计算机辅助图形化实验设计系统及方法

专利名称：计算机辅助图形化实验设计系统及方法
计算机辅助图形化实验设计系统及方法
技术领域：
本发明涉及计算机辅助图形化实验流程设计系统、计算机程序产品及方法。背景技术：
组合材冲牛科学(Combinatorial Materials Science )主要指创造包4舌至少两种 不同材料的集合的方法，或者高速测试所述材料的集合的方法，或者按目标性 能高速筛选所述材料的集合的方法，组合材料科学能加快研发速度，扩展所能 获得的信息量。
业界期望以合理的成本和在合理的时间内索特定的材料拓朴空间并获得 不错的实验结果，有时，这需要借助计算机技术和自动化技术，尤其是当采用 高通量实验设备的时候。
高通量实验设备通常都较昂贵，而目前实^^设计、运行以及监控都在实验 设备所在地进行，因此，具有以下缺点首先，需要为所有有需求的实验室购 买相同的设备，成本较高，而且会造成资源浪费；其次，各地实验设备分散维 护，维护标准不易统一，总维护成本高；最后，只能在实验设备所在地对实验 设备和实验过程进行监控，不利于全球化合作研究。

发明内容
本发明的一方面提供了 一种计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统， 包括计算机辅助图形化实验流程设计子系统，其被设置成能进行以下操作， 提供一图标集合、 一设计板以及一数据模型，其中，图标集合包括至少两个操 作图标，所述至少两个操作图标与至少两个操作包——对应，每一操作包包括 至少一个实验操作，进一步的，所述计算机辅助图形化实验流程设计子系统还 被设置成能进行以下操作，根据 一 用户的输入在所述数据模型中写入至少两个 操作包及其之间的关联以形成一实验流程，其中，所述设计板通过根据所述数 据模型所记录的操作包及其之间的关联实时显示对应的操作图标及其之间的关
联以引导用户输入设计实验流程的措令；以及实验流程执行子系统，其被设置 成能进行以下操作执行所述实验流程，以控制实验设备进行实验操作。
本发明的又一方面提供了 一种计算机辅助图形化实验流程设计方法，包括
以下步骤提供至少两个操作图标，所述至少两个操作图标与至少两个操作包 一一对应，每一操作包包括至少一个实验操作；提供一个设计板；接收指令， 根据该等指令，在所述设计板内放置至少两个操作图标并建立关联以形成一实 验流程；接收指令，根据该等指令，对所述操作图标所对应的操作包进行参数 设置；接收指令，根据该等指令，执行所述实验流程。
本发明的又一方面提供了一种存储于计算机可读的存储媒介中的计算机辅 助图形化实验流程设计计算机程序产品，它包括能使计算机执行以下操作的指 令提供系统界面，包括图标集合与设计板，其中，图标集合包括至少两个操作图 标，所述至少两个操作图标与至少两个操作包——对应，每一操作包包括至少一 个实验操作；提供一具有预定格式的数据模型；接收用户输入指令，根据该等指 令，在该数据模型中写入至少两个操作包及其之间的关联，以形成一实验操作流程， 该数据模型中的所述实验操作流程可被实验流程执行系统执行，以控制实验设备进 行实验操作；所述设计板根据该数据模型记录的操作包及其之间的关联实时显示对 应的操作图标及其之间的关联。
本发明的又一方面提供了一种图形化实验流程设计方法，包括以下步骤提供 系统界面，系统界面包括图标集合与设计板，其中，图标集合包括至少两个操作图 标，所述至少两个操作图标与至少两个操作包——对应，每一操作包包括至少一 个实验操作；提供一数据模型，该数据模型具有预定的格式；接收用户输入指令， 根据该等指令，在该数据模型中写入至少两个操作包及其之间的关联，形成一实验 操作流程，该数据模型中的该实验操作流程可被实验执行系统执行，以控制实^i殳 备进行相应的实验操作；设计板根据数据模型记录的操作包及其之间的关联实时显 示对应的操作图标及其之间的关联，以引导用户输入设计实验流程的指令。
进一步的，所述计算机辅助图形化实验流程-没计计算机程序还可以包括操 作包配置文件，记录所述操作包的参数配置以及所述操作包与所述操作图标的 对应关系。
进一步的，所述操作包配置文件还记录各操作包的参数默认值。 进一步的，所述操作包配置文件可以按内容分成至少两个，比如，第一操
作包配置文件用于记录操作包与操作图标的——对应关系，第二操作包配置文 件记录操作包的参数配置。
进一步的，所述计算机辅助图形化实验流程设计计算机程序还可以包括可 以令计算机执行以下操作的指令接收用户输入指令，根据该等指令，把所述 数据模型转化成实验流程文件，实验流程文件以一预定的格式记录实验流程。
进一步的，所述计算机辅助图形化实验流程设计计算机程序还可以包括可
以令计算机执行以下操作的指令接收用户输入指令，根据该等指令，把实验 流程文件解析为数据模型，以利用该计算机程序在计算机系统中对所述实验流 程文件中的实验流程进行编辑。
进一步的，所述数据模型还可以记录操作图标在设计板中的位置信息，比 如坐标。
图1A为本发明一实验流程设计及执行系统20的结构图。所述实验流程设 计及执行系统20包括计算机辅助图形化实验流程设计子系统21以及实验流程 执行子系统22。所述计算机辅助图形化实验流程设计子系统21被设置成能进 行以下操作，提供一图标集合、 一设计板以及一数据模型，其中，图标集合包 括至少两个操作图标，所述至少两个操作图标与至少两个#:作包——对应，每 一操作包包括至少一个实验操作，进一步的，所述计算机辅助图形化实验流程 设计子系统还被设置成能进行以下操作，根据一用户的输入在所述数据模型中 写入至少两个操作包及其之间的关联以形成一实验流程，其中，所述设计板通 过根据所述数据模型所记录的操作包及其之间的关联实时显示对应的操作图标 及其之间的关联以引导用户输入设计实验流程的指令。所述执行子系统22被设 置成能执行以下操作，执行所述实验流程并通过数据交换装置25控制实验设备 26a、 26b及26c进行实验操作。
由子系统21产生的记录所述实验流程的数据模型可以被输出至一计算机 可读的媒介，比如硬盘、光盘、记忆棒等等。该计算机可读的媒介可与执行子 系统22连接，从而可从该媒介中下载所属数据模型并执行其所记录的实验流 程。其中，子系统21与子系统22可以是硬件(比如计算机系统)，也可以是软 件(比如计算机程序产品)，也可以是固件(firmware),还可以是以上方式的 组合。
所述计算机辅助图形化实验流程设计子系统21与所述执行子系统22可以
整合为一个系统。
图1B是一计算机系统28的结构图，它可以用于子系统21,也可以用于子 系统22,还可以用于整合了上述两个子系统的系统，以下以用于子系统21为 例进行说明。所述计算机系统28可以包括一处理器211(比如中央处理器，central processing unit,即CPU), —存储器212，输入和/或输出装置214、 215、 216 及217,其他周边装置218，他们之间以系统总线213连接。所述存储器212可 包括一随机存取存储器212a (random access memory, RAM)以存储操作系统 指令， 一计算机可读媒介212b (比如硬盘)以存储一计算机辅助图形化实验流 程设计计算机程序，该计算机程序被中央处理器212执行后能使该子系统21执 行以上以及以下所述的计算机辅助图形化实验流程设计方法。存储器212中存 储有一数据库212d，该数据库记录数据、参数、数据结构(比如数据模型)等 等，当中央处理器211执行该计算机程序212c时将读取该数据库212d，并且会 在所述随机存取存储器212a中存储一数据模型212e。输入设备214及215可以 是键盘、鼠标、触摸屏等等，供用户输入设计实验流程的指令。输出设备可以 是显示器等，以提供系统界面，从而导引用户输入所述指令，并且可以显示设 计好的实验流程。
进一步的，在本发明的一个实施方式中，数据模型是以对象为单位的数据 组群，在数据模型中每一操作包对应一个对象，每一对象对应一个数据组，每 一数据组记录对应的操作包及其参数配置、当前"t喿作包的身份码以及实验流程 中下一个操作包的身份码。图1C所示的数据模型表示以下实验操作流程第一 步，装载第一溶液；第二步，装载第二溶液；第三步，装载清洗溶液；第四步， 混合；第五步，清洗。其中，"ID1"、 "ID2"、 "ID3"、 "ID4"、 "ID5"、 "ID6"、 "ID7" 是对象的身份识别码，"TOID2"、 "TOID3"、 "TO ID4"、 "TOID5"、 "TOID6"、 "TO ID7"表示实验操作流程中的下一个对象。
请参图2,为本发明计算机辅助图形化实验流程设计计算机程序系统界面 的一个实施方式，其中，图标集合111包括至少两个操作图标101供选择操作 包，以及流程图标102;设计板112上显示具有先后秩序的操作图标表示数据 模型记录的实验操作流程；参数设置界面113供对选定操作包进行参数设置。 系统界面的作用在于引导实验流程设计者输入信号。
进一步的，本发明计算机辅助图形化实验流程设计计算机程序还包括可令
计算机执行以下操作的指令接收输入用户指令，根据该等指令，检验实验操 作流程是否符合预定的规则。
进一步的，请参图2,所述系统界面还包括实验设计方案列表窗口 110,用 于显示已有的实验设计方案。
进一步的，可以根据具体需求在系统界面中增加其他窗口，以显示特定的 内容，比如以其他格式显示数据模型中的内容。
进一步的，数据模型随相应的输入信号而改变，设计板显示的内容则随数 据模型的改变而改变。换言之，设计者通过输入设备(键盘、鼠标、触摸屏等 等)输入实验操作流程设计指令和参数设置指令(计算机屏幕上显示的就是复 制操作图标、对操作图标进行排序、设置参数等操作)，本发明的计算机辅助实 验流程设计软件根据这些指令编辑数据模型，再根据数据模型的变化刷新设计 板上的显示内容。
在本发明的一个实施方式中，所述计算机辅助图形化实验流程设计子系统 与实验流程执行子系统可以整合为一体，在该实施方式中，实验流程执行子系 统可以直接读取并执行数据模型所记录的实验，燥作流程。在本发明的另 一个实 施方式中，通过计算机辅助图形化实验流程设计子系统设计实验流程并得到实 验流程文件，实验流程执行子系统读取所述试^^流程文件并执行其中记录的实 验操作流程。
进一步的，所述实验流程文件还记录设计板内每一操作图标的坐标数据， 用于在下一次编辑实验流程文件时还原现场。实验流程文件也可以不记录操作 图标的坐标数据，在这种情况下，当利用所述计算机辅助图形化实验流程设计 子系统编辑该实验流程文件时，设计板以默认的操作图标排序的方式显示实验 流程文件所记录的实验操作流程，比如图2所示的的方式。
进一步的，所述实验流程文件可以是一个文件，也可以是一组分别记录不 同类型数据的文件，比如，包括记录操作图标坐标数据的文件、记录对应操作 的参数的文件、记录操作流程的文件等。
进一步的，可采用典型的MVC (Model View Control)架构建立所述计算 机辅助图形化实验流程设计系统。
进一步的，请参图2，系统界面还设有通用的参数设置界面113，通用的参 数设置界面113显示被选中的操作图标所对应的操作的参数，用户可在通用的
参数设置界面113中设置相应参数。当然，也可以为各操作图标设置各自的参 数设置界面，通过其他方式(比如以鼠标双击对应的操作图标等)调出参数设 置界面。
进一步的，在本发明的一个实施方式中，请参图2,通用参数设置界面113 中显示操作图标1126的参数，操作图标1126对应设置实验单元的参数的操作， 其参数包括收集容器位置(选择装载实验产物的收集容器)、第一溶液容器的位 置(选择实验中使用的第一溶液)等等。实验单元包括至少两个操作包。
进一步的，请参图3,通用参数设置界面113中显示起始图标1111的参数， 因为起始图标1111只是实验操作流程的起始标记，故只有名称而无其他参数。
进一步的，请参图4,通用参数设置界面113中显示结束图标1112的参数， 因为结束图标1112只是实验操作流程的结束标记，故只有名称而无其他参数。
进一步的，请参图5,通用参数设置界面113中显示操作图标1121的参数， 操作图标1121对应加载第一溶液的操作，图中所示参数表示有十种第一溶液分 别承载于十个第一溶液容器供实验使用。
进一步的，请参图6,通用参数设置界面113中显示操作图标1122的参数， 操作图标1121对应加载第二溶液的操作，图中所示参数表示有五种第二溶液分 别承载于五个第二溶液容器实验使用。
进一步的，请参图7，通用参数设置界面113中显示操作图标1123的参数， 操作图标1123对应加载清洗溶液的操作，图中所示参数表示有四种清洗溶液分 别承载于四个清洗溶液容器供实验使用。
进一步的，请参图8,通用参数设置界面113中显示操作图标1124的参数， 操作图标1124对应混合操作。
进一步的，请参图9，通用参数设置界面113中显示操作图标1125的参数， 操作图标1125对应清洗操作。
进一步的，请参图10，通用参数设置界面113中显示操作图标1127的参 数，操作图标1127对应干燥操作。
进一步的，请参图11,通用参数设置界面113中显示操作图标1128a的参 数，操作图标1128a对应选择收集容器规格的操作。
进一步的，请参图12，通用参数设置界面113中显示操作图标1128b的参 数，操作图标1128b对应设备初始化的操作，比如把对应的设备移动至特定位 置等。
进一步的，请参图13，通用参数设置界面113中显示操作图标1128c的参 数，操作图标1128c对应设置温度的操作。
进一步的，请参图14,通用参数设置界面113中显示操作图标1128d的参 数，操作图标1128d对应等待加温的操作。
进一步的，请参图15，例如， 一个实验单元按先后顺序包括混合、清洗两 个步骤，初始化操作流程包括加载第一溶液、加载第二溶液、加载清洗溶液三 个步骤，那么，该实验可以设计为按先后顺序包括加载第一溶液、加载第二溶 液、加载清洗溶液、混合、清洗五个步骤。该实-验可以设计成以起始图标1111 作为起始点，结束图标1112作为终结点，用连接图标1113按先后顺序连接起 始图标llll、操作图标1121、操作图标1122、才喿作图标1123、操作图标1124、 操作图标1125以及结束图标1112,以起始图标1111至结束图标1112的方向表 示该实验流程的走向。
在本发明的一个实施方式中，起始图标以及结束图标和操作图标类似，在 数据模型中有相应的对象与之对应。
进一步的，也可以只设置起始图标1111和连4妄图标1113，以起始图标1111 至相邻的一个操作图标的方向表示实验的流程走向。
进一步的，也可以只设置结束图标1112和连接图标1113,以与结束图标 1112相邻的一个操作图标至结束图标1112的方向表示实验的流程走向。
进一步的，请参图16,另一方面，图标集合还包括单向连接图标1114。同 样以上述的实验为例，该实验可以设计为以操作图标1121为起始点，操作图 标1125为终结点，用单向连接图标1114连接操作图标1121、操作图标1122、 操作图标1123、操作图标1124、操作图标1125，以单向连接图标1114的方向 表示实验流程的走向。
在本发明的一个实施方式中，单向连接图标1114在数据模型中并无对应的 对象，以单向连接图标1114连接两个操作图标的动作相当于在数据模型中对应 前一操作图标的数据组中写入"TOIDXX"，其中"IDXX"为下一操作图标所 对应的操作包的身份识别码。
请参图17，在本发明的一个实施方式中，设计板112a包括至少两个空格 1120，这些空格1120预先排定顺序，在图17所示实施例中，以空格1120下方
的阿拉伯数字编号为顺序。设计实验时，把所述搡作图标放置于所述空格1120，
以所述空格1120预先排定的顺序为实验的流程走向。同样以上述实验为例，只 要把操作图标1121、操作图标1122、操作图标1123、操作图标1124、操作图 标1125按顺序分别放置于相应的空格1120即完成上述实验的设计。其中，两 个相邻的操作图标之间可以有一个或者一个以上空白的空格，系统可以进行自 动识别。
其中，在上述的这种模式下，数据模型可以是预先排序的空白数据组阵列， 在一个数据组中写入一个操作包，设计板上对应的空格就显示对应的操作图标。
进一步的，图标集合还可以包括循环控制图标，在实验流程中插入循环控 制图标可使所述实验流程的一个或者一个以上连续的操作包所对应的操作循环 进行一定的次数，循环运行的操作的参数的值可以是不变的，也可以是变化的。 可以在循环控制图标的参数设置界面中提供循环运行的操作的参数设置界面， 为循环运行的操作的某一参数指定一个参数列表，使所述操作在循环进行时， 按指定的顺序选择所述参数列表中的数值作为该参数；也可以为某个参数指定 一个方程式以及对应的定量和变量，使所述操作在循环进行时，选择所述方程 式的对应计算结果作为该参数。例如，可以为某一原料的用量指定一个方程式， 使该原料的用量随该方程式的计算结果而变化，探索指定的原料拓朴空间。循 环控制图标可以简化高通量实验(High Throughput Experiment)的设计，例如， 一个高通量实验包括第一混合实验和第二混合实验，第一混合实验按照第一比 例混合第一溶液和第二溶液，第二混合实验按照第二比例混合第一溶液和第二 溶液，若采用循环控制图标，只需要在设计板中复制一次相应的操作图标即可。 请参图18，该高通量实验可以设计成用单向连接图标连接操作图标1121、操作 图标1122、操作图标1123、循环控制图标1115、才喿作图标1124、操作图标1125、 循环控制图标1116,表示完成加载第一溶液、加载第二溶液、加载清洗溶液的 操作后，循环运行位于循环控制图标1115和循环控制图标1116之间的操作图 标1124和操作图标1125所代表的混合与清洗两个操作。循环的次数以及每次 混合与清洗操作的参数可通过设置循环控制图标1115或者循环控制图标1116 的参数进行设置。
其中，起始图标llll、结束图标1112、连^^矣图标1113、单向连接图标1114 以及循环控制图标可统称为流程图标。
进一步的，所述计算机辅助图形化实验流程设计软件以及执行软件可用于 全自动实验，也可用于半自动实验，比如，实验操作流程中某一个或者某几个 操作由手动完成，执行软件执行实验流程文件至需要手动操作的步骤时暂停并 要求输入确认信息，获得确认信息后方继续执行下 一个步骤。
进一步的， 一套操作图标集合对应一套设备。
进一 步的， 一套操作图标集合也可以对应 一套以上实验设备。 进一步的， 一个所述操作包配置文件可以对应一套实验设备，也可以对应 一套以上实验设备。
进一步的，可以设置多套操作包配置文件，供设计不同的实验使用。 进一步的，可以通过编辑操作包配置文件来编辑操作图标集合。
进一步的，操作包配置文件采用XML格式。
图19是所述实验流程设计及执行系统20的结构图，实验流程执行子系统 22用于执行利用计算机辅助图形化实验流程设计子系统21产生的实验流程文 件，它包括执行模块23a、监控模块23b以及数据服务模块24。通过数据服务 模块24的数据接口 241、分解模块242与相应实验设备的驱动模块243、 244、 245进行数据通信，继而与实验设备进行数据通信，使实验设备在自动化控制 下按照实验流程文件记录的实验操作流程及其对应参数进行实验操作。
分解模块242用于把实验流程文件记录的才喿作包分解成为驱动模块可以识 别的基本操作单元并为其指定相应的驱动模块，比如，可以把一个液体转移操 作分解为驱动移液器在第一方向上移动一定距离，驱动移液器在第二方向上移 动一定距离，驱动活塞吸取一定量液体，驱动移液器在第一方向上移动一定距 离，驱动移液器在第二方向上移动一定距离，驱动活塞排出一定量液体六个步 骤。
进一步的，分解模块也可以针对操作包进行设置，比如， 一个操作包对应 一个分解模块，再进一步的，分解模块还可以封装对应的驱动模块。
进一步的，数据服务模块24可以通过RS232、 USB、 IEEE1394、 TCP/IP、 3GIO等数据通信协议与实验设备进行数据通信。
进一步的，执行系统22还可设有检验模块，用于检查实验流程文件的流程 以及参数设置是否符合相关的规则。
进一步的，检验模块的检验标准可以由用户根据具体情况进行设置，比如，
加热操作的温度上限、加压操作的压力上限、操作的顺序等等。
进一步的，请参图19,监控模块23b通过数据服务模块24的数据接口 241 与对应实验设备的驱动模块243、 244、 245进行数据通信，实现对系统运行状 况(是否正常运行等)以及实验条件(比如温度、压力等)等的监视。
进一步的，监控模块23b设有警报模块，当系统运行出现问题即发出警告， 比如，设备温度超过一定值，压力超过一定值等等。
进一步的，在一种实施方式中，执行软件的操作界面如图20所示。窗口 31用于显示实验操作流程列表以及实验操作流程的运行进度，每一操作步骤前 设有相应的状态符号，符号 "表示该实验操作步骤已完成，符号三角形表示该 实验操作步骤正在进行，符号"N"表示该实验操作步骤尚未进行。窗口32用于 以曲线图的形式显示相关实-睑参数随时间的变化，比如第一溶液温度、第二溶 液温度、收集容器温度、管道温度、反应器温度、反应器转速、反应器扭矩等 等。窗口 33用于以表格的形式显示相关实验参H比如第一溶液物质、第二溶 液物质、清洗溶液物质等等。
进一步的，请参图21，各子系统可以在不同的终端运行，通过英特网、局域 网、广域网、无线局域网等计算机网络进行数据交换。
进一步的，可以利用远程控制工具(比如WinVNC、 WebMyPC、 Specrem、 PCanywhere等)实现实验设备、实验数据等的远程共享。
比如，研究人员可以在任何时间任何地方在终端41上设计实验，通过英特网 把实验流程文件传输至执行终端44,利用远程控制工具通过英特网控制执行终端 44执行实验流程文件，从而控制与执行终端44连接的试验设备自动进行实验。
研究人员还可以在任何时候任何地方在终端41上利用远程控制工具通过英特 网控制数据分析终端45，从服务器43中提取实验数据进行分析，然后再把分析结 果存储于服务器43。
项目管理人员也可以在终端42上利用远程控制工具登录执行终端44察看实验 进行的进度，或者登录服务器43察看实验结果。
设备原料管理人员可以在终端46上进行原料数据管理操作，并把数据存储于 服务器43。
配方设计人员可以在终端47上进行配方设计，并把数据存储于服务器43 ，由 研究人员从服务器43下载配方数据，并根据配方数据进行实验设计；当然，也可
以由配方设计人员直接把配方数据通过计算机网络传输至终端41供研究人员设计
实验用。有关配方设计系统请参申请人的中国专利申请第200610085160.6号"组合 样品库的设计方法和系统"。
远程控制工具支持多人登录，可实现多人同时在不同地点观察同一实验的进行 状况，或者察看同一组数据。
原料数据管理、配方设计、实验设计、实验执行以及实验数据分析与管理可以 在同一地点进行，也可以在不同地点进行，还可以在同一地点进行任意两个搮:作而 在其他地点进行其他操作，总之，这些操作的地点可以根据具体需求进行任意分布。 研究人员、管理人员、设备维护人员等可在任何地点通过计算机网络进行相应得操 作，极为方便。
综上所述，这种架构有以下优点
一，加强信息的分享，促进研究；
二，实验设备可集中管理和维护，降低管理和维护费用，提高管理力度； 三，节省在不同研究地点重复购买相同实验设备的费用； 四，可利用计算机网络在任何地点进行任何4乘作，应用十分方便。 进一步的，所述计算机辅助图形化实验流程设计系统还包括原料数据管理系 统，用于记录和管理各种原料的名称、缩写、类别、分子量、比重、浓度、沸点以 及各种性能曲线图等信息；还可以记录材料安全数据、供应商、溶解性、备注等信 息。请参图22，是原料数据管理系统的管理界面的一种形式，窗口 461为原料列 表，设有IUPAC (国际理论和应用化学联合会)名称、缩写、类别三个栏位；窗口 462以图表方式显示选定材料的相关性能。
进一步的，原料配比方式包括容量配比、质量配比以及摩尔配比，所述计算机 辅助图形化实验流程设计系统可以根据原料数据管理系统提供的相关信息(比如原 料的分子量、浓度等)、配比方式以及其中一种原^fr的用量自动计算其他原料的用 量。
进一步的，研究人员可以在终端41上设计实验，从服务器下载原料数据，进 行实验设计时从这些原料数据中选择实验所需的原料。
进一步的，采用申请人开发的Portal系统对实验设备进行远程监控，请参图 23,是Portal系统的实验设备监控界面，其中，窗口 81显示实验设备列表，从中 选择可供远程监控的实验设备，窗口 82显示对应实验设备的执行系统(包括监控
系统)或者监控系统的界面。在一种实施方式中，执行系统的操作界面如图23窗口 82所示。进一步的，Portal系统提供了两种显示模式显示所述实-^i殳备的执行系统界面 或者监控系统的界面， 一种是在窗口82中显示，图23所示的就是这种显示形式， 另一种是在新窗口显示，图24所示的就是这种显示形式，这种显示形式可以完整 地显示执行系统或者监控系统的界面。其中，图24所示监控系统界面左上方的圓 点阵列821代表样品阵列，比如以微孔基板承载的样品阵列，或者以反应瓶阵列承 载的样品阵列等。可以设置几种显示状态以表示对应样品的状态，比如，灰色圓点 表示对应位置无样品，绿色圓点表示对应位置有待测样品，黑色圓点表示对应位置 的样品已经经过测试，圓点中标十字表示对应位置的样品正在被测。进一步的，还可采用申请人开发的Portal系统实现实验数据的共享，请参图 25,是Portal系统的数据管理界面，提供了相关数据的链接。点击所述链接后就会 弹出如图26所示的数据下载对话窗。点击图26所示数据下载对话窗中的 "download"按钮就会弹出如图27所示的文件下载对话窗。进一步的，可以上传与下载"实验室信息"、"合成信息"、"处理信息"、"筛选 信息"、"物质特性信息"、"实验报告"等数据。本发明的另 一 方面提供了 一种计算机辅助图形化高通量实验设计软件，包 括可令计算机执行以下操作的指令提供一数据模型；提供固定的实验操作流程(实验单元)；提供系统界面，包括设计板，用于引导输入实验流程设计指令；参数设置界面，用于引导输入参数设置指令；接收输入信号，在数据模型中增加或者删减固定的实验操作流程；接收输入信号，编辑实验参数。进一 步的，所述计算机辅助图形化高通量实验设计软件还包括可令计算机 执行以下操作的指令提供预定的实验初始化操作流程。进一步的，所述数据模型以预定格式记录实验的参数。在其中一种实施方 式中，请参图28,数据模型包括初始化操作数据组与实验数据组阵列，其中， 初始化操作数据组记录初始化操作的参数，实^r数据组阵列包括一个以上数据组记录一个以上实验的参数。图28中，装载第一溶液、装载第二溶液、装载清 洗溶液是初始化操作，每一初始化操作分别对应一组数据，记录参数设置等信 息，当然，也可以把所有初始化操作整合成为一个对象，只设置一组数据记录 相关信息。进一步的，在一种实施方式中，请参图29,图形化实验设计界面包括一个 或者一个以上第一原料图标51与相应的第一原料容器对应、 一个或者一个以上 第二原料图标52与相应的第二原料容器对应以及至少两个收集容器图标53与 相应的收集容器对应，通过鼠标点击对应的第一原料图标、第二原料图标以及 收集容器图标，选择实验的第一原料、第二原料以及收集容器。其中，每一第 一原料图标对应一个第 一原料容器，第 一原料图标为第 一颜色时表示对应的第 一原料容器内装载有第 一原料并可用，第 一原料图标为第二颜色时表示对应的 第一原料容器为空，或者其内装载的第一原料不可用；每一第二原料图标对应 一个第二原料容器，第二原料图标为第三颜色时表示对应的第二原料容器内装 载有第二原料并可用，第二原料图标为第四颜色时表示对应的第二原料容器为 空，或者其内装载的第二原料不可用；每一收集容器图标对应一个收集容器， 收集容器图标为第五颜色时表示对应的收集容器未被占用，收集容器图标为第 六颜色时表示对应的收集容器被占用；参数设置界面供实验的参数设置。进一步的，所述第一原料图标51、第二原料图标52、收集容器图标53等 的形状可以与实际的^f更件相似，也可以不同。进一步的，所述第一颜色、第三颜色及第五颜色相同，所述第二颜色、第 四颜色及第六颜色相同。进一步的，还有第七颜色，表示当前被选中的图标。进一步的，所述实验流程文件生成引擎可以根据实验设计方案按顺序把操 作流程写入实验流程文件，以写入的顺序表示实验操作流程的走向，也可以为 每一操作进行编码，以所述编码表示实验操作流程的走向。进一步的，所述实验流程文件可以是一个文件，也可以是一组记录不同类 型数据的文件。进一步的，请参图29，所述计算机辅助图形化高通量实验设计系统还包括 实验列表窗口 54，列出已经建立的实验，所述实验列表窗口 54中的每一行与 一个收集容器图标53对应。 进一步的，所述实验列表窗口 54还可显示每一实验的参数，比如对应的收 集容器编号、容量、各种原料用量、反应器转速、压力、温度等。进一步的，在一种实施方式中，参数设置界面如图30所示，可以采用双击鼠标的方式呼出实验的参数设置界面，还可在新建实验时自动弹出参数设置界 面。在参数设置界面中可以设置选择收集容器、各种原料用量、反应器转速、 压力、温度等实验参数。进一 步的，所述计算机辅助图形化高通量实验设计系统还包括初始化设置 界面，主要用于设置供实验中使用的原料。在本发明的一种实施方式中，初始化设置界面如图31所示，窗口 56用于设置第一溶液，可在原料数据管理系统 中进行选择，也可人工输入，设置的方式可以釆用下拉菜单的方式，也可以采 用弹出窗口的方式，还可以采用其他适合的方式。窗口 57用于设置第二溶液。 窗口 58用于设置清洗溶液。窗口 59用于设置收集容器的容量。 进一步的，可以用名称、数字或者其他代码来区分原料。 进一步的，可以在初始化设置界面中为原料指定容器，如图31所示，在窗 口 56至58中的"position"栏中为原料指定容器。进一步的，初始化设置界面还可显示原料的各种属性，比如分子量、浓度 等等。进一步的，所述计算机辅助图形化高通量实验设计软件还包括可令计算机 执行以下操作的指令接收输入信号，把数据模型转化为实验流程文件，实验 流程文件以预定格式记录实验操作流程及其参数。所述计算机辅助图形化高通量实验设计软件还包括可令计算机执行以下操 作的指令接收输入信号，把实验流程文件转化为数据模型，以对其进行编辑。所述计算机辅助图形化高通量实验设计软件还包括可令计算机执行以下操 作的指令读取实验流程文件并进行检查，若不符合预定的规则就发出警告。一般情况下， 一套实验设计系统对应一套实验设备，某些实验设备的应用 比较固定，能够生成固定实验流程的实验设计系统比较适用。如果一系列实验 的参数呈规律性变化，那么还可建立具有批量生成实验操作流程功能的实验设 计系统，比如只要输入实验的数量，以及某一或者某几个参数的初始值以及步 进值(或者选择相应的方程式)，由实验设计系统自动生成相应的—— 一 系列实验的 操作流程及其对应的参数。但在某些情况下，比如，实验的参数不呈规律性变 化，那么本发明所提供的上述计算机辅助高通量实验设计系统无疑更加适用。进一 步的，利用所述计算机辅助图形化高通量实验设计系统进行实验设计 所得的实验流程文件记录实验操作流程的格式与所述计算机辅助图形化实验流 程设计系统相同。因为利用所述计算机辅助图形化高通量实验设计系统进行实 验设计所得的实验流程文件不包含所述计算机辅助图形化实验流程设计系统的 图标在设计板的位置信息，因此，在所述计算机辅助图形化实验流程设计系统 载入该实验流程文件，系统为该实验流程文件记录的实验操作流程所对应的图 标按一定规则设置坐标值，这些图标在设计板的分布状况请参图2。进一步的，利用所述计算机辅助图形化高通量实验设计系统进行实验设计 所得的实验流程文件与利用所述计算机辅助图形化实验流程设计系统进行实验 设计所得的实验流程文件可以在同 一执行系统执行。
图1A为本发明实验流程设计及执行系统的结构图。图1B为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的结构图。图1C为本发明数据模型的结构示意图。图2为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图3为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图4为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图5为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的梯:作界面。图6为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图7为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图8为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图9为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图10为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图11为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图12为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图13为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图14为本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统的操作界面。图15为采用本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统设计实验的示例。 图16为采用本发明计算机辅助圓形化实验流程设计子系统设计实验的示例。 图17为采用本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统设计实验的示例。图18为釆用本发明计算机辅助图形化实验流程设计子系统设计实验的示例。 图19为本发明计算机辅助图形化实验设计子系统以及执行子系统的拓朴关系图。图20为本发明执行系统的操作界面。图21为本发明实现远程监控实验设备以及数据共享的各系统之间的连接网络 示意图。图22为本发明原料数据管理系统的操作界面。图23为本发明PORTAL系统远程监控的界面。图24为本发明PORTAL系统在新窗口进行远程监控的界面。图25为本发明PORTAL系统数据库界面。图26为本发明PORTAL系统数据下载对话窗口 。图27为windows操作系统文件下载对话窗口 。图28为本发明计算机辅助图形化高通量实验设计系统建立的数据模型的结构图。图29为本发明计算机辅助图形化高通量实验设计系统的操作界面。图30为本发明计算机辅助图形化高通量实验设计系统的参数设置界面。图31为本发明计算机辅助图形化高通量实验i殳计系统初始化设置界面。
具体实施方式本发明申请人所拥有的一项国际专利申请PCT/CN2005/002177号"物质处 理装置及其应用"揭示了一种物质处理装置，其包括物质处理腔、与物质处理腔 第一端连通的第一原料输入口 、与.物质处理腔第一端连通的第二原料数入口 、 与物质处理腔第一端连通的清洗溶液输入口以及与物质处理腔第二端连通的输 出口，其中，第一原料输入口供第一原料输入物质处理腔，第二原料输入口供 第二原料输入物质处理腔，清洗溶液输入口供清洗溶液输入物质处理腔，输出 口供物质处理腔内的处理后物质或者废料输出。以下将以所述物质处理装置为例对本发明的计算机辅助图形化实验流程设 计系统以及计算机辅助图形化高通量实验设计系统进行说明。
请参图2、图5至图14，所述计算机辅助图形化实验流程设计系统的图标 集合111包括起始图标1111、结束图标1112、单向连接图标1114、操作图标1121 对应装载第一溶液的操作、操作图标1122对应装载第二溶液的操作、操作图标 1123对应装载清洗溶液的操作、操作图标1124对应混合的操作、操作图标1125 对应清洗物质处理腔的操作、操作图标1126对应设置实验参数的操作、操作图 标1127对应干燥处理物质处理腔的操作、操作图标1128a对应选择收集容器容 量的操作、操作图标1128b对应实验设备的初始化操作。请参图2设计板112的图形化实验设计，其依次包括以下操作第一步，装载清洗溶液；第二步，装载第一溶液；第三步，装载第二溶液；第四步，选择收集容器容量；第五步，校正收集容器的位置(在本实施例中，收集容器包括设置于一可 旋转架子的52支试管，校正收集容器的位置是指使指定的收集容器处于指定的 位置)；第六步，校正第一溶液容器的位置(在本实施例中，第一溶液容器包括IO 支设置于一旋转架子的试管，校正第一溶液容器的位置是指使指定的第一溶液 容器处于指定的位置)；第七步，设置实验参数；第八步，往所述物质处理腔注入所述第一溶液以及第二溶液并进行混合； 第九步，往所述物质处理腔注入清洗溶液进行清洗； 第十步，往所述物质处理腔注入气体进行干燥处理；重复所述第七步至第十步，共进行五次混合实验，当然，每次实验的参数 可以不同。请参图29，若要利用所述计算机辅助图形化高通量实验设计系统设计上述 实验方案，可以按照以下步骤进行操作第一步，用鼠标点击"新增"键，新建实验，点击相应的第一原料图标51、 第二原料图标52、收集容器图标53,选择对应的第一原料、第二原料以及收集 容器；第二步，通过图30所示的实验参数设置界面对新建实验进行参数设置； 重复第一步和第二步四次，建立包括五个实验的高通量卖验设计方案。 其中，也可以通过复制实验列表界面54中列出的实验的方式新建实验。 进一步的，利用所述计算机辅助图形化高通量实验设计系统设计实验方案 所得的实验流程文件可以在所述计算机辅助图形化实验流程设计系统中进行编 辑，需要说明的是，因为所述计算机辅助图形化高通量实验设计系统不是通过 复制图标的方式进行实验设计，因此，其生成的实验流程文件在计算机辅助图 形化实验流程设计系统中打开后，其操作所对应的图表按照默认的坐标分布于 设计板。当然，除了本实施例，本发明的计算机辅助图形化实验流程设计以及执行 系统还可以用于很多类型的实验，比如离子液体的制备与考评，催化剂的制备 与考评，分子筛的制备与考评等等。
权利要求
1.一种计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统，包括计算机辅助图形化实验流程设计子系统，其被设置成能进行以下操作，提供一图标集合、一设计板以及一数据模型，其中，图标集合包括至少两个操作图标，所述至少两个操作图标与至少两个操作包一一对应，每一操作包包括至少一个实验操作，进一步的，所述计算机辅助图形化实验流程设计子系统还被设置成能进行以下操作，根据一用户的输入在所述数据模型中写入至少两个操作包及其之间的关联以形成一实验流程，其中，所述设计板通过根据所述数据模型所记录的操作包及其之间的关联实时显示对应的操作图标及其之间的关联以引导用户输入设计实验流程的指令；以及实验流程执行子系统，其被设置成能进行以下操作执行所述实验流程，以控制实验设备进行实验操作。
2. 如权利要求1所述的计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统，其特征在于， 所述计算机辅助图形化实验流程设计子系统还被设置成能进行以下操作，在所 述数据模型中产生至少两个数据组， 一个数据组可记录一个操作包。
3. 如权利要求2所述的计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统，其特征在于， 所述数据组还可记录对应操作包的参数。
4. 如权利要求2所述的计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统，其特征在于， 所述数据组还可记录当前操作包的身份识别码以及所述实验操作流程中下 一个 操作包的身份识别码。
5. 如权利要求2所述的计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统，其特征在于， 所述数据组还可记录对应操作图标在设计板中的坐标。
6. 如权利要求1所述的计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统，其特征在于， 所述图标集合还包括连接图标和起始图标或/和结束图标，用于表示所述设计板 中操作图标之间的关联。
7. 如权利要求6所述的计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统，其特征在于， 所述连接图标为单向连接图标。
8. 如权利要求1所述的计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统，其特征在于， 所述图标集合还包括单向连接图标，用于表示所述设计板中操作图标之间的关 联。
9. 如权利要求1所述的计算机辅助图形化实验流程设计及执行系统，其特征在于， 所述设计板包括至少两个按一预定规则排序的格子，每一格子可供放置一个操 作图标，以按所述预定规则排序的操作图标表示实验的操作流程。
10. —种计算机辅助图形化实验流程设计方法，包括以下步骤提供至少两个操作图标，所述至少两个操作图标与至少两个操作包——对应， 每一操作包包括至少 一个实验操作； 提供一个设计板；接收指令，根据该等指令，在所述设计板内放置至少两个操作图标并建立关联 以形成一实一验流程；接收指令，根据该等指令，对所述操作图标所对应的操作包进行参数设置； 接收指令，根据该等指令，执行所述实验流程。
11. 如权利要求IO所述的计算机辅助图形化实验流程设计方法，其特征在于，它还 包括以下步骤提供连接图标，用于建立所述设计板内操作图标之间的关联； 接收指令，根据该等指令，以连接图标连接所述设计板上的操作图标。
12. 如权利要求11所述的计算机辅助图形化实验流程设计方法，其特征在于，它还 包括以下步骤提供起始图标或/和结束图标；接收指令，根据该等指令，在所述设计板内放置起始图标或/和结束图标，起始 图标对应实验流程的开始，结束图标对应实验流程的结束，并以所述连接图标连 接所述起始图标或/和结束图标与对应的操作图标。
13. 如权利要求11所述的计算机辅助图形化实验流程设计方法，其特征在于，所述 连接图标是单向连接图标。
14. 一种存储于计算机可读的存储媒介中的计算机辅助图形化实验流程设计计算机 程序产品，它包括能使计算机执行以下操作的指令提供系统界面，包括图标集合与设计板，其中，图标集合包括至少两个操作图标，所述至少两个操作图标与至少两个操作包——对应，每一操作包包括至少 一 个实验操作；提供一具有预定格式的数据模型；接收用户输入指令，根据该等指令，在该数据模型中写入至少两个操作包及其之间 的关联，以形成一实验操作流程，该数据模型中的所述实验操作流程可被实验流程执 行系统执行，以控制实验设备进行实验操作；所述设计板根据该数据模型记录的操作包及其之间的关联实时显示对应的操作图 标及其之间的关联。
15. 如权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于，它还包括能使计算机执行 以下操作的指令接收用户输入指令，根据该等指令，编辑数据模型中操作包的参数； 其中，系统界面还包括一参数设置界面。
16. 如权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于，它还包括能使计算机执行 以下操作的指令在所迷数据模型产生至少两个数据组， 一个数据组可记录一个操作包。
17. 如权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于，图标集合还包括连接图标， 以连接图标连接所述设计板上的操作图标表示操作图标之间的关联。
18. 如权利要求17所述的计算机程序产品，其特征在于，图标集合还包括起始图标 或/和结束图标，起始图标对应实验流程的开始，结束图标对应实验流程的结束。
19. 如权利要求17所述的计算机辅助图形化实验设计软件，其特征在于，所述连接 图标是单向连接图标。
20. 如权利要求14所述的计算机程序产品，其特4i在于，所述设计板包括至少两个 按预定规则排序的区域，每一区域可供放置一个操作图标，以所述预定规则的 排序表示实验流程的走向。
21. —种图形化实验流程设计方法，包括以下步骤提供系统界面，系统界面包括图标集合与设计板，其中，图标集合包括至少两个操 作图标，所述至少两个操作图标与至少两个操作包——对应，每一操作包包括至少一 个实验操作；提供一数据模型，该数据^t型具有预定的格式； 接收用户输入指令，根据该等指令，在该数据模型中写入至少两个操作包及其之间 的关联，形成一实验操作流程，该数据模型中的该实验操作流程可被实验执行系统执行，以控制实验设备进行相应的实验操作；设计板根据数据模型记录的操作包及其之间的关耳关实时显示对应的操作图标及其 之间的关联，以引导用户输入设计实验流程的指令。
22. 如权利要求21所述的图形化实验流程设计方法，其特征在于，它还包括以下步 骤接收用户输入指令，根据该等指令，编辑数据才莫型中搮作包的参数； 并且，系统界面还包括参数设置界面，以引导用户输入该等指令。
23. 如权利要求21所述的图形化实验设计方法，其特征在于，所述数据模型以数据 组记录所述操作包，每一数据组供记录一个操作包。
24. 如权利要求21所述的图形化实验设计方法，其特征在于，图标集合还包括连接 图标，用于表示操作图标之间的关联。
25. 如权利要求24所述的图形化实验设计方法，其特征在于，图标集合还包括起始 图标或/和结束图标，起始图标对应实验流程的开始，结束图标对应实验流程的 结束。
26. 如权利要求24所述的图形化实验设计方法，其特征在于，所迷连接图标是单向 连4妄图标。
27. 如权利要求21所述的计算机辅助图形化实验设计方法，其特征在于，所述设计 板包括至少两个按预定规则排序的区域，每一 区域可供放置一个操作图标。
全文摘要
一计算机辅助图形化实验流程设计子系统被设置成能够进行以下操作提供一图标集合、一设计板以及一数据模型，该图标集合包括至少两个操作图标，每一操作图标与一操作包相对应，所述每一操作包包括至少一个实验操作；基于一用户输入的指令在数据模型中写入至少两个操作包以及其之间的关联以形成一实验流程；所述设计板根据所述数据模型所记载的内容实时显示对应的操作图标及其之间的关联，以引导用户进行实验流程设计。利用该子系统进行实验流程设计具有直观简单的特点。
文档编号G06F17/50GK101114315SQ20071014151
公开日2008年1月30日 申请日期2007年7月30日 优先权日2006年7月28日
发明者倪利民, 华新雷, 吴阳平, 周俊威, 王尤崎, 堃 胡 申请人:亚申科技研发中心(上海)有限公司;美国亚申公司