基于虛擬儀器技術(shù)測控人才培養(yǎng)模式的研究與探索

鞠 虹 王麗飛 王 君 王振波

隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展,虛擬儀器的概念逐步為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界所認識并成為21世紀測試技術(shù)與儀器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向,在研究、制造和開發(fā)等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1 虛擬儀器技術(shù)引領(lǐng)測控領(lǐng)域的時代潮流

隨著信息檢測和數(shù)據(jù)采集的需求越來越大,創(chuàng)新的步伐越來越快,虛擬儀器逐漸成為引領(lǐng)測控領(lǐng)域時代潮流的一種革新性的技術(shù)方案。虛擬儀器技術(shù)利用高性能的模塊化硬件,結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。在硬件方面,虛擬儀器技術(shù)可以提供“即測即用”的高效數(shù)據(jù)采集平臺,它能使測試系統(tǒng)搭建和配置的時間成本降至最低。在軟件方面,LabVIEW是一種圖形化測量程序開發(fā)環(huán)境,僅需拖放控件調(diào)色板中的對象,使用交互式屬性頁定制其行為與外觀,徹底改變測控的程序的開發(fā),讓編寫程序變得簡單、快捷、有趣。無論是否有相關(guān)經(jīng)驗,人們都能迅速、經(jīng)濟地連接測量與控制硬件、分析數(shù)據(jù)、共享結(jié)果并發(fā)布系統(tǒng)。

虛擬儀器系統(tǒng)的價格與具有相似功能的傳統(tǒng)儀器相差無幾,甚至要少很多。而且由于虛擬儀器在測量任務(wù)需要改變時具有更大的靈活性,因而隨著時間的流逝,節(jié)省的成本也不斷累計。可以預(yù)見的是,這些主流的商業(yè)可用技術(shù)將讓虛擬儀器技術(shù)向更多的應(yīng)用領(lǐng)域敞開大門。虛擬儀器技術(shù)在工業(yè)測量和控制領(lǐng)域中掀起一場變革,它正在逐漸替代手寫程序開發(fā)測量軟件和測試平臺的傳統(tǒng)儀器時代。

2 虛擬儀器技術(shù)推廣和應(yīng)用的現(xiàn)狀

目前,虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用遍布電子、機械、通信、汽車制造、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個行業(yè)領(lǐng)域。從日本的汽車測試、澳洲的心臟起搏器設(shè)計驗證到英國電信電話線路性能測試,都使用虛擬儀器技術(shù);全世界數(shù)以萬計的工程師和科學(xué)家都在使用虛擬儀器技術(shù)繪制系統(tǒng)及控制的流程圖,撰寫檢測與控制系統(tǒng)軟件說明書;成千上萬的儀器驅(qū)動采用LabVIEW語言編程設(shè)計檢測與控制系統(tǒng)。目前,財富500強中85%的制造型企業(yè)已經(jīng)選擇虛擬儀器技術(shù),大幅度減少自動化測試設(shè)備的尺寸,使工作效率提升10倍之多,而成本卻只有傳統(tǒng)儀器解決方案的一小部分。

虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用也給傳統(tǒng)的院?？蒲小⒔虒W(xué)帶來巨大的變化。虛擬儀器實驗室的建立可以幫助研究者提高工作效率,改進學(xué)生的學(xué)習(xí)方法。以往復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集工作變得異常簡便,教師和學(xué)生都可以集中時間和精力于結(jié)論的分析和有創(chuàng)意的概念上。目前,國內(nèi)已經(jīng)有很多知名高校開設(shè)虛擬儀器課程,并建立虛擬儀器實驗室,這足見虛擬儀器技術(shù)對數(shù)據(jù)采集和儀器控制自動化領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用,以及各個高校對虛擬儀器技術(shù)及對基于虛擬儀器技術(shù)的測量和控制人才培養(yǎng)的重視。由此可見,虛擬儀器技術(shù)在最高學(xué)府中的推廣和應(yīng)用是十分重要的,也是十分必要的。

3 學(xué)校開展虛擬儀器測控人才培養(yǎng)的必要性和重

要性

在高校,尤其是在中國石油大學(xué),虛擬儀器技術(shù)的傳授和推廣具有十分重要的意義和應(yīng)用價值。中國石油大學(xué)是有石油行業(yè)特色的國家直屬重點大學(xué),是石油、石化行業(yè)科學(xué)研究的重要基地,具有良好的科研條件和穩(wěn)固而又廣闊的科研市場,是塑造石油、石化行業(yè)專業(yè)人才的搖籃。石油開采、儲運和加工行業(yè)中對儀器設(shè)備的設(shè)計、監(jiān)測和檢測無一不涉及儀器設(shè)備和測量及控制自動化領(lǐng)域。培養(yǎng)的學(xué)生畢業(yè)后要奔赴石油石化領(lǐng)域的各個工廠、企業(yè)、公司,他們其中的一部分將會成為設(shè)計師、工程師,這就要求他們不但要有過硬的專業(yè)知識,而且具備順應(yīng)虛擬儀器技術(shù)在測控領(lǐng)域引領(lǐng)的發(fā)展潮流的能力。一旦學(xué)生掌握虛擬儀器技術(shù),就可以使他們具備根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境而開發(fā)數(shù)據(jù)采集和儀器控制的能力,這對學(xué)生來說是一筆無形的財富,它不僅會增強學(xué)生就業(yè)時的競爭力,同時還會使他們在今后的測控和設(shè)計工作中更加得心應(yīng)手、游刃有余。中國石油大學(xué)培養(yǎng)的學(xué)生具備多項專業(yè)基礎(chǔ)和素養(yǎng),專業(yè)技術(shù)儲備和虛擬儀器技術(shù)的結(jié)合,使他們有希望成為復(fù)合型高級工程技術(shù)人才。

縱觀國內(nèi)外高校教育體制,為適用時代和科技發(fā)展的潮流,跟上創(chuàng)新的步伐,為了培養(yǎng)更有競爭力的復(fù)合型人才,借鑒清華、北大等知名高校虛擬儀器推廣和應(yīng)用的經(jīng)驗,中國石油大學(xué)開設(shè)虛擬儀器課程,建立虛擬儀器實驗室是必要的,也是明智的選擇。開設(shè)虛擬儀器技術(shù)的選修課,鼓勵感興趣的學(xué)生通過聽課或者自學(xué)的方式學(xué)習(xí)虛擬儀器軟硬件知識。另外,通過與虛擬儀器公司合作,獲得虛擬儀器高校技術(shù)資源,建立虛擬儀器技術(shù)實驗室,并結(jié)合相關(guān)的科研課題,培養(yǎng)學(xué)生興趣,給學(xué)生鞏固知識和實踐應(yīng)用的機會。同時,借此機會可以探索校內(nèi)課程與企業(yè)需求相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合、傳授與創(chuàng)新相結(jié)合的產(chǎn)學(xué)研合作的教育新機制和新模式,這也是素質(zhì)教育研究的新契機。