基于虛擬儀器技術測控人才培養模式的研究與探索

鞠 虹 王麗飛 王 君 王振波

隨著計算機技術的迅猛發展,虛擬儀器的概念逐步為工業界和學術界所認識并成為21世紀測試技術與儀器技術發展的一個重要方向,在研究、制造和開發等眾多領域得到廣泛應用。

1 虛擬儀器技術引領測控領域的時代潮流

隨著信息檢測和數據采集的需求越來越大,創新的步伐越來越快,虛擬儀器逐漸成為引領測控領域時代潮流的一種革新性的技術方案。虛擬儀器技術利用高性能的模塊化硬件,結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。在硬件方面,虛擬儀器技術可以提供“即測即用”的高效數據采集平臺,它能使測試系統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環境,僅需拖放控件調色板中的對象,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,讓編寫程序變得簡單、快捷、有趣。無論是否有相關經驗,人們都能迅速、經濟地連接測量與控制硬件、分析數據、共享結果并發布系統。

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

2 虛擬儀器技術推廣和應用的現狀

目前,虛擬儀器技術應用遍布電子、機械、通信、汽車制造、生物、醫藥、化工、科研、教育等各個行業領域。從日本的汽車測試、澳洲的心臟起搏器設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;全世界數以萬計的工程師和科學家都在使用虛擬儀器技術繪制系統及控制的流程圖,撰寫檢測與控制系統軟件說明書;成千上萬的儀器驅動采用LabVIEW語言編程設計檢測與控制系統。目前,財富500強中85%的制造型企業已經選擇虛擬儀器技術,大幅度減少自動化測試設備的尺寸,使工作效率提升10倍之多,而成本卻只有傳統儀器解決方案的一小部分。

虛擬儀器技術的應用也給傳統的院校科研、教學帶來巨大的變化。虛擬儀器實驗室的建立可以幫助研究者提高工作效率,改進學生的學習方法。以往復雜的數據采集工作變得異常簡便,教師和學生都可以集中時間和精力于結論的分析和有創意的概念上。目前,國內已經有很多知名高校開設虛擬儀器課程,并建立虛擬儀器實驗室,這足見虛擬儀器技術對數據采集和儀器控制自動化領域發揮的重要作用,以及各個高校對虛擬儀器技術及對基于虛擬儀器技術的測量和控制人才培養的重視。由此可見,虛擬儀器技術在最高學府中的推廣和應用是十分重要的,也是十分必要的。

3 學校開展虛擬儀器測控人才培養的必要性和重

要性

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

縱觀國內外高校教育體制,為適用時代和科技發展的潮流,跟上創新的步伐,為了培養更有競爭力的復合型人才,借鑒清華、北大等知名高校虛擬儀器推廣和應用的經驗,中國石油大學開設虛擬儀器課程,建立虛擬儀器實驗室是必要的,也是明智的選擇。開設虛擬儀器技術的選修課,鼓勵感興趣的學生通過聽課或者自學的方式學習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資源,建立虛擬儀器技術實驗室,并結合相關的科研課題,培養學生興趣,給學生鞏固知識和實踐應用的機會。同時,借此機會可以探索校內課程與企業需求相結合、教學與科研相結合、理論與實踐相結合、傳授與創新相結合的產學研合作的教育新機制和新模式,這也是素質教育研究的新契機。