Autonomous Lab · 架构草图 · 基于交互原型 v0.4

自主实验室架构图

原型里的自主实验室由五块能力加一个中控后端组成。Harness 框架是大脑,负责会话、规划和人机协同;JEV 是独立在 Harness 之外的小脑,盯着实时状态做快速判断;DataCore 管数据;页面和 Agent 的所有设备操作都先进固态中控后端,再由它统一下发给只部署一套的 UniLab;表征平台 负责把表征数据变成可用的特征。下面分三张图说明它们的技术关系、部署位置,以及 PI、研究员、实验员、系统管理员各自在流程里做什么。

Harness 框架大脑:会话、规划、人机协同
JEV 快速判断小脑:实时状态下的快速判断
固态中控后端入口:鉴权、确认、统一下发
DataCore记忆:数据、样品、血缘
UniLab手:排程、工作流、设备动作
表征平台眼睛:表征分析(规划接入)

技术架构

会话和规划由 Harness 完成,LLM 在这一层调用。设备侧只有一个入口:页面点击和 Harness 的插件调用都先到固态中控后端,在那里鉴权、确认、去重和审计,汇合成同一串设备动作,再沿唯一的通道交给 UniLab。JEV 在 Harness 之外独立运行,通过中控读设备状态、提暂停请求。DataCore 同样有两个入口:人在统一工作台上直接操作,Agent 通过 DataCore CLI 操作,两者走同一套项目与资源权限。

桌面客户端 · 固态合成上位机 / 统一工作台页面操作和 Agent 面板在同一个客户端里Agent 会话追问卡授权卡实验中心样品与数据设备与物料看板对话 · 追问与授权来源=手动页面直接操作 DataCoreAgent · DataCore CLIHarness 框架大脑会话、规划、人机协同;LLM 在这一层调用会话与规划理解目标、拆解任务生成方案与工具调用定时与事件自动化插件与 CLI中控编排 · 排程助手DataCore CLI物料核算 / 追溯人机协同关键节点追问补充写操作先出确认卡按角色找对应的人轨迹与审计读了哪些数据谁何时授权了什么供复盘与审计固态中控后端设备侧唯一入口鉴权 · 确认 · 幂等 · 审计页面和 Agent 在这里汇合,账本只记来源业务账本用户与角色项目与轮次配方 / 方法版本排程队列库存与补料LOT / 装瓶码报警确认审计人工确认节点确认后才发下一步,记入审计统一下发 + UniLab 网关同一串设备动作 · 轮询回读 · 失败不重发插件调用来源=Agent只读回读MCP / CLI 待定表征平台规划接入眼睛:把表征数据和图像变成可以判断的特征XRD 物相SEM 形貌EIS 电导图像 / 光谱统一接口 · 版本可追溯JEV 快速判断模型小脑Harness 之外独立运行,秒级判断安全预判会不会出事故状态监测温度、时序、告警介入判定要不要人补信息输出放行·暂停·升级给人经中控读状态、提暂停,不直连 UniLab调用算法送检方案风险 · 需人介入设备状态暂停请求来源=JEV设备动作(幂等键)状态(轮询)UniLab OS 内核单实例已接入工站的编排与执行edge 规则:占用锁 · 超时 · 结果不明只认中控来的动作,看不出是页面还是 Agent合成工站设备图电导工站设备图DataCore 研发数据中枢组织研发数据、关联业务上下文、保存分析结果项目与实验项目 · 方案 · 任务 · 样品资源协作工站预约 · 试剂管理配方优化优化过程 · 状态 · 结果原始数据表征结果历史状态判定记录实验结果原始记录模板衔接 · 按约定接口模型能力候选需研究人员审核UniELF预测 · 主动学习独立 BO贝叶斯配方优化实验数据 / 研究目标预测 / 候选表征仪器 · 测试原始数据源XRD · SEM · EIS 仪器电脑原始数据可留在外部源导入 / 引用动作状态 · LOT · POST设备包驱动 → 合成工站软件 → 设备驱动:TCP 客户端 · UTF-8 JSON(端口待确认)工站软件:分配任务号、LOT、POST、装瓶码机械臂 · 扫码器 · 加珠仪 · 声共振 · 焦耳热 · 马弗炉 1–4图例唯一下发通道返回 / 回读按约定对接 / 待接来源=手动中控账本里的来源人工授权由人确认后才继续规划接入

一条设备管线

页面和 Agent 到中控之后就没有区别了:同一个下发入口、同一个工作区、同一组动作和状态通道。差别只留在中控账本的“来源”字段里,UniLab 和工站看不出是谁发的。

大脑与小脑分工

Harness 用 LLM 做慢而全面的事:理解目标、拆任务、生成方案。JEV 做快而窄的事:对当前状态给出放行、暂停或升级给人。JEV 的暂停也走中控,账本里记为“来源=JEV”。

两类人机协同

Harness 信息不够时向人发追问卡;写操作先出确认卡。中控里的人工确认节点是硬约束,确认后才发下一步,Agent 不能自动跳过。

DataCore 是研发数据中枢

DataCore 组织项目、方案、任务和样品,管理工站预约和试剂,承载配方优化。实验结果和原始记录经中控回流,UniELF 和独立 BO 的预测与候选也存回这里,候选需研究人员审核。

展开合成工站:中控 → UniLab → 设备 ↓展开 DataCore:项目、资源、优化与存储 ↓

合成工站展开:页面和 Agent 走同一条设备管线

UniLab 只部署一套,工站只看到 TCP 报文。用下面的按钮分别高亮两条入口,可以看到它们在中控汇合后完全重合。

两条入口在中控汇合,之后只有一条粗线进入 UniLab。
固态合成上位机(页面)Agent 工作台研究项目智能计算实验中心设备与物料样品与数据实验方法库设置看板管理员 · PI · 研究员 · 现场实验员 | Agent 离线时,页面点击仍覆盖全部实验操作来源=手动回读:设备 · 样品 · 待办Agent 层(Harness 插件)中控编排排程助手物料核算 / 进度 / 追溯智能计算可读:工站状态、当前任务、LOT 与装瓶码、队列与余量只访问中控,不直连工站,不另起 UniLab来源=Agent · 写操作先出确认卡只读回读固态中控后端不安装 UniLab 内核;前端轮询,必要时推送“请重新拉取”鉴权 · 确认 · 幂等 · 审计提案 → 确认 → 执行工作流编排取坩埚 · 加粉加珠声共振马弗炉 / 焦耳热加热后处理与烧结统一下发 + UniLab 网关页面与确认卡 → 同一串动作轮询回读入账本 · 失败不重发业务账本用户与角色项目与轮次配方版本方法版本与评审排程队列与优先级人工确认节点库存与补料台账LOT / 小坩埚 / 装瓶码操作审计(来源)报警确认看板统计人工确认节点确认后才发下一步,记入审计,Agent 不能跳过加粉前 核对槽位和配方声共振上料前 复核参数马弗炉上料前 核对炉号焦耳热加热前 确认载体焦耳热完成后 等约 1 分钟再下料声共振每盘最多 3 次,每次先下料,再到人工位置确认设备动作(幂等键)↓设备状态(轮询)↑UniLab OS 内核单实例与调用方无关:看不出是页面还是 Agent工作区(product 模式启动)下发接口(幂等键)状态读取接口edge:占用锁 · 超时 · 结果不明合成工站设备图 · 动作 · 状态通道动作与指令状态 · LOT · POST固态工站设备包 · 合成工站驱动端口待确认TCP 客户端 · 报文 UTF-8 JSON · CRLF 分帧不沿用电导工站端口现场 · 固定加样下单软件(TCP 服务端)执行加样、声共振、装瓶、烧结;分配任务号、LOT、POST、装瓶码机械臂扫码器加珠仪声共振焦耳热马弗炉 1马弗炉 2马弗炉 3马弗炉 4旁路,不进设备管线计算服务预测 · 配方推荐 · 算力,不占合成设备手套箱水氧数据源独立数据源或人工录入,超限暂停开舱加样当前限制待确认机械臂抢占、多工作流真并行依赖芯越后续能力当前同一时刻只跑一条合成任务再下发会被拒绝电导工站同一设备包的另一台设备、另一组端口装瓶码以后可扫进电导测试,本阶段不同回路待接 / 占位扫码经 UniLab 工作区同步数据库(期望)当前:扫码结果进中控,作为动作参数下发设备自检、手套箱换气工作流未落地合成料架 27+10 格:中控展示,无槽位回读图例唯一下发通道(中控 → UniLab)灰色向下:请求、动作彩色向上:状态、回读虚线:待接、占位或待确认来源=手动中控账本里的来源标记人工确认节点页面与 Agent 不直连 UniLab 或工站
上传配方→ 取坩埚 / 创建合成任务→ 加粉加珠核对槽位和配方→ 声共振(可多次,≤3)上料前复核参数→ 扫码装瓶,生成 LOT→ 烧结:马弗炉或焦耳热核对炉号 / 确认载体→ 下料焦耳热后等约 1 分钟

Agent 可读

  • 工站状态、当前任务
  • LOT 与装瓶码
  • 排程队列与物料余量

Agent 提议,人确认后可写

  • 上传配方
  • 创建并启动合成任务
  • 按已发布方法排程
  • 登记补料

只在页面按钮上,不注册成插件

  • 开舱与外舱门、急停
  • 机械臂单步、单点动作的原子动作
  • 修改通讯参数

中控做什么、不做什么

中控负责鉴权、确认、幂等、审计和把操作翻译成设备动作,轮询回读后并入账本,写失败不自动重发。它不安装 UniLab 内核,页面和 Agent 也都不能绕过它直连 UniLab 或工站。

幂等键

每次下发都带幂等键:同键同参不会重复执行,同键改参视为冲突。网络抖动或重复点击不会让设备多做一遍。

后处理批次与 POST

页面上“新建后处理批次”是中控侧的业务批次,工站侧的 POST 是设备对象,两者用 LOT 关联。加样头余量是中控台账,不从工站回读。

DataCore 展开:两种入口,一套权限

DataCore 以项目和实验为主线,把研发数据和业务上下文组织在一起。左边是模型预测与候选推荐,右边是实验执行,底部是按职责划分的存储。用按钮分别看两种入口和数据回流。

两个入口在“统一登录 · 按项目与资源权限访问”汇合。
研究人员定义研究目标 · 审核候选方案 · 批准实验 · 审核结果与结论统一工作台(页面)浏览 · 操作 · 协作入口用户直接操作对话Agent · DataCore CLIHarness 代人查询、整理、写入CLI · 写入先出确认卡DataCore统一登录 · 按项目与资源权限访问页面和 CLI 走同一套权限项目与实验项目 · 方案 · 任务实验与样品关系工具Agent数据分析与研发辅助资源协作工站预约预约规则与记录试剂管理库存规则与记录配方优化优化过程运行状态优化结果BO 与 UniELF 的结果都在这里留存为人员、模型和执行系统提供协作基础原始测试数据可留在外部源,DataCore 保存引用与业务上下文业务数据库业务关系、权限、记录资源业务数据预约、试剂记录优化运行数据优化状态与产物引用测试记录测试原始数据源测试记录,可留在外部源附件与产物文件 / 对象存储附件 · 原始文件 · 分析产物模型能力UniELF特定模型预测主动学习独立 BO基于实验数据的贝叶斯配方优化两者分开,不合成一条流程候选建议需研究人员审核实验数据研究目标预测结果候选建议批准实验经中控确认UniLab已接入工站的编排与执行设备动作统一由中控下发模板衔接按约定接口实验结果原始记录授权指令真实实验硬件合成工站 · 表征设备外部服务按需接入算力平台 · 通知 · 外部测试源图例灰色:请求、写入彩色:返回、回流虚线:按约定对接、外部或可选用户直接操作入口标记需研究人员审核人把关的环节图中是逻辑职责,不代表每个模块是一台独立服务器

两种入口

研究人员在统一工作台上浏览、操作、协作;Agent 通过 DataCore CLI 代人查询和整理。CLI 不是后门,权限与登录用户一致,写入类操作先在 Harness 里出确认卡。

模型能力分开呈现

UniELF 做特定模型预测和主动学习,独立 BO 基于实验数据做贝叶斯配方优化。两者各自读取实验数据和研究目标、各自返回结果,候选建议都要研究人员审核后才进入实验。

与执行系统的边界

DataCore 和 UniLab 之间按约定接口做模板衔接,DataCore 不直接下发设备动作。研究人员批准的实验经固态中控确认后才下发,实验结果和原始记录再回流 DataCore。

存储按职责划分

业务数据库、资源业务数据、优化运行数据分别对应三个业务区;附件与分析产物进文件 / 对象存储;测试原始数据可以留在外部源,DataCore 只保存引用和上下文。

部署架构

管理后台部署在服务器,Harness 框架和 CLI 运行在人员电脑。共享服务和所有模型推理集中放在实验室服务器,各人员电脑装同一个客户端,中控后端和 UniLab 也在服务器上,UniLab 通过设备包驱动直连现场的合成工站软件。LLM 通过服务器上的模型网关接入,可以调厂商 API,也可以本地部署。

外部服务玻尔 Bohrium 算力模型与优化作业(按需)飞书决策卡、报警推送大模型厂商 API方案 A · 按量计费实验室办公网 · 各人员电脑同一个客户端,按登录角色显示不同界面;电脑上不放大模型PC-01PI 的电脑桌面客户端Harness 框架DataCore CLI看板 · 审批授权项目规划PC-02研究员的电脑桌面客户端Harness 框架DataCore CLI智能计算 · 配方推荐表征分析工具PC-03实验员的电脑桌面客户端Harness 框架DataCore CLI实验中心 · 现场确认告警处理 · 补料登记PC-04管理员的电脑桌面客户端Harness 框架DataCore CLI设置 · 权限 · 审计节点与设备接入HTTPS内网 HTTPS:模型网关 · 中控后端 · DataCore实验室服务器 · 机房内网共享服务和所有模型推理都集中在这里LLM 接入方案 A / B 二选一或混合模型网关统一鉴权与路由用量统计 · 敏感数据过滤Harness 只连这里本地大模型(方案 B)GPU 推理服务器vLLM 等部署开源模型数据不出实验室方案 B方案 A · 出网 HTTPSJEV 判断服务小脑小模型 · 本地部署 · 可用 CPU订阅 UniLab 实时状态放行 / 暂停 / 升级给人不依赖大模型和外网表征平台服务规划接入表征算法统一托管GPU · 模型版本管理读写 DataCore实时特征推给 JEVDataCore 服务项目与实验 · 资源协作 · 配方优化业务库 · 文件 / 对象存储 · 运行数据页面与 CLI 访问 · UniELF / BO 接入固态中控后端业务账本(含管理后台)· 鉴权 · 确认幂等 · 审计 · 统一下发 + UniLab 网关UniLab OS 内核单实例工作区 · 设备图 · edge 规则 · 幂等下发固态工站设备包驱动(TCP 客户端)状态 / 暂停请求设备网 · 实验现场建议与办公网隔离,只放行 UniLab 和数据同步建议表征仪器 · 测试原始数据源XRD · SEM · EIS 仪器电脑可留在外部源,DataCore 存引用合成工站软件固定加样下单 · TCP 服务端端口待确认电导工站同一设备包,另一组端口合成工站设备(九路)机械臂扫码器加珠仪声共振焦耳热马弗炉 1马弗炉 2马弗炉 3马弗炉 4手套箱:水氧数据单独接入中控,超限暂停开舱加样人工确认节点在中控登记,现场人员核对后才发下一步工站软件分配任务号、LOT、POST、装瓶码TCP · UTF-8 JSON原始文件同步 / 导入 DataCore

方案 A:调用厂商 API

上线快,能用到能力最强的模型,按量付费,不用买 GPU。代价是对话内容和实验数据会出实验室,需要做脱敏,并评估客户的合规要求;外网断了规划功能就不可用。

方案 B:本地部署大模型

数据不出实验室,可以离线运行,适合对数据敏感的客户。需要采购 GPU 服务器并有人运维,开源模型的规划能力可能不如头部厂商的 API。

为什么要模型网关

各 PC 上的 Harness 只连网关,不直接持有厂商密钥。网关负责鉴权、用量统计和敏感数据过滤,也能做混合路由:涉及原始数据的请求走本地模型,通用规划走厂商 API。以后换模型不用改客户端。

JEV 必须放在本地

JEV 管设备安全,不能依赖外网和大模型。它部署在服务器上、紧挨 UniLab 中控,直接订阅设备状态。模型小,用 CPU 或一张小卡就够。

设备网隔离

建议办公网电脑不能直接访问工站软件,只有 UniLab 能跨网段下发。合成工站驱动是 TCP 客户端,报文为 UTF-8 JSON,端口待确认,不要沿用电导工站的端口。

业务架构

一个研究轮次从 PI 立项开始,经研究员和 Harness 一起规划、PI 授权、实验员现场执行,执行中由 JEV 实时把关,数据回流后研究员验收 Harness 提出的下一轮方案,再由 PI 决定是否继续。黄色框是必须由人把关的环节。系统管理员不参与单个实验,负责让整套系统可用、可控。

① 立项② 方案规划③ 审批授权④ 实验执行⑤ 数据与表征⑥ 决策与复盘PI首席科学家研究员研究规划与分析实验员现场执行系统管理员运维与配置系统Harness · JEVUniLab · DataCore表征平台问 Agent提交计划授权执行升级 / 确认数据就绪下一轮人员与角色权限 · 设备与节点接入 · 通讯参数(仅管理员可改) · 计算资源与数据源 · 运行审计贯穿全流程,不参与单个实验的审批设定研究目标划定轮次与约束在 Agent 会话中规划实验方案Harness 规划方案缺信息时追问调用预测与推荐审批执行授权参数变更需重审备料 · 排程现场确认节点处理告警中控统一下发JEV 实时安全判断异常→暂停并升级DataCore 归档表征分析核对数据完整性决定是否补采Harness 汇总结果提出下一轮方案验收方案保留数据血缘看板复盘决定下一轮或结题人工把关点JEV 快速判断Harness 规划与人机协同
各角色可见的功能模块 ● 可用 ★ 登录后默认页 — 不显示
模块PI研究员实验员系统管理员
Agent 工作台待办、需要你决策的事和 Agent 对话●★●★
研究项目目标、轮次、方案●●—●
智能计算性能预测、配方推荐、模型训练、数据集—●—●
实验中心排程队列、单点动作、混料、烧结、手套箱——★●
设备与物料设备、物料、料架—●●●
样品与数据查询、待处理样品、烧结记录、动作记录—●●●
实验方法库已发布的工艺方法及版本——●●
看板数据量、占用、项目进度、使用率、故障率★——●
设置系统参数、权限、操作审计查看查看查看可修改

PI

默认进入运营看板。设定项目目标和轮次,审批实验计划的执行授权,计划的关键参数改了就要重新审批。

研究员

默认进入 Agent 工作台。和 Agent 一起做性能预测、配方推荐,回答 Harness 的追问,提交计划;数据回来后核对质量,决定是否采纳下一轮方案。

实验员

默认进入加珠混料页,Agent 面板收起。负责备料、排程和现场的人工确认节点;JEV 判定有风险而暂停时,由实验员到现场核对后决定是否继续。

系统管理员

界面包含所有角色的功能,另加看板和设置。只有管理员能改通讯参数、计算资源与数据源,并负责人员权限和运行审计。

说明:模块划分、角色权限取自交互原型 v0.4;合成工站和 DataCore 部分依据对应的架构说明整理,按信息密度做了合并,未逐条画出。JEV 和表征平台按你的定义放置。Agent 插件与中控之间走 MCP 还是 CLI 尚未确定。“来源=JEV”、网段隔离、模型网关和各服务的部署位置是设计建议。