测控技术与仪器专业学生虚拟仪器技术应用能力的培养研究

蒋 彦 袁锋伟 朱慧玲 王玉林 谢 静

南华大学 湖南衡阳 421001

测控技术与仪器专业学生虚拟仪器技术应用能力的培养研究

蒋 彦 袁锋伟 朱慧玲 王玉林 谢 静

南华大学 湖南衡阳 421001

介绍了虚拟仪器技术的形成和发展过程，虚拟仪器技术引领着当代测控领域的技术发展方向，虚拟仪器在多种行业和领域有着广泛的应用。分析了测控技术与仪器专业学生的培养目标和特点以及毕业生就业去向，结合南华大学“核”“医”特色，论述了加强测控技术与仪器专业学生虚拟仪器技术应用能力的培养，有助于把学生培养成为更有竞争力的复合型高级工程技术人才。

虚拟仪器；测控技术；复合型人才

虚拟仪器，是指在以通用计算机为主体的硬件平台上，由用户设计定义的，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用的测量仪器。虚拟仪器的出现使测量仪器和个人计算机之间的界限消失，是仪器领域的一次重大革命。

1 虚拟仪器的形成与发展

测量科学与仪器技术的发展是与现代科学技术，特别是与电子信息科学技术的最新发展紧密相连的。在过去的半个多世纪里，电子测量技术及仪器的概念、原理和实现方法发生了深刻的变革。电子仪器经历了模拟仪器、数字仪器、智能仪器、个人计算机仪器到虚拟仪器的发展历程。自动测试系统也经历了三代发展，已经发展到虚拟仪器系统。

20世纪80年代中期,美国成功地将虚拟现实技术引入到仪器设计中,提出了虚拟仪器的概念,从而给仪器领域带来了革命性的变化。自此以后,伴随着计算机技术的高速发展,虚拟仪器的概念逐步为工业界和学术界所认识和接受。经过了20多年的技术改进和发展,虚拟仪器已经成为了21世纪测试技术与仪器技术发展的一个重要方向,在研究、制造和开发等众多领域得到广泛的应用。

2 虚拟仪器技术代表测控技术的发展方向

随着信息检测和数据采集的需求越来越大，创新的步伐越来越快，虚拟仪器逐渐成为引领测控技术的一种革新性的技术方案。

虚拟仪器技术利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。在硬件方面,虚拟仪器技术可以提供即测即用的高效数据采集平台,它使测试系统搭建和配置的时间成本降至最低。虚拟仪器硬件通常包括基础硬件平台和外围测试硬件设备，它们共同组成通用仪器硬件平台。基础硬件平台采用各种类型的通用计算机，如笔记本、台式计算机等。外围测试硬件设备可以选择GPIB系统、VXI系统、PXI系统、DAQ系统或者串口系统等，也可以选择由以上两种或两种以上系统构成的混合系统。在软件方面，Labview是一种图形化测量程序开发环境，使用其编程时基本不写程序代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，Labview是一个面向最终用户的工具。它可以增强用户构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径，彻底改变测控程序的开发，让编写程序变得简单快捷。无论是否有相关经验，人们都能迅速、经济地连接测量与控制硬件、分析数据、共享结果并发布系统，可以大大提高工作效率。

虚拟仪器系统的价格与具有相似功能的传统仪器相差无几，甚至要少很多。由于虚拟仪器在测量任务需要改变时具有更大的灵活性，因而随着时间的流逝，节省的成本也不断累计。可以预见的是，这些主流的商业可用技术将让虚拟仪器技术向更多的应用领域敞开大门。虚拟仪器技术在工业测量和控制领域中掀起一场变革，它正在逐渐替代手写程序开发测量软件和测试平台的传统仪器时代。

3 虚拟仪器技术应用的现状

虚拟仪器技术应用方式多种多样，在电子、机械、通信、汽车制造、航空航天、半导体、生物、医药、化工、科研、教育等各个行业领域都得到了广泛应用。目前，财富500强中85%的制造型企业已经选择虚拟仪器技术，大幅度减少了自动化测试设备的尺寸，使工作效率成倍提升，而成本却只有传统仪器解决方案的一小部分。

虚拟仪器技术的应用也给传统的院校科研、教学带来巨大的变化。虚拟仪器实验室的建立可以帮助研究者提高工作效率，改进学生的学习方法，降低实验室建设和管理成本，使得教师和学生可以集中更多的时间和精力于结论的分析和有创意的概念上。目前，国内已经有很多知名高校开设虚拟仪器课程，并建立虚拟仪器实验室，足见虚拟仪器技术在数据采集和仪器控制自动化领域发挥的重要作用，以及各个高校对虚拟仪器技术及对基于虚拟仪器技术的测控技术与仪器专业人才培养的重视。

4 测控技术与仪器专业学生培养的特点

1997年版《工科本科引导性专业目录》确定的测控技术与仪器专业覆盖了原来10个仪器仪表类专业,是仪器科学与技术一级学科所属惟一的本科专业。测控技术与仪器专业涉及光学、机械、电子、计算机等多门技术学科，是现代测量技术、电子技术、微机控制技术、自动控制技术、光学工程和机械工程等学科互相交叉与融合的综合学科。专业面向测控技术和仪器工程领域，以光电精密仪器系统设计为主,设计中以测量与控制技术为重点,着重培养学生掌握光、机、电、计算机相结合的当代测量与控制技术和光电精密仪器及系统的研究、设计能力,突出学生的实验操作技能,强化学生的创新意识和工程技术方面的综合训练。

5 加强测控技术与仪器专业学生虚拟仪器技术应用能力培养的重要性

测控技术与仪器专业学生培养的特点，决定了在高校传授和推广虚拟仪器技术具有重要的意义和应用价值。

南华大学作为湖南省和工业与信息化部共建的高校,是一所具有核工业和医学行业特色的大学。而在核能应用以及医疗领域所需要的仪器和设备的设计、检测和监测,均涉及仪器设备的测量及控制领域。南华大学培养的测控技术与仪器专业学生毕业后主要在国防科技工业、医疗仪器行业、环境保护行业和经济社会发展领域的工厂、企业、公司中从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的工作。这就要求学生不但要有过硬的专业知识,而且应该意识到虚拟仪器技术在测控领域具有的领导性地位。因此,加强虚拟仪器技术应用能力的培养,让学生掌握虚拟仪器技术,就可以使他们具备根据不同应用环境而开发数据采集和仪器控制的能力,不仅会增强学生就业时的竞争力,同时还会使他们在今后的测量控制和设计工作中更加得心应手。

南华大学测控技术与仪器专业已经开设虚拟仪器课程，并设立了相关实验。通过课程学习，使学生掌握一定的虚拟仪器软硬件知识；而通过实验，并在课程设计、毕业设计中结合相关的科研课题，可以培养学生对虚拟仪器技术的兴趣，给学生巩固知识和实践应用的机会。学生将在校4年所学的多项专业基础和素养、专业技术储备与虚拟仪器技术相结合，将有助于使测控技术与仪器专业学生成长为复合型高级工程技术人才。

[1] 鞠虹，王丽飞，王君，等.基于虚拟仪器技术测控人才培养模式的研究与探索[J].中国教育技术装备，2009，24

[2] 袁锋伟，赵立宏，朱慧玲，等.测控技术与仪器专业人才培养体系的创新与探索[J].中国科技信息，2007，17

[3] 詹惠琴，古军，袁亮.虚拟仪器设计[M].北京：高等教育出版社，2008

[4] 张国华，王如松.虚拟仪器技术对改革实验教学的作用[J].四川职业技术学院学报，2006，2

[5] 田丹丹.虚拟仪器在教学中的应用研究[J].辽宁教育行政学院学报，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 稿件编号：1008041

蒋彦，硕士，讲师。

2009年南华大学高等教育研究与改革课题“运用系统的工程教育方法论构建测控技术与仪器专业创新实验室体系”(编号：2009ZZ033)，南华教[2009]35号文件；湖南省高等教育学会2006年度立项课题“测控技术与仪器专业人才培养体系的构建与实践研究”，湘高教会字第[2006]02号文件。