实验室作为高校的重要组成部分,是培养学生动手能力、综合能力和创新能力的重要场所,承担了科研项目的实施和开展,是企业和高校的一个重要连接枢纽
[1]。虽然实验室发展已经处于相对成熟阶段,但是在实际管理中仍存在很多问题,并急需提出相应解决对策来提高实验室及设备管理水平,使之更好地服务于高校教学
[2-4]。
高校实验室存在其特殊性,不同于企业可按需购买设备,专人操作、统一管理。高校实验室设备更多是根据教师科研、教学需求购买,设备承担的教学科研任务各有侧重,使用人员流动性大,很难实施统一管理,同时使用人员对测量系统认知较少,常认为设备好的时候,测量数据自然就是好,测量数据不好,自然是设备的问题,这种认知导致实现精准测量的难度增大。
1 高校设备管理存在的问题
1.1 设备状况不同
高校设备却很难做到统一规划,一些设备是教师科研经费购买,独自运行管理,使用状况无法确定;一些设备因教学而买,仅在教学期间偶尔使用;另外一些大型设备,属于学院公用科研设备。如马弗炉、切割机、磨抛机、显微镜等,在金属材料领域,属于必备,使用频次非常高。
1.2 人员流动性大
高校设备使用人员只能是一届届的学生,而他们操作没有经过专业培训,一般基于遗留下来的操作说明书,还有老生简单的指点,就上手去操作设备,操作过程问题不断发生,当能熟练操作时基本上毕业了。人员流动性大,不仅会导致设备误操作增加,也会导致设备无法进行统一规划管理,这样都会增加设备故障率。
1.3 对精准测量了解较少
测量结果是否精准?与哪些因素有关系?是不是设备好,测量结果就一定好,结果不好,就是设备的问题?其实影响测量结果精准的是整个测量系统,但学生对测量系统的了解却很少。
2 设备管理的对策与建议
2.1 专人管理
针对以上情况,实验室首先应将设备责任到人,专用设备专人管理,公用设备指定管理,签署相应设备管理责任书。建立设备使用台账,统计设备使用频次,对于使用频次较低(超过3个月未使用),责任人需确定最低使用频次,保证设备最少运转频次。对于使用频次很高的设备,负责人应制定日常点检表,点检的具体内容根据设备情况制定,每次使用前对关键参数进行检查并记录,点检过程中出现异常情况应如实记录,并及时上报相应负责人。
2.2 设备档案的建立及管理
为尽可能地将设备“历史”更好地传阅下去,应该建立设备档案,设备档案一般包括:说明书、设备操作规程、历次点检及维护保养记录、故障维修记录、校准记录等。
设备操作规程作为设备档案中的重要组成部分,除档案中留有备份外,还应在设备旁放置,方便大家取阅。规程的编制应依据设备说明书和常用的检测方法,除了详细操作步骤外,还应添加样品要求、环境要求以及安全注意事项、维护保养的方式。负责人应将每年故障问题进行汇总,添加至操作规程附页中,方便对于一些小的故障进行简单处理。
3 精准测量
如何实现测量结果精准?首先应该有一个理想的测量系统,才能产生“正确”测量值。《MSA测量系统分析》定义测量系统为:用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合;是用来获得测量结果的整个过程。测量系统通俗点就是指人、机、料、法、环等集合,因此测量想实现精准,需要测量系统是好的,而不能仅仅依赖设备好。
3.1 人员
好的测量系统,操作人员应该是理想的,那么怎么才能算是理想的操作人员?应有足够的熟练度,所谓的熟练度不仅是针对设备操作,还应包括对测量方法、标准或可能涉及的不确定度的了解,这样测量出的结果无论好与坏,才有一定的说服力。一般需要经过以下阶段:培训、考核、授权、监督,才有可能成为理想的操作人员。
设备负责人首先应培训操作人员,培训完成后需要对其进行理论和实操考试,当考核满足要求时,给予相应设备授权使用证书,起初独立操作时难免会生疏,因此在前期使用时应关注一段时间后,方可完全放手。实验室管理人员亦有监督权利,在使用设备期间一旦发现不合规操作,将停止实验,设备负责人对其重新培训、考核。
3.2 设备
好的测量系统,自然设备要是好的,那么如何确保设备是好的?如何能让设备长期稳定地运行?可从以下几方面衡量。
(1) 校准。
所有设备投入使用或重新投入使用前,包括新购买设备、搬迁设备、经过维修的设备等,都要验证设备的功能性,验证方式一般采取校准。
设备负责人应根据设备运行范围,制定校准方案,方案中一般需要体现以下内容:校准依据,校准区间、校准周期、校准要求等,其中校准依据一般需要参考设备说明书、检测方法和检定规程中的内容,校准要求不一定要从严选择,一定要根据实际使用情况,如果有些量程不使用,那么不使用的量程是否可以将校准频次降低,如布氏硬度,如果只使用压头5 mm的,那是否可以只校准5 mm,这样经济又有效。校准频次则需要根据设备使用情况确定,日常使用比较多,耗损比较严重的设备,应增加其校准次数。
校准方案根据具体设备及使用目的进行制定,制定过程中一般需要考虑检测方法、校准范围,当然还需要根据实际使用情况增加或删减。校准后根据校准状态张贴标签,便于设备使用人员识别校准状态。
(2) 期间核查。
每年或每半年进行校准,不校准的时间不用管设备吗?一般会选择期间核查,是为保持设备满足方法要求而进行的验证、核查活动。在什么时候进行核查,一般要参考设备校准周期、校准结果、质量控制结果、设备使用频率和稳定性、设备点检及维护情况、设备操作人员及环境的变化、设备使用范围的变化等来确定核查频次。以上几方面均正常时,一般选择两次校准中间时间进行。
如何核查则需要根据设备情况自行确定核查方法。比如对于拉力试验机,一般可以选择两种方式来实现:一是使用标准测力仪核查力值;二是使用标准拉力试样进行日常监控。期间核查方式并不唯一,要根据设备特点制定,如盐雾实验,一般一季度做一次参比试样实验即可,同时核查需要考虑成本和有效性。
(3) 日常使用校准。
除了年度校准、期间核查,一些设备需要根据设备要求,在每次使用前进行内部校准,比如硬度计、光谱仪等,开机后需要用标准样块校准,对每次的校准结果应加以记录,绘制X-MR控制图,可以用于观察设备稳定性。
(4) 点检及维护保养。
为了能够确保其功能正常、避免性能快速退化,应该制定日常点检计划和详细维保方案,简单的维保可自行进行,系统性维保可与厂家确定周期。
3.3 方法
检测方法,不同于操作说明书,说明书是针对设备简单操作,如金相显微镜,能观察铝合金、钢铁、铸铁等,设备说明书是一样,操作方式也是一样,但是参考的检测方法是不一样的。上面提到的布氏硬度检测方法GB/T23.1,盐雾试验GB/T10125,拉伸实验GB/T228等,这些方法中详细描述了检测原理、试样要求、试验程序、不确定度及报告要求等,在检测前要重点学习。
3.4 样品
好的测量系统,样品是至关重要的。样品有没有过期?满足测量要求吗?样品的准备,需要完全按照检测方法和设备要求进行,并尽可能地高于以上要求。
如维氏硬度实验时,GB/T4340.1第六条中详细描述了试样要求:6.1试样表面应平坦光滑,试验面上应无氧化皮及外来污物,尤其不应有油脂,建议试样表面进行表面抛光处理;6.4试样或试验层厚度至少应为压痕对角线长度的1.5倍,试验后试样背面不应出现可见变形压痕。对样品的要求在说明书中提及较少,但在检测方法中体现很全面,说明了解检测方法很重要。
3.5 环境
严格按照说明书和检测方法执行。
4 测量系统分析
当以上各方面都满足要求时,才可能是一个理想的测量系统,实现精准测量。至于得到的值与“标准值”到底有没有差异,需要对整个测量系统进行分析。用统计学的方法来了解测量系统的各个变差源,量化它们对测量结果的影响,最后给出测量系统是否符合使用要求的明确判断。实际分析变差源时,常使用鱼骨图协助分析问题产生的主要原因或根本原因。
5 结语
高校设备管理存在其特殊性,通过剖析设备管理存在的多个问题,提出相应解决措施;通过对测量系统的介绍,认识影响测量值精准的多个因素,改变了只要设备好,结果就好的看法。当然只是表面的理解作用并不大,需要带领学生把对测量系统的认识落实到实际应用中,要不断提升实验设备管理水平,提高使用者精准测量的意识,才能为实验教学和科研的开展提供多方面的服务保障。
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