельности лаборатории, просто не могла не попасть в поле зрения информационных технологий [6].
Внедрение данной информационной системы способствует получению более рациональных вариантов решения управленческих задач, освобождению сотрудников лаборатории от рутинной работы за счет ее автоматизации, а также приводит к более рациональной,
ресурсосберегающей организации переработки
информации на компьютере, позволяет снизить
объемы бумажных документов.
Литература
1. Введение в базы данных [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.mstu.edu.ru/study/materials/zelenkov/ch_5_1. html
2. Базы данных, зарегистрированных в реестре баз данных Российской Федерации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www1.fips.ru/ Electronic_bulletin/Programs_db_topology/bd.pdf, свободный.
3. Преснякова Г.В. Проектирование интегрированных реляционных баз данных/ Г.В. Преснякова. - М.: КДУ: СПб.: Петроглиф, 2007. - 224 с.: ил, табл.
4. Хомоненко А. Д., Цыганков В. М., Мальцев М. Г. Базы данных: Учебник для высших учебных заведений / Под ред. проф. А. Д. Хомоненко. - 5-е изд., доп. - М.: Бином-Пресс; СПб.: КОРОНА принт, 2006. - 736 с.
5. Кошкина Л.Ю., Габитова А.Р. Проектирование компьютерной автоматизированной обучающей системы по технике безопасности работы в химической лаборатории / Вестник Казанского технологического университета: Т. 15. № 10; М-во образ. и науки Росси, Казан. Нац. Исслед. Технол. Унт. - Казань: Изд-во КНИТУ, 2012. - 436 с. (с. 235-240).
6. Конноли, Т. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика / Т. Конноли, К. Бегг. - 3-е изд. - М.: Изд. дом «Вильямс», 2003. - 1440 с.
© Л. Ю. Кошкина - канд. техн. наук, доцент кафедры химической кибернетики КНИТУ, student_kontrol@mail.ru; А. С. Понкратов - ассистент кафедры химической кибернетики КНИТУ, a_poncratov@gmail.ru; С. А. Понкратова - канд. техн. наук, доцент кафедры химической кибернетики КНИТУ, kiberponc@front.ru.
© L. Y. Koshkina - Associate Professor of Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, student_kontrol@mail.ru; A. S. Ponkratov - assistant of Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, a_poncratov@gmail.ru; S. A. Ponkratova - Associate Professor of Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, kiberponc@front.ru.
