施云貴，趙 磊，陳佩軍

(黃山學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 黃山245041)

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”旨在培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、職業(yè)道德優(yōu)良、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的應(yīng)用型卓越工程師后備人才[1]。為了保證該培養(yǎng)計(jì)劃穩(wěn)步實(shí)施，尤其是應(yīng)用型本科院校的各試點(diǎn)專業(yè)應(yīng)根據(jù)地方特色、行業(yè)專業(yè)特點(diǎn)以及結(jié)合現(xiàn)代信息化技術(shù)，校企合作共同制定和實(shí)施以系統(tǒng)工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)室提升計(jì)劃，為學(xué)生提供具有整體工程概念、有助于創(chuàng)新能力提升的自主體驗(yàn)式實(shí)踐環(huán)境[2-4]。為此我們制定了建設(shè)方案和要求，與上海泛華測(cè)控系統(tǒng)有限公司（原北京中科泛華測(cè)控技術(shù)有限公司(上海辦事處)，簡(jiǎn)稱泛華測(cè)控）共同商討達(dá)成一致，共建了“遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化柔性測(cè)控技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)”。該平臺(tái)的構(gòu)建不僅從根本上改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在的不足，而且在企業(yè)原有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上提出創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方案，企業(yè)量身定制，以形成了真正意義上的開放式實(shí)踐教學(xué)。

1 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化柔性測(cè)控技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)方案

圖1 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化柔性測(cè)控技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)構(gòu)架效果圖

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化柔性測(cè)控技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)構(gòu)架效果如圖1所示，主要包括nextwall-A型工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜、nextcloud信息化實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)、nextpad軟件平臺(tái) （客戶端）4部分組成。其中nextwall-A型工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜是核心設(shè)備，內(nèi)部集成一臺(tái)工控機(jī)（服務(wù)器），裝載6塊PCI多功能數(shù)據(jù)采集卡和1塊數(shù)字IO卡，定制nextboard教學(xué)硬件平臺(tái)1套（其中包括傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K套件、電工電子實(shí)驗(yàn)?zāi)K套件、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K套件、通信原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K套件、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K套件）。在實(shí)際應(yīng)用中可以針對(duì)某一獨(dú)立課程實(shí)驗(yàn)按照比例（如5-8:1） 配置客戶端數(shù)量和nextwall-A型工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜數(shù)量?？擅嫦?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程和核心課程《電力分析基礎(chǔ)》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《傳感器技術(shù)》、《自動(dòng)控制原理》、《通信原理》、《信號(hào)與系統(tǒng)》以及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展等實(shí)現(xiàn)“用最形象、互動(dòng)與創(chuàng)新的方式”進(jìn)行工程實(shí)踐教育。

2 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化柔性測(cè)控技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)創(chuàng)新點(diǎn)

該平臺(tái)的構(gòu)建旨在為學(xué)生提供具有整體工程概念、有助于創(chuàng)新能力提升的自主體驗(yàn)式實(shí)踐環(huán)境。上海泛華測(cè)控系統(tǒng)有限公司現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由nextpad軟件平臺(tái)、nextboard 硬件平臺(tái)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)、nextcloud信息化管理系統(tǒng)4部分組成，具有平臺(tái)化、模塊化、信息化三大要點(diǎn)。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化柔性測(cè)控技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)由于nextwall-A型工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜的集成化設(shè)計(jì)，增加了“開源化”、“共享化”、“柔性化”以系統(tǒng)工程技術(shù)能力培養(yǎng)為目標(biāo)的創(chuàng)新特點(diǎn)。平臺(tái)的一體化設(shè)計(jì)使得這五大特點(diǎn)相互依賴、相互配合，充分體現(xiàn)了新一代實(shí)驗(yàn)設(shè)備的本質(zhì)性革命。

2.1 開源化

通過將服務(wù)器裝載6塊PCI多功能數(shù)據(jù)采集卡和1塊數(shù)字IO卡，6套nextboard教學(xué)硬件平臺(tái)（包括傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K套件、電工電子實(shí)驗(yàn)?zāi)K套件、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K套件、通信原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K套件、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K等） 集成在nextwall-A型工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜中，使各學(xué)科實(shí)驗(yàn)?zāi)K通過實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)面向客戶端學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)。教師可以用exl表格形式注冊(cè)學(xué)生信息，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生登陸實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目狀況自動(dòng)分配硬件資源，并給出硬件資源選用狀態(tài)。這樣設(shè)計(jì)的好處一是nextcloud信息化實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)采用硬件資源分時(shí)復(fù)用方式，即同一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K可面向多個(gè)客戶端學(xué)生開放，提高了硬件資源的利用率；二是從根本上改變了學(xué)生傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單連線占太多時(shí)間的弊病，更加注重學(xué)生對(duì)某一功能模塊的分析、理解和整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程，便于逐步形成面向系統(tǒng)工程能力培養(yǎng)的項(xiàng)目實(shí)施；三是可同時(shí)對(duì)不同課程開設(shè)實(shí)驗(yàn)或?qū)ν徽n程開設(shè)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過信息化管理并合理優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可大大提高平臺(tái)實(shí)驗(yàn)利用率； 四是無(wú)需定期更換nextboard上的模塊配合實(shí)驗(yàn)課程；五是nextwall-A型工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜數(shù)量和客戶端數(shù)量可擴(kuò)展； 六是學(xué)生通過局域網(wǎng)客戶端登錄后可以進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，并通過nextpad上的課件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，課件支持實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果并發(fā)送至客戶端；另外學(xué)生還可以遠(yuǎn)程提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師可以遠(yuǎn)程查閱學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程、批復(fù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、登記實(shí)驗(yàn)成績(jī)等，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)驗(yàn)室開放教學(xué)。

2.2 柔性化

系統(tǒng)提供創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)界面，學(xué)生可以登錄服務(wù)器客戶端，學(xué)生可以團(tuán)隊(duì)形式任意搭接完成各種基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、學(xué)科交叉性實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等。其“柔性化”就是各模塊都具備二次開發(fā)的特性；學(xué)生可以按照自己的思維自由地搭建創(chuàng)新的系統(tǒng)（類似于用積木來(lái)搭出腦海中的各種形狀），實(shí)現(xiàn)“積木搭建式”創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑怀鲶w現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛的原則，非常適合面向系統(tǒng)工程技術(shù)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

3 應(yīng)用案例

本文以傳感器實(shí)驗(yàn)中的編碼器實(shí)驗(yàn)來(lái)詳細(xì)加以說明。

編碼器實(shí)驗(yàn)?zāi)K（nextsense08）使用增量式光電編碼器作為被測(cè)對(duì)象，涉及編碼器角度測(cè)量和頻率測(cè)量。實(shí)驗(yàn)采用步距角為1.8°的20步進(jìn)電機(jī)作為被測(cè)物，可以編程調(diào)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行特定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，為編碼器測(cè)量提供依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)占用數(shù)字和模擬兩個(gè)插槽。

學(xué)生可在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化柔性測(cè)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件界面中，輸入姓名和學(xué)號(hào)（已被授權(quán)）進(jìn)入實(shí)驗(yàn)列表查看及實(shí)驗(yàn)選擇界面如圖2所示。學(xué)生實(shí)驗(yàn)列表分為已完成和未完成兩部分，其中又分為電路分析、模擬電子技術(shù)等8個(gè)分類。未完成表示自己還未進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)課程或是提交后老師認(rèn)為不合格的課程。已完成表示已經(jīng)提交過實(shí)驗(yàn)報(bào)告的課程。

學(xué)生選擇編碼器實(shí)驗(yàn)項(xiàng)，點(diǎn)擊進(jìn)入編碼器實(shí)驗(yàn)操作界面如圖2所示，課程選項(xiàng)卡由傳感器介紹、編碼器特性、步進(jìn)電機(jī)特性、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、編碼器輸出、步進(jìn)角測(cè)量、例程演示7個(gè)部分組成，功能按鈕由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、在線幫助二個(gè)部分組成。其中傳感器介紹對(duì)傳感器原理給出說明，編碼器特性和步進(jìn)電機(jī)特性用仿真方式展示其工作原理，實(shí)驗(yàn)給出了教學(xué)目的和要求，編碼器輸出和步進(jìn)角測(cè)量給出了實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)獲取方法，例程演示提供編碼器實(shí)驗(yàn)的L abVIEW例程和作業(yè)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供遠(yuǎn)程下載實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在線幫助打開此實(shí)驗(yàn)課程的使用說明書，得到詳細(xì)的操作介紹。

圖2 實(shí)驗(yàn)列表及實(shí)驗(yàn)選擇界面

圖3 編碼器實(shí)驗(yàn)操作界面

系統(tǒng)服務(wù)器根據(jù)學(xué)生登陸實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目狀況自動(dòng)分配硬件資源，并給出硬件資源選用狀態(tài)。學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，選擇不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。不僅確保了每位學(xué)生都能夠獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)，而且使教學(xué)資源得以充分利用。本案例不能覆蓋該平臺(tái)的全部特點(diǎn)，但足以說明該平臺(tái)具有以實(shí)為主、虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充的特點(diǎn)，提高了教學(xué)能力，拓展了實(shí)踐領(lǐng)域，豐富了教學(xué)內(nèi)容，降低了成本和風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建了綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

4 結(jié) 論

該遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化柔性測(cè)控技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)由校方提出具體建設(shè)方案和設(shè)計(jì)要求，企業(yè)量身定制，通過省振興計(jì)劃項(xiàng)目得以實(shí)施，項(xiàng)目建設(shè)nextwall-A型工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜8套，配套學(xué)生客戶端60臺(tái)，經(jīng)安裝調(diào)試達(dá)到了預(yù)期效果，充分體現(xiàn)了 “開源化”、“柔性化”的特點(diǎn)。該平臺(tái)校企合作共建為網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)開辟了新思路，提升了學(xué)生的工程實(shí)踐環(huán)境，不僅為相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)開展教學(xué)內(nèi)容、方法、考核方式改革提供了必要條件；還為進(jìn)一步開展校企合作，建立雙方互惠互利、共贏發(fā)展的育人機(jī)制奠定了基礎(chǔ)[6-8]。

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