測控技術(shù)與儀器專業(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 421001

測控技術(shù)與儀器專業(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 421001

介紹了虛擬儀器技術(shù)的形成和發(fā)展過程，虛擬儀器技術(shù)引領(lǐng)著當(dāng)代測控領(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。分析了測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和特點以及畢業(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)測控技術(shù)與儀器專業(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)成為更有競爭力的復(fù)合型高級工程技術(shù)人才。

虛擬儀器；測控技術(shù)；復(fù)合型人才

虛擬儀器，是指在以通用計算機(jī)為主體的硬件平臺上，由用戶設(shè)計定義的，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺專用的測量儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)使測量儀器和個人計算機(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。在過去的半個多世紀(jì)里，電子測量技術(shù)及儀器的概念、原理和實現(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、個人計算機(jī)儀器到虛擬儀器的發(fā)展歷程。自動測試系統(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,美國成功地將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到儀器設(shè)計中,提出了虛擬儀器的概念,從而給儀器領(lǐng)域帶來了革命性的變化。自此以后,伴隨著計算機(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)識和接受。經(jīng)過了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)域得到廣泛的應(yīng)用。

2 虛擬儀器技術(shù)代表測控技術(shù)的發(fā)展方向

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,它使測試系統(tǒng)搭建和配置的時間成本降至最低。虛擬儀器硬件通常包括基礎(chǔ)硬件平臺和外圍測試硬件設(shè)備，它們共同組成通用儀器硬件平臺?；A(chǔ)硬件平臺采用各種類型的通用計算機(jī)，如筆記本、臺式計算機(jī)等。外圍測試硬件設(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是一種圖形化測量程序開發(fā)環(huán)境，使用其編程時基本不寫程序代碼，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、圖標(biāo)和概念，因此，Labview是一個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，徹底改變測控程序的開發(fā)，讓編寫程序變得簡單快捷。無論是否有相關(guān)經(jīng)驗，人們都能迅速、經(jīng)濟(jì)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)，可以大大提高工作效率。

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。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?？梢灶A(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。

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、汽車制造、航空航天、半導(dǎo)體、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個行業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。目前，財富500強(qiáng)中85%的制造型企業(yè)已經(jīng)選擇虛擬儀器技術(shù)，大幅度減少了自動化測試設(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?？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(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，降低實驗室建設(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，足見虛擬儀器技術(shù)在數(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)的測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)的重視。

4 測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的特點

1997年版《工科本科引導(dǎo)性專業(yè)目錄》確定的測控技術(shù)與儀器專業(yè)覆蓋了原來10個儀器儀表類專業(yè),是儀器科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科所屬惟一的本科專業(yè)。測控技術(shù)與儀器專業(yè)涉及光學(xué)、機(jī)械、電子、計算機(jī)等多門技術(shù)學(xué)科，是現(xiàn)代測量技術(shù)、電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)、自動控制技術(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。專業(yè)面向測控技術(shù)和儀器工程領(lǐng)域，以光電精密儀器系統(tǒng)設(shè)計為主,設(shè)計中以測量與控制技術(shù)為重點,著重培養(yǎng)學(xué)生掌握光、機(jī)、電、計算機(jī)相結(jié)合的當(dāng)代測量與控制技術(shù)和光電精密儀器及系統(tǒng)的研究、設(shè)計能力,突出學(xué)生的實驗操作技能,強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識和工程技術(shù)方面的綜合訓(xùn)練。

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

測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的特點，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、檢測和監(jiān)測,均涉及儀器設(shè)備的測量及控制領(lǐng)域。南華大學(xué)培養(yǎng)的測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后主要在國防科技工業(yè)、醫(yī)療儀器行業(yè)、環(huán)境保護(hù)行業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展領(lǐng)域的工廠、企業(yè)、公司中從事測量與控制領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)技術(shù)、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、運行管理等方面的工作。這就要求學(xué)生不但要有過硬的專業(yè)知識,而且應(yīng)該意識到虛擬儀器技術(shù)在測控領(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)境而開發(fā)數(shù)據(jù)采集和儀器控制的能力,不僅會增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)時的競爭力,同時還會使他們在今后的測量控制和設(shè)計工作中更加得心應(yīng)手。

南華大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)已經(jīng)開設(shè)虛擬儀器課程，并設(shè)立了相關(guān)實驗。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握一定的虛擬儀器軟硬件知識；而通過實驗，并在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計中結(jié)合相關(guān)的科研課題，可以培養(yǎng)學(xué)生對虛擬儀器技術(shù)的興趣，給學(xué)生鞏固知識和實踐應(yīng)用的機(jī)會。學(xué)生將在校4年所學(xué)的多項專業(yè)基礎(chǔ)和素養(yǎng)、專業(yè)技術(shù)儲備與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，將有助于使測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生成長為復(fù)合型高級工程技術(shù)人才。

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

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

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

[4] 張國華，王如松.虛擬儀器技術(shù)對改革實驗教學(xué)的作用[J].四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，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，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：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“運用系統(tǒng)的工程教育方法論構(gòu)建測控技術(shù)與儀器專業(yè)創(chuàng)新實驗室體系”(編號：2009ZZ033)，南華教[2009]35號文件；湖南省高等教育學(xué)會2006年度立項課題“測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實踐研究”，湘高教會字第[2006]02號文件。