測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)研究

蔣 彥 袁鋒偉 朱慧玲 王玉林 謝 靜

南華大學(xué) 湖南衡陽(yáng) 421001

測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)研究

蔣 彥 袁鋒偉 朱慧玲 王玉林 謝 靜

南華大學(xué) 湖南衡陽(yáng) 421001

介紹了虛擬儀器技術(shù)的形成和發(fā)展過(guò)程，虛擬儀器技術(shù)引領(lǐng)著當(dāng)代測(cè)控領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展方向，虛擬儀器在多種行業(yè)和領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。分析了測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和特點(diǎn)以及畢業(yè)生就業(yè)去向，結(jié)合南華大學(xué)“核”“醫(yī)”特色，論述了加強(qiáng)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，有助于把學(xué)生培養(yǎng)成為更有競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合型高級(jí)工程技術(shù)人才。

虛擬儀器；測(cè)控技術(shù)；復(fù)合型人才

虛擬儀器，是指在以通用計(jì)算機(jī)為主體的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義的，具有虛擬面板，測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作虛擬面板，就如同使用一臺(tái)專(zhuān)用的測(cè)量?jī)x器。虛擬儀器的出現(xiàn)使測(cè)量?jī)x器和個(gè)人計(jì)算機(jī)之間的界限消失，是儀器領(lǐng)域的一次重大革命。

1 虛擬儀器的形成與發(fā)展

測(cè)量科學(xué)與儀器技術(shù)的發(fā)展是與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是與電子信息科學(xué)技術(shù)的最新發(fā)展緊密相連的。在過(guò)去的半個(gè)多世紀(jì)里，電子測(cè)量技術(shù)及儀器的概念、原理和實(shí)現(xiàn)方法發(fā)生了深刻的變革。電子儀器經(jīng)歷了模擬儀器、數(shù)字儀器、智能儀器、個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器到虛擬儀器的發(fā)展歷程。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)也經(jīng)歷了三代發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展到虛擬儀器系統(tǒng)。

20世紀(jì)80年代中期,美國(guó)成功地將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到儀器設(shè)計(jì)中,提出了虛擬儀器的概念,從而給儀器領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變化。自此以后,伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,虛擬儀器的概念逐步為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界所認(rèn)識(shí)和接受。經(jīng)過(guò)了20多年的技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展,虛擬儀器已經(jīng)成為了21世紀(jì)測(cè)試技術(shù)與儀器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向,在研究、制造和開(kāi)發(fā)等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

2 虛擬儀器技術(shù)代表測(cè)控技術(shù)的發(fā)展方向

隨著信息檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集的需求越來(lái)越大，創(chuàng)新的步伐越來(lái)越快，虛擬儀器逐漸成為引領(lǐng)測(cè)控技術(shù)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(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。在硬件方面,虛擬儀器技術(shù)可以提供即測(cè)即用的高效數(shù)據(jù)采集平臺(tái),它使測(cè)試系統(tǒng)搭建和配置的時(shí)間成本降至最低。虛擬儀器硬件通常包括基礎(chǔ)硬件平臺(tái)和外圍測(cè)試硬件設(shè)備，它們共同組成通用儀器硬件平臺(tái)。基礎(chǔ)硬件平臺(tái)采用各種類(lèi)型的通用計(jì)算機(jī)，如筆記本、臺(tái)式計(jì)算機(jī)等。外圍測(cè)試硬件設(shè)備可以選擇GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、PXI系統(tǒng)、DAQ系統(tǒng)或者串口系統(tǒng)等，也可以選擇由以上兩種或兩種以上系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)。在軟件方面，Labview是一種圖形化測(cè)量程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用其編程時(shí)基本不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，Labview是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)用戶構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑，徹底改變測(cè)控程序的開(kāi)發(fā)，讓編寫(xiě)程序變得簡(jiǎn)單快捷。無(wú)論是否有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，人們都能迅速、經(jīng)濟(jì)地連接測(cè)量與控制硬件、分析數(shù)據(jù)、共享結(jié)果并發(fā)布系統(tǒng)，可以大大提高工作效率。

虛擬儀器系統(tǒng)的價(jià)格與具有相似功能的傳統(tǒng)儀器相差無(wú)幾，甚至要少很多。由于虛擬儀器在測(cè)量任務(wù)需要改變時(shí)具有更大的靈活性，因而隨著時(shí)間的流逝，節(jié)省的成本也不斷累計(jì)。可以預(yù)見(jiàn)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(kāi)大門(mén)。虛擬儀器技術(shù)在工業(yè)測(cè)量和控制領(lǐng)域中掀起一場(chǎng)變革，它正在逐漸替代手寫(xiě)程序開(kāi)發(fā)測(cè)量軟件和測(cè)試平臺(tái)的傳統(tǒng)儀器時(shí)代。

3 虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀

虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用方式多種多樣，在電子、機(jī)械、通信、汽車(chē)制造、航空航天、半導(dǎo)體、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。目前，財(cái)富500強(qiáng)中85%的制造型企業(yè)已經(jīng)選擇虛擬儀器技術(shù)，大幅度減少了自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備的尺寸，使工作效率成倍提升，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)的院校科研、教學(xué)帶來(lái)巨大的變化。虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室的建立可以幫助研究者提高工作效率，改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理成本，使得教師和學(xué)生可以集中更多的時(shí)間和精力于結(jié)論的分析和有創(chuàng)意的概念上。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多知名高校開(kāi)設(shè)虛擬儀器課程，并建立虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室，足見(jiàn)虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集和儀器控制自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用，以及各個(gè)高校對(duì)虛擬儀器技術(shù)及對(duì)基于虛擬儀器技術(shù)的測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的重視。

4 測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的特點(diǎn)

1997年版《工科本科引導(dǎo)性專(zhuān)業(yè)目錄》確定的測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)覆蓋了原來(lái)10個(gè)儀器儀表類(lèi)專(zhuān)業(yè),是儀器科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科所屬惟一的本科專(zhuān)業(yè)。測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)涉及光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等多門(mén)技術(shù)學(xué)科，是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)、電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、光學(xué)工程和機(jī)械工程等學(xué)科互相交叉與融合的綜合學(xué)科。專(zhuān)業(yè)面向測(cè)控技術(shù)和儀器工程領(lǐng)域，以光電精密儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主,設(shè)計(jì)中以測(cè)量與控制技術(shù)為重點(diǎn),著重培養(yǎng)學(xué)生掌握光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的當(dāng)代測(cè)量與控制技術(shù)和光電精密儀器及系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)能力,突出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能,強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程技術(shù)方面的綜合訓(xùn)練。

5 加強(qiáng)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)的重要性

測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的特點(diǎn)，決定了在高校傳授和推廣虛擬儀器技術(shù)具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。

南華大學(xué)作為湖南省和工業(yè)與信息化部共建的高校,是一所具有核工業(yè)和醫(yī)學(xué)行業(yè)特色的大學(xué)。而在核能應(yīng)用以及醫(yī)療領(lǐng)域所需要的儀器和設(shè)備的設(shè)計(jì)、檢測(cè)和監(jiān)測(cè),均涉及儀器設(shè)備的測(cè)量及控制領(lǐng)域。南華大學(xué)培養(yǎng)的測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)后主要在國(guó)防科技工業(yè)、醫(yī)療儀器行業(yè)、環(huán)境保護(hù)行業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展領(lǐng)域的工廠、企業(yè)、公司中從事測(cè)量與控制領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)技術(shù)、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造、科技開(kāi)發(fā)、應(yīng)用研究、運(yùn)行管理等方面的工作。這就要求學(xué)生不但要有過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)知識(shí),而且應(yīng)該意識(shí)到虛擬儀器技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域具有的領(lǐng)導(dǎo)性地位。因此,加強(qiáng)虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng),讓學(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(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集和儀器控制的能力,不僅會(huì)增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)還會(huì)使他們?cè)诮窈蟮臏y(cè)量控制和設(shè)計(jì)工作中更加得心應(yīng)手。

南華大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)已經(jīng)開(kāi)設(shè)虛擬儀器課程，并設(shè)立了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握一定的虛擬儀器軟硬件知識(shí)；而通過(guò)實(shí)驗(yàn)，并在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中結(jié)合相關(guān)的科研課題，可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)虛擬儀器技術(shù)的興趣，給學(xué)生鞏固知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用的機(jī)會(huì)。學(xué)生將在校4年所學(xué)的多項(xiàng)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和素養(yǎng)、專(zhuān)業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，將有助于使測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生成長(zhǎng)為復(fù)合型高級(jí)工程技術(shù)人才。

[1] 鞠虹，王麗飛，王君，等.基于虛擬儀器技術(shù)測(cè)控人才培養(yǎng)模式的研究與探索[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2009，24

[2] 袁鋒偉，趙立宏，朱慧玲，等.測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與探索[J].中國(guó)科技信息，2007，17

[3] 詹惠琴，古軍，袁亮.虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2008

[4] 張國(guó)華，王如松.虛擬儀器技術(shù)對(duì)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用[J].四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，2

[5] 田丹丹.虛擬儀器在教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].遼寧教育行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，11

Views on the cultivation of measuring and control technology and instrumentation college students’virtual instrument application ability

Jiang Yan, Yuan Fengwei, Zhu Huiling, Wang Yulin, Xie Jing
University of south China, Hengyang, 421001, China

Introduction of the foundation and development of virtual instrument technology were made, virtual instrument technology guide the fi eld of modern measurement and control technology’s develop direction, virtual instrument were widely applied in a variety of industries.Analysis of measuring and control technology and instrumentation major’s training objectives and characteristics and graduate employment destination, combined with university of south China’s nuclear science and medical features, discussing on the strengthening measuring and control technology and instrumentation major student’s virtual instrument application ability may contribute to the training of students, and make students of this major become more competitive and technical compound talents.

virtual instrument; measuring and control technology; compound talents

2010-08-13 稿件編號(hào)：1008041

蔣彥，碩士，講師。

2009年南華大學(xué)高等教育研究與改革課題“運(yùn)用系統(tǒng)的工程教育方法論構(gòu)建測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室體系”(編號(hào)：2009ZZ033)，南華教[2009]35號(hào)文件；湖南省高等教育學(xué)會(huì)2006年度立項(xiàng)課題“測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實(shí)踐研究”，湘高教會(huì)字第[2006]02號(hào)文件。