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

鞠 虹 王麗飛 王 君 王振波

隨著計(jì)算機(jī)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(rèn)識(shí)并成為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)域得到廣泛應(yīng)用。

1 虛擬儀器技術(shù)引領(lǐng)測(cè)控領(lǐng)域的時(shí)代潮流

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)控領(lǐng)域時(shí)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(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),它能使測(cè)試系統(tǒng)搭建和配置的時(shí)間成本降至最低。在軟件方面,LabVIEW是一種圖形化測(cè)量程序開(kāi)發(fā)環(huán)境,僅需拖放控件調(diào)色板中的對(duì)象,使用交互式屬性頁(yè)定制其行為與外觀,徹底改變測(cè)控的程序的開(kāi)發(fā),讓編寫(xiě)程序變得簡(jiǎn)單、快捷、有趣。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)。

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。而且由于虛擬儀器在測(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)?？梢灶A(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。

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(jī)械、通信、汽車(chē)制造、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。從日本的汽車(chē)測(cè)試、澳洲的心臟起搏器設(shè)計(jì)驗(yàn)證到英國(guó)電信電話線路性能測(cè)試,都使用虛擬儀器技術(shù);全世界數(shù)以萬(wàn)計(jì)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(xiě)檢測(cè)與控制系統(tǒng)軟件說(shuō)明書(shū);成千上萬(wàn)的儀器驅(qū)動(dòng)采用LabVIEW語(yǔ)言編程設(shè)計(jì)檢測(cè)與控制系統(tǒng)。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),大幅度減少自動(dòng)化測(cè)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(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。以往復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集工作變得異常簡(jiǎn)便,教師和學(xué)生都可以集中時(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,這足見(jiàn)虛擬儀器技術(shù)對(duì)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)量和控制人才培養(yǎng)的重視。由此可見(jiàn),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(kāi)展虛擬儀器測(cè)控人才培養(yǎng)的必要性和重

要性

在高校,尤其是在中國(guó)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(jià)值。中國(guó)石油大學(xué)是有石油行業(yè)特色的國(guó)家直屬重點(diǎn)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(chǎng),是塑造石油、石化行業(yè)專(zhuān)業(yè)人才的搖籃。石油開(kāi)采、儲(chǔ)運(yùn)和加工行業(yè)中對(duì)儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)和檢測(cè)無(wú)一不涉及儀器設(shè)備和測(cè)量及控制自動(dòng)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(gè)工廠、企業(yè)、公司,他們其中的一部分將會(huì)成為設(shè)計(jì)師、工程師,這就要求他們不但要有過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)知識(shí),而且具備順應(yīng)虛擬儀器技術(shù)在測(cè)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(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集和儀器控制的能力,這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一筆無(wú)形的財(cái)富,它不僅會(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)控和設(shè)計(jì)工作中更加得心應(yīng)手、游刃有余。中國(guó)石油大學(xué)培養(yǎng)的學(xué)生具備多項(xiàng)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和素養(yǎng),專(zhuān)業(yè)技術(shù)儲(chǔ)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(jí)工程技術(shù)人才。

縱觀國(guó)內(nèi)外高校教育體制,為適用時(shí)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(jìng)爭(zhēng)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(yàn),中國(guó)石油大學(xué)開(kāi)設(shè)虛擬儀器課程,建立虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室是必要的,也是明智的選擇。開(kāi)設(shè)虛擬儀器技術(shù)的選修課,鼓勵(lì)感興趣的學(xué)生通過(guò)聽(tīng)課或者自學(xué)的方式學(xué)習(xí)虛擬儀器軟硬件知識(shí)。另外,通過(guò)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(shí)驗(yàn)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(shí)和實(shí)踐應(yīng)用的機(jī)會(huì)。同時(shí),借此機(jī)會(huì)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(shí)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(jī)制和新模式,這也是素質(zhì)教育研究的新契機(jī)。