过程装备控制网络虚拟实验室的研究与实现.doc

项目编号：

大庆石油学院
国家大学生创新性实验计划
项目申请表

项目名称：过程装备控制网络虚拟实验室的研究与实现
申 请 人： 赵杰
专业班级： 装备07-2
指导教师： 李敏、王维刚

大庆石油学院教务处
2009年10月22日

填 写 说 明（此页无需打印）

1．本申请书所列各项内容均需实事求是，认真填写，表达明确严谨，简明扼要。
2．要求用A4纸单面打印，左侧装订成册。文中小标题为四号、仿宋、加黑。栏内正文为小四号、仿宋。如表格不够，可以加附页。
3．“项目编号”一栏不填。
4．项目申请人所在学院认真审核签署意见并加盖学院公章后，将申请书（一式四份）报送教务处实践教学管理科，同时将电子版发送至以下邮箱：sjk01@。

项目简况
项目名称
过程装备控制网络虚拟实验室的研究与实现
申请资助
经费
10000元
项目起止
时间
2009年 11 月 至 2011 年 7月
项目申请人
姓名
赵杰
性别
男
身份证号
231124198709040218
学号
070403140215
专业班级
装备07-2
联系电话
15331997886
E-mail
my.zj.1987@
申请人曾参与科研情况
曾参与李敏老师的省攻关项目“甲烷/空气火焰CVD法合成TiO2纳米颗粒的研究”，对我的科研能力有了较大的提高。
指导教师
姓名
职务/职称
联系电话
E-mail
李敏
教师/副教授
13904699021
956136857@
王维刚
教师/讲师
13936872219
wwgnhm@

指导教师对本项目的支持情况
两位指导教师都是装备专业的一线教师，具有指导硕士研究生和本科毕业生的丰富经历；他们还从事过程装备控制方面的教学和科研工作，具备较高的理论功底和实践经验。因此不管是从专业知识还是指导经验，指导教师都能够对本项目提供强有力的支持。
项目组成员
姓 名
学号
专业班级
联系电话
E-mail
项目分工
苏慧敏
070403140109
装备07-1
18945910899
suhuimin@
总体分析和设计
刘永权
070403140427
装备07-4
15846185581
liuyongquan912107@
数据库的设计
夏远强
070403140214
装备07-2
13936979169
264277644@
过程控制实验的设计
一、申请理由
1.项目价值
网络虚拟实验室可以使学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的收获，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解；可以实现从辅助教学、自主实验到实验报告的网上提交与批阅的全程操作与管理，完成本科实验教学的基本内容，具有开放、安全、经济、更新快等优点，使实验教学方法和手段得到突破与创新。因此，本项目提出的过程装备控制网络虚拟实验室研究有着重要的实用价值和创新意义。
2.项目可行性
进行网络虚拟实验室开发研究，对于本科生来说有着独特的便利条件，也是切实可行的：一是学习了过程装备控制的理论课，对于要搭建的虚拟实验室的内容与细节有充分的了解；二是在前期的准备过程中，学习了一些相关开发网络虚拟实验室的软件平台，如LabVIEW、Matlab等，为能够尽快融入到项目实施过程中奠定了基础；三是指导老师可以提供必要的理论指导和实验支持。以上三方面保证了项目开展的可行性。
3.人员素质保证
项目组所有成员为过程装备与控制工程专业学生，因为共同的志趣走在了一起，组成了一个团结和谐、锐意进取的项目团队。我们都学习努力、成绩优异、团结进取、勤于思考、乐于科研，都为了本项目做了很多前期工作，理清了研究思路、明确了项目目标制定了项目方案，搜集和整理了大量的研究资料，在项目具体的实施过程中能够分工明确。由于本专业开设过程装备控制技术及应用、过程流体机械、过程设备设计等课程，且所有成员对过程装备控制、虚拟实验室的开发都有较浓厚的兴趣，且都具备独立思考、独立实验、独立研究的能力，可以实现在创新实验过程中学习及提高的目的。因此，从人员素质上保证了项目顺利实施。
二、项目实施方案及实施计划
1.研究现状
虚拟实验室(Virtual Lab)的概念是由美国弗吉尼亚大学(University of Virginia)的教授威廉·沃尔夫(William Wolf)于1989年首先提出的，它描述了计算机网络化的虚拟实验室环境，致力于构筑一个综合不同工具和技术的信息化、网络化的集成环境，在这个环境里，用户可以非常有效地利用世界上分布的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源。
在国外虚拟实验室已被广泛的应用到实验教学中。美国卡耐基一梅隆大学的虚拟实验室，将计算机控制的示波器、函数发生器等设备连接到网络，实现了学生远程的控制与操作。麻省理工学院(Massachusetts Institute ofTechnology)同微软公司合作推出I—Lab项目，项目的内容是建设多学科的虚拟实验室，项目的目的是研究基于虚拟实验室的科学与工程学科的新型教育框架。新加坡国立大学先后实现了频率调制、示波器、直升机仿真、机器人足球等六个网络虚拟实验，接受了来自几十个国家上万人次的远程实验访问。
近年来国内许多高校也纷纷开始了对虚拟实验室的研究，并取得了一定的成果。华中科技大学电子科学与技术系CCMS实验中心在江建军教授的带领下，研究面向学生的教学用实验平台及面向科研的仪器共享技术。中国科学技术大学的大学物理虚拟实验室把虚拟实验用在教学演示与物理实验方面，是全国第一套真正意义上的虚拟实验教学软件。南京大学建立的分析化学大型仪器虚拟实验室，浙江大学的“大学工程化学实验系统VLABS"等。

2.研究意义
传统的实验室是资源高度密集的实验系统，具有实验设备资金投入大、实验体系的完善和实验教学的实施所需人力物力投入大的特点目前，国内普通高等院校的实验教学设备数量较少，且无法跟上技术更新的要求，不能满足正常实验教学和科研的要求，这一现实问题无法在很短的时间内得到很好的解决。而虚拟实验室系统主要依赖于软件和较少的配套硬件，使实验室的维护费用和工作量也大大降低，弥补了传统实验室这些方面的不足。本项目主要研究虚拟实验室的实现方法，并构建过程控制虚拟实验系统，使用户在虚拟实验环境下，通过丰富的信息界面，对过程控制实验有比较深入的了解和认识。因此，本项目提出的过程装备控制网络虚拟实验室研究有着重要的研究意义。
3.实施思路和方法
(1) 过程控制虚拟实验系统的总体分析和设计。针对现有实验设施不能完全满足学生实验要求的现状，结合面向对象的软件分析方法从总体层面上对虚拟实验室的研究目标进行了分析，并论述了该虚拟实验系统的设计思路，包括系统软件平台的选择、系统的架构理论以及系统的整体结构设计。
(2) 虚拟实验系统中学生信息管理数据库的设计。从虚拟实验系统的需求着手，设计了虚拟实验平台所必需的学生信息管理数据库，并利用LabVIEW与Access数据库之间的互访完成了用户注册模块、用户身份认证模块、数据库管理模块等的设计。
(3) 虚拟实验系统过程控制实验的设计。在对过程控制实验进行深入研究的基础上，选择了比较典型的几种过程控制实验，并从系统建模、仿真、控制方法研究着手设计了6个典型过程控制虚拟实验，并对虚拟实验系统进行了网络化。
(4) 虚拟实验系统的测试。从虚拟实验系统系统配置、系统登陆开始详细介绍整个虚拟实验系统的操作过程和结果显示。
(5) 总结与展望。对整个项目进行总结和分析，并提出该虚拟实验系统的不足之处和改进方法。
4.实施计划
(1) 查阅资料、调研：2009.11－12.
(2) 开题报告：2010.1－2010.2
(3) 总体分析与设计：2010.3－2010.6
(4) 信息管理数据库的设计：2010.7-2010.9
(5) 虚拟实验系统过程控制实验的设计：2001.10-2011.2
(6) 虚拟实验系统的测试：2011.3-2011.4
(7) 填写结题报告、撰写研究论文和总结报告：2011.5-2011.6
(8) 参加结题答辩和成果推广等：2011.7

三、预期成果
(1) 构造一个虚拟实验平台，可以很方便的扩展各种不同的实验。
(2) 实现LabVIEW和Access数据库之间的信息交换。
(3) 设计六个过程控制虚拟实验，可使学生对真实的实验设备和实验过程有很直观的认识和了解，很好的提高硬件实验水平，节约硬件资源。
(4) 撰写研究报告，对虚拟实验系统的总体分析和设计做系统性论述。
(5) 发表研究论文1－2篇。
四、本项目的创新之处

本项目以网络技术、计算机技术、虚拟仪器技术为依据，提出了一套较为合理的构建虚拟实验室的总体方案，总结了虚拟实验室开发过程中常见的仿真建模方法，提出了面向对象的模块化构建方法，并以典型实验为例详细叙述了虚拟实验的开发过程，最后实现了虚拟实验的网络发布。采用网络化虚拟实验室系统可以使学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的收获，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。因此，研究和开发通用性强、交互性能好、灵活性强的虚拟实验室具有相当的理论价值和实际应用价值。

五、项目经费预算
序号
支出项目
金额（元）
依据或理由
1
设备材料费
6000
测试虚拟实验系统所需要的辅助设备，如路由器、交换机等
2
资料费
1500
仪器设计需检索、购买相关资料
3
版面费
2500
发表学术论文费用
4

合 计
10000

指导教师意见：

该项目研究方案科学，设计思想清晰，创新点突出，特色明显，通过必要的研究可以达到预定要求。本项目的研究内容涉及机械、控制、计算机等多个学科，有利于提高学生创新能力、动手能力、查阅文献能力以及科学研究能力。同意申请该项目。

签字： 年 月 日
申请者所在学院意见：

该项目创新点突出，研究内容涉及多学科、多领域，能够达到提高提高学生创新能力、动手能力、查阅文献能力以及科学研究能力的目的。项目研究方案可行，工作思路清晰，学生可以完成项目要求，实现预期成果。
同意申报。

签字（公章）： 年 月 日
大学生创新工作指导委员会意见：

负责人签字： 年 月 日