Авторы: Jesus Garcia–Guzman, Farah H. Villa–Lopez, Jorge A. Velez–Enriquez, Luz A. Garcia–Mathey and Alfredo Ramirez–Ramirez1
Перевод с англ.: Д.С. Витушинский
Источник(англ.): Remote Laboratories for Teaching and Training in Engineering
Типичные мехатронные системы представляют собой сочетание передовых технологий, включающих несколько дисциплины. Это междисциплинарный подход к разработке промышленных приложений предоставляет большие возможности для внедрения среды электронного обучения и схемы сотрудничества. Инженерное образование, в частности, извлекает выгоду из многих эти достижения, среди которых виртуальные инструменты являются полезным инструментом для развития виртуальных сред, пространств электронного обучения и, в частности, удаленных лабораторий.
В инженерном образовании лаборатории представляют собой важный академический ресурс, поскольку они обеспечивают практические занятия в дополнение к фундаментальным теориям, преподаваемым в лекциях. В лабораториях, студенты–инженеры имеют возможность научиться правильно пользоваться оборудованием и инструментом, с которыми они будут взаимодействовать позже в профессиональной среде, и, следовательно, они приобретают практический опыт и знакомятся с этим оборудованием. По этой причине инженерные школы стремятся обеспечить должным образом оборудованные лаборатории. Тем не менее, обслуживание оборудования и приобретение новой техники ограниченное количество государственных университетов может себе позволить.
Ограниченные бюджеты и большое количество студентов в инженерных школах делают недостаточным имеющиеся ресурсы в лабораториях и, следовательно, это очень трудно для университетов обеспечить качественную экспериментальную подготовку для всех студентов инженерных специальностей. Воспользовавшись новым коммуникационные технологии, такие как Интернет, и вычислительные инструменты, такие как виртуальные измерительные приборы, доступными ресурсами можно поделиться, разрабатывая и внедряя схемы и среды электронного обучения, которые обеспечивают доступ к практическим количество студентов, независимо от их местоположения.
Несколько совместных схем, направленных на инженерное образование, были разработаны в последние годы для дистанционного проведения экспериментов в дистанционных лабораториях и на разных инженерные поля. Например, удаленная лабораторная система, описанная в работе. Где эксперименты, проводимые в контрольно–инженерных лабораториях, могут осуществляться дистанционно через Интернет. По той же тенденции в более поздней работе сообщается о дистанционном управлении. Нелинейная система как инструмент преподавания нескольких инженерных дисциплин. Аналогично, эксперименты с аналоговыми электронными схемами были изучены с помощью удаленных лабораторий на основе уже существующей и ранее утвержденной платформе. Эта система направлена ??на использование непатентованных решения для содействия обмену между учреждениями; он также выполняет дистанционные измерения над реальными инструментами, чтобы сделать его таким же надежным, как практическая лаборатория.
Традиционно студенты, которые физически находятся в лабораториях, могут проводить эксперименты. Сделав все необходимые подключения лабораторного оборудования, а затем они в ручную управляют инструментами и механизмами для выполнения экспериментальных упражнений. Часто, они также измеряют и рассчитывают некоторые параметры, чтобы лучше понять теоретические знание. Напротив, удаленные лаборатории реализованы как веб–система, заменяя ручное управление экспериментами и обеспечение удаленного доступа с помощью программного обеспечения, такого как виртуального инструментария LabVIEW и дополнительного оборудования.
Для реализации нескольких экспериментов была разработана конкретная веб–система в трех разных удаленных лабораториях. Общие характеристики системы, а именно описана общая структура, система виртуальных приборов и сбора данных (DAQ) в этой секции.
Чтобы выполнить все необходимые задачи эксперимента через компьютерный интерфейс, использовалось программное обеспечение LabVIEW для разработки набора виртуальных инструментов. Это программное обеспечение использует графический язык программирования, в котором каждый узел представляет собой виртуальный инструмент, или линии или провода, соединяющие узлы, определяют поток данных. Виртуальный инструмент состоит из передней панели и блок–схем. Лицевая панель представляет собой виртуальный интерфейс для пользователя, и он содержит индикаторы или выходные узлы, отображающие данные, и элементы управления или входные узлы, в котором данные могут быть прочитаны. Блок–схема содержит исходный программный код, связывание узлов с проводами в соответствии с желаемым потоком данных. Структуры программирования также представлен графически в виде блоков с итерациями или падежами. Программное обеспечение способно читать внешние данные многими способами, особенно через платы сбора данных и, следовательно, обеспечение отличной платформы для мониторинга сигналов в реальном времени, функция, которая делает LabVIEW очень полезный инструмент для инженерных приложений.
Программирование виртуальных инструментов только для управления экспериментами, используя компьютер рядом к оборудованию в лаборатории, может иметь некоторые преимущества. Тем не менее, соответствующая особенность разработанных систем сообщается в этой работе их способность быть доступным из любого места через Интернет.
Веб–сервер LabVIEW использовался для удаленного доступа через Интернет к развитые виртуальные среды. Используя этот сервер, передняя панель виртуального инструмента можно получить доступ в режиме реального времени и одновременно из разных мест. Однако даже хотя несколько учеников могут получить доступ к передней панели одновременно, только один из них может контролировать переднюю панель и проводить эксперимент одновременно. Это один из самых важных особенности системы, так как это позволяет учителям или инструкторам проводить демонстрации эксперименты в режиме реального времени, в то время как студенты могут контролировать эксперимент из своих собственных компьютеров. Эта характеристика делает систему пригодной в качестве учебного пособия, в дополнение к ее учебной цели.
Была представлена веб–система для удаленной работы лабораторных экспериментов. Было проведено три эксперимента по мехатронике для практических занятий в различных областях техники. Реализованы в разработанной веб–системе, и их можно удаленно выполнять с чего угодно и когда угодно. Эксперименты заключаются в следующем: управление двумя трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, анипулирование жилыми, электрическими цепями и управление электропневматической системой. Для реализации этих удаленных лабораторий, виртуальная среда для каждого из экспериментов была разработана с использованием LabVIEW virtual. Контрольно–измерительные приборы и необходимое лабораторное оборудование для выполнения экспериментов были подключены в лабораториях вместе с дополнительным оборудованием для сопряжения между виртуальными инструментами в компьютерах и компонентами и оборудованием в лаборатории. Эксперименты можно отслеживать в режиме реального времени через Интернет и через компьютерный интерфейс.
1. Barrios A, Panche S, Duque M, Grisales VH, Prieto F, Villa JL, et al. A multi–user remote academic laboratory system. Computers & Education 2013;62:111–122. DOI: 10.1016/j.compedu.2012.10.011
2. Cardoso A, Sousa V, Gil P. Demonstration of a remote control laboratory to support teaching in control engineering subjects. IFAC–Papers OnLine 2016;49(6):226–229. DOI: 10.1016/j.ifacol.2016.07.181
3. СHernandez–Jayo U, Garcia–Zubia J. Remote measurement and instrumentation laboratory for training in real analog electronic experiments. Measurement 2016;82:123–134. DOI: 10.1016/j.measurement.2015.12.017
4. Rojko A, Hercog D, Jerzernik K. E–training in mechatronics using innovative remote laboratory. Mathematics and Computers in Simulation 2011;82(3):508–516. DOI: 10.1016/j. matcom.2010.10.017
5. Sumei D, Zhiying S, Ruiqing J. Web based fluid mechanics experimental system. In: Proceedings of the 2010 International Conference on Electrical and Control Engineering; 25–27 June 2010; Wuhan, China. IEEE. 2010:pp. 3134–3137. DOI: 10.1109/iCECE.2010.765