实验室设备上位机系统开发案例：复杂设备环境下的统一控制与数据管理实践

前言：

在实验室设备制造领域，随着设备型号和类型的不断改进和应用领域的不断扩大，上位机系统已经不再仅仅是一种简单的“设备控制工具”。在多年的全球业务拓展过程中，某跨国实验室设备制造商逐渐意识到，原有的上位机系统很难支撑当前的产品规模和客户需求，尤其是在多型号设备访问、跨平台运行和测试数据统一管理方面，问题日益突出。

因此，制造商委托魁鲸科技合作开发启动了新一代实验室设备上位机系统的重构项目，希望统一管理不同型号的设备，提高实验效率，降低客户在部署和使用过程中的技术门槛，通过一个更实用、更可扩展的系统。

项目背景：设备型号多、使用环境复杂，原有系统难以扩展

该厂家的实验室设备已广泛应用于科研机构和工业实验室环境，设备产品涵盖多种型号和系列。但不同的设备在通信方式、参数配置和数据输出方面存在差异。初期，上位机系统更多地是围绕单一设备类型开发的。随着产品线的扩大，系统的维护成本和使用复杂性不断上升。

客户在实际使用中经常反馈：

• 设备类型需要手动选择，设备复杂；
• 不同的实验室操作系统不统一，系统适应困难；
• 实验和测试数据分散，难以统一管理和分析；
• 设备校准依靠人工提示，存在合规风险。

在此背景下，厂家决定重新规划上位机系统架构，委托魁鲸科技重新开发致力于讲系统从“单设备控制软件”转变为“可扩展实验设备管理平台”。

功能实现：

通信层统一设计，兼容 SDK 与 TCP 协议接入

在系统设计初期阶段，项目团队首先致力于解决设备通信问题。考虑到不同型号的设备提供不同的接口能力和实际历史问题，新系统支持通信层的制造商 SDK 接入和直接 TCP 协议对接，以兼容产线的历史技术路线并保留后期统一化拓展架构的能力。

通过统一的通信适配层，系统可以屏蔽底层差异，上层模型不需要注意具体的通信方式。该设计不仅兼容了当前的设备，而且为后续新型设备的接入预留了空间，防止每一种设备都对系统进行大幅修改。

多型号设备自动识别，降低用户操作复杂度

针对改设备厂商诸多客户反映强烈的“软件设备型号选择复杂，不知何从下手”问题，新系统在设备接入时引入了自动识别机制。设备在连接后，系统可以通过SDK或TCP的协议报文约定返回的标识信息自动识别型号启动对应上位机软件的能力范围，并加载对应的控制和行业数据解析逻辑。

这种方法避免了人工选择模型造成的误操作，并使同一系统能够在不同的实验室环境中快速部署，显著降低了客户的学习和维护成本。

支持单机与网络工作模式，适应不同实验室场景

考虑到实验室使用环境的巨大差异，新系统支持单机模式和网络模式在架构上同时运行。在单机模式下，系统可以在当地设备控制计算机上独立运行，以满足封闭环境或单独测试的需要；在网络模式下，系统可以通过局域网或内部网络部署实现多终端浏览和集中管理。

这种灵活的部署使系统不仅能够满足小型实验室的单独使用需求，还能够支持大型实验室或机构级的集中管理。

多账号、多角色设计，适配实验室管理体系

在实际使用中，不同实验室人员对系统操作权限的要求明显不同。根据实验室管理结构，新系统引入多账户、多角色机制，划分不同的权限范围。

操作人员、试验负责人、管理员等角色在系统中具有不同的操作权限和可见范围。特别是在单一测试多用户合作的情况下，不同的人员可以在同一测试过程中进行权限操作，既保证了协同效率，又避免了误操作的风险。

校准流程系统化，降低合规与质量风险

设备校准是实验室设备管理的重要组成部分。新系统将校正过程纳入上位机系统管理，支持强制校正策略的设置，并在设备启动时进行校准检查。

当设备未完成规定的校正过程时，系统会提示或限制操作，防止系统在未校正的情况下参与测试。在实际使用中，该机制显著降低了校正遗漏带来的质量和合规风险。

多语言/跨平台支持，统一 Windows、Linux 与 macOS 使用体验

设备校准是实验室设备管理的重要组成部分。新系统将校准过程纳入上位机系统管理，支持强制校正策略的设置，并在设备启动时进行校准检查。

如果设备没有完成规定的校准过程，系统将提示或限制操作，以防止系统在没有校准的情况下进行检测。实际上，该机制显著降低了校正遗漏带来的质量和合规性风险。

License 管理机制，支撑全球化部署与授权

在商业化方面，引入了新的系统 License 用于控制系统授权范围和使用寿命的注册管理模式。该系统支持在线或离线注册，以适应不同客户的网络环境。

该机制不仅保证了软件的合规使用，而且为全球版本管理和授权控制提供了支持。

实验流程与数据统一管理，提升实验效率

在实验管理方面，新系统将实验步骤管理、实验数据管理和设备数据统一纳入平台。测试过程中产生的设备数据将自动同步和处理，支持测试报告和数据曲线的生成，方便实验者对其进行分析和恢复。

同时，系统支持行业数据库的引入和管理，使测试数据能够与行业标准或历史数据进行比较，为科学研究和质量控制提供更有价值的参考。

数据安全与系统稳定性保障

为保障实验数据安全，新的上位机系统也提供了手动/自动数据库备份与手动恢复功能，并支持定期备份和快速恢复，降低因系统故障或误操作带来的数据风险。这一功能在多用户、多实验并行使用的场景下，尤为重要。

总结：上位机系统正在向平台化演进

项目效果：系统统一，客户使用成本明显下降

新款上位机系统启动后，制造商逐渐将原来的多个上位机系统集成到一个新的平台中。在客户使用过程中，设备访问更顺畅，实验过程更标准化，数据管理更集中。制造商本身在系统维护、版本迭代和新设备访问方面的成本也显著降低。

总的来说，实验室设备上位机系统不再仅仅是控制工具，而是逐渐演变为支持设备管理、实验执行和数据分析的综合平台。

从本项目实践可以看出，在设备类型多、应用领域复杂的实验室环境中，上位机系统的价值远远超过“连接设备”。通过统一通信、自动识别、多平台支持和系统数据管理，上位机逐渐成为连接设备、实验过程和数据价值的关键枢纽。

这也是越来越多的实验室设备制造商开始关注上位机系统总体规划的重要原因。