远程网络化柔性测控技术综合实训平台的共建

施云贵，赵 磊，陈佩军

(黄山学院 机电工程学院，安徽 黄山245041)

“卓越工程师教育培养计划”旨在培养造就一批创新能力强、职业道德优良、适应经济社会发展需要的应用型卓越工程师后备人才[1]。为了保证该培养计划稳步实施，尤其是应用型本科院校的各试点专业应根据地方特色、行业专业特点以及结合现代信息化技术，校企合作共同制定和实施以系统工程能力培养为目标的实验室提升计划，为学生提供具有整体工程概念、有助于创新能力提升的自主体验式实践环境[2-4]。为此我们制定了建设方案和要求，与上海泛华测控系统有限公司（原北京中科泛华测控技术有限公司(上海办事处)，简称泛华测控）共同商讨达成一致，共建了“远程网络化柔性测控技术综合实验实训平台”。该平台的构建不仅从根本上改变了传统实验设备、实验教学方式存在的不足，而且在企业原有实验系统基础上提出创新性设计方案，企业量身定制，以形成了真正意义上的开放式实践教学。

1 远程网络化柔性测控技术综合实训平台建设方案

图1 远程网络化柔性测控技术综合实训平台构架效果图

远程网络化柔性测控技术综合实训平台构架效果如图1所示，主要包括nextwall-A型工程教学实验机柜、nextcloud信息化实验管理系统、远程实验网络、nextpad软件平台 （客户端）4部分组成。其中nextwall-A型工程教学实验机柜是核心设备，内部集成一台工控机（服务器），装载6块PCI多功能数据采集卡和1块数字IO卡，定制nextboard教学硬件平台1套（其中包括传感器实验模块套件、电工电子实验模块套件、自动控制原理实验模块套件、通信原理实验模块套件、信号与系统实验模块套件）。在实际应用中可以针对某一独立课程实验按照比例（如5-8:1） 配置客户端数量和nextwall-A型工程教学实验机柜数量。可面向专业基础课程和核心课程《电力分析基础》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《传感器技术》、《自动控制原理》、《通信原理》、《信号与系统》以及创新实验扩展等实现“用最形象、互动与创新的方式”进行工程实践教育。

2 远程网络化柔性测控技术综合实训平台创新点

该平台的构建旨在为学生提供具有整体工程概念、有助于创新能力提升的自主体验式实践环境。上海泛华测控系统有限公司现有实验系统由nextpad软件平台、nextboard 硬件平台、远程实验网络、nextcloud信息化管理系统4部分组成，具有平台化、模块化、信息化三大要点。远程网络化柔性测控技术综合实训平台由于nextwall-A型工程教学实验机柜的集成化设计，增加了“开源化”、“共享化”、“柔性化”以系统工程技术能力培养为目标的创新特点。平台的一体化设计使得这五大特点相互依赖、相互配合，充分体现了新一代实验设备的本质性革命。

2.1 开源化

通过将服务器装载6块PCI多功能数据采集卡和1块数字IO卡，6套nextboard教学硬件平台（包括传感器实验模块套件、电工电子实验模块套件、自动控制原理实验模块套件、通信原理实验模块套件、信号与系统实验模块等） 集成在nextwall-A型工程教学实验机柜中，使各学科实验模块通过实验室局域网络或远程网络面向客户端学生开放实验。教师可以用exl表格形式注册学生信息，系统根据学生登陆实验项目状况自动分配硬件资源，并给出硬件资源选用状态。这样设计的好处一是nextcloud信息化实验管理系统采用硬件资源分时复用方式，即同一个实验模块可面向多个客户端学生开放，提高了硬件资源的利用率；二是从根本上改变了学生传统实验的简单连线占太多时间的弊病，更加注重学生对某一功能模块的分析、理解和整个实验的过程，便于逐步形成面向系统工程能力培养的项目实施；三是可同时对不同课程开设实验或对同一课程开设不同实验项目，通过信息化管理并合理优化实验项目，可大大提高平台实验利用率； 四是无需定期更换nextboard上的模块配合实验课程；五是nextwall-A型工程教学实验机柜数量和客户端数量可扩展； 六是学生通过局域网客户端登录后可以进行远程访问，并通过nextpad上的课件进行实验，课件支持实验参数配置、数据实时显示、保存实验结果并发送至客户端；另外学生还可以远程提交实验报告，教师可以远程查阅学生实验过程、批复实验报告、登记实验成绩等，从而实现真正意义上的实验室开放教学。

2.2 柔性化

系统提供创新实验界面，学生可以登录服务器客户端，学生可以团队形式任意搭接完成各种基础性实验、学科交叉性实验以及创新性实验等。其“柔性化”就是各模块都具备二次开发的特性；学生可以按照自己的思维自由地搭建创新的系统（类似于用积木来搭出脑海中的各种形状），实现“积木搭建式”创意实验模式，突出体现了虚实结合、相互补充、能实不虚的原则，非常适合面向系统工程技术项目驱动下的创新能力培养。

3 应用案例

本文以传感器实验中的编码器实验来详细加以说明。

编码器实验模块（nextsense08）使用增量式光电编码器作为被测对象，涉及编码器角度测量和频率测量。实验采用步距角为1.8°的20步进电机作为被测物，可以编程调动步进电机进行特定角度的转动，为编码器测量提供依据。本实验占用数字和模拟两个插槽。

学生可在远程网络化柔性测控技术实验平台软件界面中，输入姓名和学号（已被授权）进入实验列表查看及实验选择界面如图2所示。学生实验列表分为已完成和未完成两部分，其中又分为电路分析、模拟电子技术等8个分类。未完成表示自己还未进行的实验课程或是提交后老师认为不合格的课程。已完成表示已经提交过实验报告的课程。

学生选择编码器实验项，点击进入编码器实验操作界面如图2所示，课程选项卡由传感器介绍、编码器特性、步进电机特性、实验内容、编码器输出、步进角测量、例程演示7个部分组成，功能按钮由数据存储、在线帮助二个部分组成。其中传感器介绍对传感器原理给出说明，编码器特性和步进电机特性用仿真方式展示其工作原理，实验给出了教学目的和要求，编码器输出和步进角测量给出了实验步骤和数据获取方法，例程演示提供编码器实验的L abVIEW例程和作业；数据存储提供远程下载实验报告模板、撰写实验报告、提交实验报告，在线帮助打开此实验课程的使用说明书，得到详细的操作介绍。

图2 实验列表及实验选择界面

图3 编码器实验操作界面

系统服务器根据学生登陆实验项目状况自动分配硬件资源，并给出硬件资源选用状态。学生可根据实验需求，选择不同的实验项目。不仅确保了每位学生都能够独立开展实验，而且使教学资源得以充分利用。本案例不能覆盖该平台的全部特点，但足以说明该平台具有以实为主、虚实结合、相互补充的特点，提高了教学能力，拓展了实践领域，丰富了教学内容，降低了成本和风险，构建了绿色实验教学。

4 结 论

该远程网络化柔性测控技术综合实训平台由校方提出具体建设方案和设计要求，企业量身定制，通过省振兴计划项目得以实施，项目建设nextwall-A型工程教学实验机柜8套，配套学生客户端60台，经安装调试达到了预期效果，充分体现了 “开源化”、“柔性化”的特点。该平台校企合作共建为网络化虚拟仪器实验室的建设开辟了新思路，提升了学生的工程实践环境，不仅为相关课程实验及创新实践环节开展教学内容、方法、考核方式改革提供了必要条件；还为进一步开展校企合作，建立双方互惠互利、共赢发展的育人机制奠定了基础[6-8]。

[1]教育部.教育部23日启动实施“卓越工程师教育培养计划”[EB/OL].www.gov.cn,2010-06-23.

[2]潘艳平,包秋燕,江吉彬.基于卓越工程师培养的本科实践教学体系改革[J].实验室科学,2011,14(6):213-220.

[3]张燕,温晓玲.基于“卓越计划”背景下的产学研合作新模式[J].大学教育,2012,1(5):20-21.

[4]李继怀,王力军.工程教育的理性回归与卓越工程师培养[J].黑龙江高教研究,2011(3):140-142.

[5]施云贵.面向系统工程技术能力培养的“过程控制技术”模块课程建设探讨[J].教育研究与实验,2013(4):86-87.

[6]韩希昌,张玉艳.校企共建校内实践教学基地的探索与实践[J].沈阳工程学院学报(社会科学版),2010,6(2):243-245.

[7]徐辉,等.以校企共建实验室促进应用型人才培养的思考[J].实验技术与管理,2010,27(11):212-217.

[8]杨柳.校企共建共享专业教学资源库平台的设计与研究[J].科技通报,2012,28(5):207-209.