1.1界面的设计工作在信号分析
界面主要是通过GUI图形用户界面菜单的编辑器来设计的。根据信号分析的结构划分，系统的主页面由多个子窗体的模块共同组成，分别为：系统简介、信号分析、推出系统等。只要单机主页面上面的模块键就可以打开相应的子窗体。并且所有功能的模块都是MATLAB系统应用程序，在每个子窗体模块中还有多个典型信号，其中有方波信号、脉冲波信号等。典型信号的分析还包括实频谱、虚频谱、相位谱等，相关的分析还有正弦、余弦、方波、脉冲波等信号的自相关与互相关的分析；加窗处理涵盖锯齿波、三角波、方波等信号的窗处理，窗函数还有汉宁窗、哈明窗、矩形窗等。除此之外，在典型的信号分析中，想要保证图形的精确性，还要进行加窗与选取采样点工作。这样每一个模块的显示的内容就会用菜单的形式很好的体现出来。
1.2通过举例进行分析
在实际教学过程中，信号测试分析及处理就可以直接应用先前所设计完成的信号分析应用软件，并且在辅助教学工具在实际应用过程中，只需要进行菜单电机就可以完成，就以就对分析正弦信号的谱举例说明。给出正弦波的信号为y=8sin（10π）t，并根据数据来求出信号的实频谱、相位谱、虚频谱等求出。然后点击MATLAB信号分析应用软件，就会出现测试信号分析主页面图；再次点击页面中的正弦信号分析就可以进入正弦信号的分析主页面图。在选择相应的参数时，要注意频率在6Hz左右，取300个采样点，汉宁窗的宽度为300，点击绘图就可以得出正弦波信号y=5sin（10π）t的结果。求出结果为：相频谱、实频谱显示为0，虚频谱为±3.5，双边幅值谱为3.5，功率谱为13.5等等。根据上述的举例分析可了解到，设计的信号分析应用软件具有简便性，并且界面显示很好，比较适合上课测验、演示等。当然，对于测试技术试验及工程领域此技术仍然可以很好的使用。
2合理搭配与实际应用
将MATLAB及测试信号的分析应用软件应用在教学中可以取得很好的教学效果。对于教师而言，在上课中可以在讲解同时还进行演示，对于一些比较抽象的问题就可以用仿真图形来进行仿真演示，这样会使分析结果非常清楚，减少了教师板书的书写及作图步骤所用的时间，在很大程度上提升了教学效率，教学质量也随之提升。然而对于学生来讲，软件的应用可以帮助学生们进行深刻记忆与理解，可以作为学生预习的材料，帮助学生们解决困难习题等。此软件的应用充分的表现出MAT-LAB的灵活性，还可以对学生们起到规范作用，学生们在教师的帮助下，可以自己设计一些工具箱，无形中提升了学生们的学习积极性。虽然MATLAB及测试信号的分析应用软件具有很多优势，但是在测试教学中也有其自身的特色，在进行公式推算中，相比应用板书会取得更好的效果。因为板书可以将内容保留一段时间，方便学生们进行比较分析。软件的应用主要偏于结果，所以在以后的机械工程测试技术教学中，要将软件应用与其他教学方法进行科学合理的搭配使用，这样才能充分发挥出其自身优势。
3总结
随着机电产品一体化和生产过程自动化程度的不断提高，机械工程的测试系统越来越复杂。它已成为整个机械设备研制、开发、应用和教学过程中不可或缺的组成部分。机械工程测试系统的基本任务是从测试对象获取反映其变化规律的动态信息，一个功能完善的机械工程测试系统由传感器、信号转换装置、信号分析处理装置和显示与记录等功能模块组成，无疑，讨论和设计机械工程测试系统及其构成要素，是十分有意义的。本文主要分析了虚拟仪器技术在机械工程测试中的应用状况，望大家参考。
一、机械工程测试系统基本状况分析
测试是测量与试验的简称，测试中最基本的是测量。测量是利用各种装置对可观测量（或称被测参数）进行定性和定量的过程。测试的基本任务是获取信息。测试是发展和检验自然科学理论的实践基础。在工程技术领域，由于实际研究对象的复杂性，很多问题难以进行完善的理论分析、推导和计算，所以必须通过试验来获得研究对象的状态，变化和特征等，这正是通过测试来实现的。测试技术正是研究有关测试方法、测试手段和测试理论的科学，它应用于不同的领域并在各个自然科学研究领域起着重要作用。特别是现在机械工程测试技术引起了大型工业企业和高等院校极大的重视。
测试系统的第一个环节是信号的传感，即是将被测量的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元本文由收集整理件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理量，被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。传感器就是用来完成这种转换的装置。
第二个环节为信号的转换和调理。被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感或者电压、电流、电荷等电参量的变化，由于在测试过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响，且为了用被测信号驱动显示、记录和控制等仪器或进一步将信号输入计算机进行数据处理。因此经传感后的信号尚需进过调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工处理，以抑制干扰噪声、提高信噪比，便于进一步传输和后续环节中的处理。
第三个环节是是对这些信号进行分析处理以及显示记录，包括信号的时域分析、频域分析、相关分析等。原始波形显示、处理后波形显示等。从而还可以分析出机械运转的工况等。 机械工程测试系统有测量、监控、试验分析机械设备运行过程中的参数功能，但前序步骤必经信号的采集、分析才能得出。所以，本系统对于机械的后续分析作用意义重大。
二、虚拟仪器技术在机械工程测试系统中的应用现状
科学技术的日益发展，对现在的机械工程测试系统影响很大，特别是相对于传统的测试系统来讲。以前要用特定的仪器对信号进行分析，但是利用虚拟仪器组建的机械工程测试系统却不用专用的仪器，而是利用计算机作为连接虚拟仪器软硬件的平台，信号源通过调理后数据采集卡就可以获取数据进行分析处理。现代计算机技术对机械工程测试技术和仪器的发展产生了革命性的影响。
测试系统的发展经历了模拟测试仪器、计算机测试系统（智能仪器）及虚拟仪器三个阶段。现代机械工程测试技术以计算机为中心，计算机的发展必然促进测试技术和仪器的发展。在此背景下，虚拟仪器的产生也就水到渠成。
在虚拟仪器中，软件是虚拟仪器系统的关键，目前国内外这种软件主要有美国dsp公司的dadisp软件，以实验后数据处理分析和表示见长美国ni公司的系列虚拟仪器开发平台（labview、labwindows/cvi、virtual bench和component works）、美国quatech公司的daslab软件包和惠普公司的vee软件平台都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台，以图形化编程和界面灵活见长。华中理工大学的v198虚拟仪器系统和哈尔滨工业大学的仪器王以虚拟的单个仪器或仪器库见长。其中，美国ni公司的labview软件功能最为完善，labview软件以简单、直观的图形化编程方式、强大的图形显示和数据处理能力见长，运行速度快、开发周期短、界面灵活是其又一大优势，最能体现虚拟仪器的风格，所以基于labview的虚拟仪器应用相当广泛。
由于pc的功能变得越来越强大，速度快，价格低，在标准pc上连接一个或多个仪
器模块构成测试仪器成为一种趋势。这种仪器即为虚拟仪器。虚拟仪器的软件开发平台labview中，“所见即所得”的可视化技术是应用于测试领域的雏形。虚拟仪器注重测试人员在进行工作中的感觉。用仿真的面板给人以真实仪器的感觉，用丰富的曲线图像向测试人员传递信息，是虚拟现实技术在机械工程测试领域中的广泛应用趋势。
几个测试站点连成一个大的测试网络，互通数据和信息，联合分析测试结果，实现
数据和信息共享的网络化测试是机械工程测试系统的一个发展趋势。虚拟仪器技术是现代机械工程测试系统的发展趋势，在丰富的虚拟仪器软硬件产品支持下，尤其是在被誉为“科学家和工程师的语言”labview的支持下，组建一个机械工程测试系统正变得越来越容易。在技术发展日新月异的今天，为了让测试系统就有开放性、兼容性和不断更新的可能，利用虚拟仪器的概念组建测试系统不失为一种好的选择。
在机械工程测试系统中，应用虚拟仪器编的越来越普遍，因为很多传统的硬件设备在虚拟仪器中都可以用软件代替，从而降低了大量的设备浪费，降低了成本，并且还可以直观化的显示其结果，将多种的传统仪器合并到一套虚拟仪器测试系统中，有利于编程，也有利于增强测试系统的准确度。
关键词：机械测试；实验系统；虚拟仪器；仿真
机械工程测试技术基础是机械专业学生必修的一门专业基础课。课程主要介绍机械工程、工业自动化等工程领域中常见物理量如压力、应变、温度、噪声等传感器测量原理、测试方法和信号分析方法。与其他专业课相比，这门课程不仅理论性强、公式推导复杂；而且思维从时域向着频域转变，具体应用过程抽象。只有通过大量直观的实验操作，才能更好地掌握书本知识，培养工程实践能力。而目前大多数高校因实验条件限制，侧重于课本内容的讲授，实践性环节偏少，主要以验证性实验为主，不利于培养学生独立思考和动手能力。
针对传统教育存在的弊端，采用虚拟仪器代替传统物理仪器，不仅可以缓解实验经费不足的问题，还有利于实验的开放性、灵活性和内容的多样化。LabVIEW是美国NI公司基于G语言的虚拟仪器开发工具。其自带庞大的函数库，包括数据采集、信号处理、输入/输出控制等，具有成本低、通用性好、功能强大、易于升级与扩展等特点。同时，LabVIEW很容易同网络、外设及其他匹配设备相连接。为此，笔者以LabVIEW为平台，利用其内置的仿真、数据采集、信号处理功能，开发出集虚拟仿真与机械量测试为一体的综合实验系统。增加了综合性、设计性实验的比重，突出工程实践在实验教学中的核心地位，实现课程理论、实验环节和工程实践之间的无缝结合。
1整体设计
机械工程测试技术基础教学内容涉及传感器测量原理、信号处理方法等知识。根据书本内容，并结合学生特点及培养要求，对实验的内容精心设计，体现出不同的层次。本实验系统分为基础性实验、综合性实验、探究性实验3部分(如图1所示)。
1.1 基础性实验
基础性实验是针对信号处理课程量身定做的实验套件，内容丰富，囊括了教材中所有信号分析的知识。其中包括信号发生器、自相关等从基础到高级的信号处理知识点的演示程序。实验内容按照功能划分为7个模块：信号基本性质、时域分析、频域分析、滤波、调制、采样、加窗。各个模块所包含的相关实验见表1：
通过实验，可以直观地看到信号在处理前后的变化，扭转了教师一味地在黑板上讲解的被动性，有助于学生对数字信号处理概念的理解和记忆。此外，将LabVIEW应用程序配置成一个服务器。通过VI服务器，用户只需指定远程计算机的地址或名字便可以通过网络动态加载和运行VI。这样，学生可以通过网络操作实验面板，亲身参与实验，方便预习或课后复习。
应用举例：
以采样模块为例。采样是最常用的信号处理技术，过程是将时间上、幅值上都连续的模拟信号，转换成时间上离散但幅值仍连续的离散信号。采样模块包括：混叠、栅栏效应、频谱泄露、位数和分辨率等实验。实验内容包括了采样的几个基本步骤：离散、幅值量化、截断，以及在离散、截断等过程中易产生的误差，如混叠、泄露、栅栏效应。
为了保证采样后的信号能真实地保留原始模拟信号的信息，采样信号的频率必须至少为原信号中最高频率成份的2倍，否则会出现混叠现象。图2为验证混叠现象的实验面板。图中所示，频率f=10Hz的正弦信号x(t)=sinωt，用fs=16Hz的采样频率对其进行离散采样，并计算频谱。那么乃奎斯频率即分析频率范围是8Hz，小于信号的频率10Hz，不满足采样定理。信号频率超出乃奎斯频率2Hz，被折叠到6Hz处，分析结果显示为6Hz的谱线，把信号频率10Hz误认为6Hz，造成频率识别错误，这就是频率混叠现象。如图2所示，曲线为原始信号，折线为采样点的连线，可以直观地看出采样所得信号失真。
1.2 综合性实验
综合性实验是针对学生已学过的测试学原理，通过实验让学生初步了解典型测试系统的构成及各环节的功能。了解典型传感器的性能、特点以及其典型测量电路基本构成与特点。
振动测试是机械测试中最基础、应用最广的技术，实验时选用本实验室自主研发的ZK-5VIC型虚拟测试振动与控制实验装置(如图3所示)。实验装置主要由4大部分组成：振动系统模型、激振系统、振动测量系统、减振系统。振动系统模型分为5种：单自由度系统模型、多自由度系统模型、悬臂梁模型、简支梁模型、薄壁圆板模型。激振系统包括电动式激振器、非接触式激振器、偏心电机、调压器和激振信号源。更换相应的振动模型和激励系统，便能完成20多个实验。以简支梁各阶的固有频率测量实验为例详细说明。
整个测试系统的结构图如图4所示。将偏心电机取下，得到简支梁模型。选用电动式激振器，激振器内部信号源可产生频率10Hz～1kHz，幅度≤5V的正弦信号，作为输入信号。激振器与激振信号源的输出端相连，通过调整信号源的输出频率和功率来改变激振力的频率与幅值大小。压电式加速度传感器与ZK-5VIC型测振仪的输入端相连。ZK-5VIC型测振仪用数字显示测点的振动位移X、速度V、加速度A，其输出端接动态信号分析仪。图5为动态信号分析仪的操作面板，主要用于完成单、双通道振动信号的时域、频域分析。通过振动测试实验可以充分了解实际工程中典型测试装置的组成、安装及调试方法；了解测试系统的构成；学会激振器、传感器与测振仪器的操作方法。
1.3 探究性实验
传统实验模式是高度固定化的，不利于学生创新能力、实践能力的培养。探究性实验能够通过学生自己动手搭配实验台结构，选择传感器、虚拟仪器完成实验的方式，激发学生的好奇心，培养动手能力。在实验中，将工程测试技术基础课程知识融会贯通，起到综合实践的作用。旋转机械是工业上应用最广泛的机械设备，其核心部件—转子常常由 于各种形式的故障而影响正常工作。不平衡是常见的故障形式，下面以动平衡测试为例。
转子不平衡是由于转子质量偏心或出现缺损造成的故障。转子平衡的方法很多，其中影响系数法以简单、对操作者要求低等特点被较多的动平衡系统所采用，本文中的动平衡测试系统也采用影响系数法。
图6为双面动平衡实验装置。动平衡实验主要由多功能转子实验台、计算机、LabVIEW平台、速度传感器、转速相位传感器、数据采集仪、加重块等组成。电动机通过皮带带动转子旋转，在转子支撑点各安装一个速度传感器用以检测转子的振动，激光转速相位传感器用来获取相位基准以及转速信息。整个测试系统的结构图如图7所示：所有传感器的检测信号经信号调理电路调理后输入数据采集卡，最后LabVIEW开发出虚拟式动平衡测试仪器处理并显示。
采用LabVIEW开发出的虚拟实验仪器，具有数据采集、分析、显示功能。实验面板上显示有实验操作流程，参数设置，转子运行时的转矩、转速特性，以及测试结果显示。图8为计算不平衡量界面，测试仪器对信号处理后并进行解算，得到校正面1和校正面2所需校正量的大小和相位。
此外，该仪器装置设计方法独特，结构简单，功能丰富，综合性强。学生通过拼搭不同的转子、轴承座，配置不同的机械参量传感器和不同功能的虚拟仪器，便能完成多个实验，如单双面动平衡测试、轴心轨迹、油膜涡动、转子不对中、转速测量和控制等实验。
因为条件限制，学生大多关注理论知识的学习，缺乏现场实践经验。往往在牢牢掌握基础知识后，不知道所学知识要应用在什么地方。这一实验系统，模拟了测试技术在实际工程中的应用，将书本知识与工程相结合，适应培养应用型人才的迫切需求。
2 结束语
随着计算机技术的飞跃发展，虚拟仪器实验室将成为专业实验室的主要模式。开发出基于LabVIEW的教学实验系统与机械测试技术课程紧密联系，基础实验涉及了信号时频域分析、滤波器设计、采样等实验，有助于学生理解信号处理基础知识。同时，振动试验台和转子实验台与工程应用相结合。在教学实践中，该系统能起到良好的辅助教学作用。更有利于学生掌握传感器、信号处理知识和测试系统的知识；并利于学生实践创新能力的培养。
参考文献
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[6] 喻红，黄弢，王峻峰.基于案例的工程测试技术基础实验教学[J].实验室研究与探索，2008，27(2)：104～106
关键词：石油特色 机械测试技术 教学效果
中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（c）-0116-04
Abstract： This paper puts forward the plan of the course construction of “mechanical testing technology” from the aspects of classroom teaching method， teaching material construction and experiment construction aimed at the characteristics of the petroleum university and some problems in the teaching of “mechanical testing technology”.The purpose of the course construction is to make the teaching of “mechanical testing technology” in our school has a distinctive petroleum characteristic， at the same time， the students can have strong interest in the mechanical testing technology， and the teaching effect can be improved.
Key Words： Petroleum characteristic； Mechanical testing technology； Teaching effect
《机械测试技术》是机电工程学院的重要专业技术基础课，其涉及的知识面较广，与力学、物理学、材料学、数学、信号处理、控制工程以及计算机技术等有着紧密的联系。并且，随着传感器技术、计算机技术、信息处理技术等的迅速发展，机械测试技术也在不断发展，课程内容也时常更新。《机械测试技术》是一门理论性和实践性都极强的课程。作为一所石油高校，如何让学生通过机械测试技术课程的学习，既能满足对通用机械的测试要求，同时又能对油田机械设备开展正确的测试工作，这是笔者的工作重点。因此，石油机械测试技术课程既应具有通用机械测试技术的共性，更应具有石油机械测试技术的个性。
由于《机械测试技术》课程的特点，使得在以往的教学中往往存在这样的一些问题：一方面学生在学习过程中觉得难度较大，缺乏学习的积极性和主动性；另一方面学完后又不知在实际工作中怎样应用这些知识。如何改变这种局面，使得学生能对机械测试技术课程产生兴趣，并真正能将所学的知识运用到实际工作去，是笔者一直在思考的问题。
“知行合一，学以致用”，是课程建设的主要目的。根据多年的教学、科研经验，笔者提出了以下一些思路，并开始进行尝试，希望能使《机械测试技术》具有鲜明的石油特色，同时也能适应通用机械测试的要求。
1 课程建设的思路
1.1 课堂教学方式的多重组合
改变以往的较为单一的教学模式，针对不同章节的特点采用不同的课堂教学方式。表1中列举出了针对《机械测试技术》的几个重点章节采用的教学方式。
1.1.1 介入自组织式教学环节
关于教育，法国教育学家卢梭曾经说过：“问题不在于教他各种学问，而在于培养他爱好学习的兴趣，而且在这种兴趣充分增长起来的时候，教他以研究学问的方法”。而以往的课堂教学多以教师讲授为主，教师将浓缩、总结好的知识直接灌输到学生脑子里，这样看上去信息量大，效率似乎很高，但由于与学生互动很少，学生的学习积极性也就不太高，往往只是被动地接受，自然也谈不上什么对这门课程学习的浓厚兴趣。
印度教育科学家苏伽特・米特拉认为，“教育是一种自组织行为”，在课堂教学中介入自组织式教学环节将提高学习效率。
再者，对于高等工科院校机类专业学生的《机械测试技术》课程来说，其主要目的之一就是要求学生在学完此门课程之后，应能在实际工作中针对机械对象C械参量测试的具体要求，能够恰当合理地选择和正确无误地使用为完成测试任务而设置的整个测试系统，含传感器、中间转换放大器、数据采集显示记录、信号分析处理等。也就是说要选得准、用得好。机类专业学生的《机械测试技术》课程与理科类和电子学科类《机械测试技术》课程的最大不同侧重点就在于前者是“用”（应用）测试系统，而后者是“搞”（研制）测试系统。
为此，选择“传感器”这一章，首先告诉学生本章的学习目的和要求，并结合适当的具体对象给出相应的测试要求， 其余的就交给学生自己去完成了。这需要学生在课后去查阅相关资料，通过自主学习来达到学习的目的和要求。学习的效果则通过课堂内的讨论题目来检验。这样的方式虽然看上去需要学生花费更多的时间来学习同样的知识，但这却能让学生在学习过程中增加主动性，在这样的主动学习中更容易培养学生对机械测试技术的兴趣，同时也能锻炼学生查阅科技文献和资料的能力。之所以选择“传感器”这一章，是因为传感器技术发展迅速、种类繁多，学生的自主发挥的空间更大，也更容易通过查阅资料主动掌握一些最新的有关传感器的知识。毕竟，教材的更新不可能太快。
1.1.2 传统黑板板书结合课堂多媒体与课前自媒体
随着计算机在教学中的普及，如今的课堂教学大多采用PPT的形式。这种方式能提供给学生更丰富的知识、更形象的感受，但对于《机械测试技术》这门课程而言，单纯采用PPT教学效果是不够理想的。主要是因为“信号分析基础”一章中涉及到较多的积分变换、复变函数等数学知识，而其中的一些知识是学生以前没有学过的，因此如果仅仅采用PPT教学，由于节奏相对较快，容易造成学生理解困难，出现畏难情绪，直接影响到学生对课程的兴趣。而如果在这章中采用传统黑板板书与PPT相结合，将一些公式推导通过黑板板书讲解，这样就降低了学生接受新知识的难度，有助于学生的理解[1]。
由于大多数学生对测试工作缺乏基本的认识，为了加强学生对测试工作的认识，可以利用自媒体，如微信视频，在课前先让学生通过微信视频观看一些现场的实际测试的视频，这将有助于学生对机械测试工作有一个较全面的认识。同时，利用微信这个平台，在课前让学生了解到下一周的学习内容、重点、难点，并提出一些思考题，这样可以让学生在课前就对将要学习的内容有所了解，并带着问题去听讲，这样学生的主动性增强了，学习效果将会更好。
1.2 体现行业特色的教材建设
目前，机械测试方面的教材众多，每种教材都有各自的特色，但大多数是通用的机械测试。作为专业性极强的石油院校，笔者希望该校的机械测试技术能够具有比较鲜明的石油特色，因此特编著一本《石油机械测试技术》作为教材（即将出版）。在这本教材中，除了机械测试的基础知识外，更多地是将测试技术与石油行业中的一些常见设备联系起来。例如，在“振动测试”这一章，打破了传统教材中纯理论介绍的惯例，以振动筛为中心，通过对振动筛的较为完整的振动测试过程来讲述振动测试的基本原理、振动测试系统、测试过程以及注意事项；而在“应变测试”这一章，则围绕着井架，通过对井架的静态、动态应变测试来讲述应变测试的基本原理、过程及注意事项等。之所以采用这样的编写方式，目的是为了让学生不仅掌握机械测试技术的基础理论知识，而是能真正应用这些知识在今后的具体工作中，去解决石油机械设备的实际测试问题。这样，既可以增加学生的学习积极性、课程的生动性，又可以在以后的工作中，当面对一个具体的测试对象时，就知道从何入手去进行和展开测试工作。
1.3 从验证实验到创新试验的尝试
机械测试技术是一门实践性极强的课程，必须通过大量的动手操作才有利于学生掌握这门技术。因此，在完成6个学时的课堂实验外，采用多种实验方式，尽量增加学生的动手机会。同时，机械测试的实验也不能仅仅是按部就班的验证性实验，还应该有能帮助学生突破思维定势、开拓思维空间的创新性试验。
图1列出了课程建设前后实验开设的变化，从图中可以看出，课程建设后，不仅实验的类型增加了，实验的学时数也增加了，但课堂实验学时保持不变，实验学时数的增加主要是课外实验。（注：开放实验和项目实验学时数不是固定的，图中所列数据为平均数）
1.3.1 提供开放实验题目
针对一些对测试技术特别感兴趣的学生，每年提供几个有关测试技术的开放实验题目供学生选择，这些实验需要学生利用课余时间来完成。这些题目大多与教师的科研项目有关，也可由学生根据自己感兴趣的内容自行确定，这样学生就可以更好地利用课堂所学的知识去解决一些实际问题，这也能激发学生对机械测试技术的更大兴趣。例如，学生已经进行过的一些开放实验项目有：跳远踏板的动态响应分析、网球拍的动态响应分析、弓箭的动态响应分析、振动筛应力应变测试。
1.3.2 自研自制测试实验装置
结合石油高校的特色，自研自制一批适合该校机械测试实验的测试系统。其中，“振动筛综合测试实验装置”获得了由中国高等教育学会主办的第三届高等学校自制教学仪器设备评选及优秀作品展示活动“最具实用价值作品”二等奖。利用这些自研自制的测试实验装置，更方便学生对一些典型的石油机械设备开展测试工作。
1.3.3 编写相应的实验教材
为了与新编著的教材《石油机械测试技术》配合使用，同时也更好地便于学生开展实验工作，理解实验原理，掌握实验步骤，特编写《石油机械测试技术实验教材》（即将出版）。在这本实验教材中，对钻井振动筛、钻机井架、抽油机井架、钻井泵等石油装备的测试目的、测试要求、测试项目、测试过程、测试信号分析处理等都有详细的描述。
1.3.4 开设创新性综合实验
该综合实验是在学完《机械测试技术》之后，综合运用所学知识对具体对象进行的实测。测试对象主要有振动筛、井架、钻井泵等一些重要的石油机械设备。对于这样的综合实验，教师只提出测试的目的，也就是测试任务，学生根据自己的测试任务设计出具体的测试方案、选择合适的测试系统和测试方法、确立合理的测点、拾取正确的信号，并能对拾取到的信号进行处理和分析，得出较为合理的结论。之所以说这是创新性综合实验，是因为，这样的实验没有一个定式，W生可以充分发挥自己的想象空间，自行确定多种测试方案，而方案正确与否，也将由学生通过实验来验证。通过这样的综合实验，学生基本上能对一个机械测试的全过程有较为深刻的理解，使学生在今后的工作中能较快地适应现场的测试工作，完成测试任务。
更进一步，对于学习积极性更高的同学，还可以提出更全面、更深入的要求。以钻井振动筛为例，要求学生考虑并实施如何通过机械测试取得相应的、必需的静、动态特性参数如频率、振幅、抛掷指数、相位、应力、应变等，去说明并阐述其与钻井振动筛工作中的动态性能如对泥浆处理量的大小，固液分离效果好坏的关系。其间，任课老师参与由同学自己主持的课外讨论课，并通过师生一起交流讨论得出最后的正确结论。
1.3.5 建设虚拟实验室
建设虚拟实验室的目的之一是为了弥补实验设备的不足。机械测试技术必须通过大量的实验来巩固基础知识，掌握基本测试技能，而由于经费的限制，无法购置太多的实验设施，开设出太多的实验项目，而虚拟实验室的建立则可以解决这个矛盾。通过建立丰富的测试对象库、信号源库、传感器库、中间转换放大装置库、信号处理与分析软件，使得学生可以在网络上自由选择测试对象、组建相应的测试系统、完成相应的测试任务。这也是对实体实验的补充和延伸。
在虚拟实验室的虚拟测试系统中，设计一个开放的接口以供学生自主编写开发信号采集、处理和分析程序，以完成相应的测试任务。在这个过程中，除了让学生了解目前比较流行的美国NI公司的LabVIEW图形编程开发系统外，更侧重于立足于我国自主研制开发的VMIDS“框架协议”开发系统（“Frame Agreement System”）。两类系统模式各异，但却各有所长。利用我国的VMIDS“框架协议”开发系统更方便于用户自主实现多种形式和功能测试仪器的开发。[2]
2 课程建设的深入
由于《机械测试技术》这门课程与工程实际结合紧密，为了能进一步提升学生的能力，可以协调各部门关系，在本院、本校，乃至各石油高校之间开展以石油机械设备整机或部件为对象的机械测试技能竞技比赛，结合科研和教学，以解决实际问题为目的，通过学校的科研课题或生产厂家的具体生产问题，实行产学研相结合、老师与学生相结合，共同完成测试任务。既通过实践锻炼提高了学生的知识技能，又解决了科研和生产中的具体问题，极大地弥补和完善了课堂教学的局限性。
3 课程建设的初步效果
通过对《机械测试技术》课程建设的逐步推进，效果已初见端倪。主要体现在以下两个方面。
（1）自组织式教学使课堂教学中学生的主动参与性大大提高了。大部分同学能积极参与到课堂讨论中，课堂气氛也更活跃。从被动接收到主动参与，这使课堂教学的效果有了质的飞跃。学生对测试技术基础理论知识的掌握更加牢固。
（2）通过多种形式的实验以及实测，使学生对机械测试这门技术的掌握不再停留在纸上，大多数同学基本能根据实际的测试任务设计出基本合理的测试系统并完成测试任务，同时对测试信号进行简单的处理分析。学生对这门课程的兴趣也大大增强。
由于还有部分措施刚开始实行，这些措施的具体效果如何，还需要通过时间和实践的检验。
4 结语
总之，以上课程建设的措施都是围绕着增加学生对《机械测试技术》的学习主动性和自觉学习的积极性，加强实际操作能力，解决“知行合一，学以致用”的问题，建设有石油特色的《机械测试技术》课程来进行的。这些措施的实施将使《机械测试技术》的教学与实践的效果得到大幅提升，也更能适应社会的需求。
参考文献
关键词:机械参数;测试系统;虚拟仪器
1 机械工程测试系统概述
机械工程测试系统的基本任务是从测试对象获取反映其变化 规律 的动态信息,一个功能完善的机械工程测试系统由传感器、信号转换装置、信号分析处理装置和显示与记录等功能模块组成,无疑,讨论和设计机械工程测试系统及其构成要素,是十分有意义的。
测试系统的第一个环节是信号的传感,即是将被测量的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理量,被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。传感器就是用来完成这种转换的装置。
第二个环节为信号的转换和调理。被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感或者电压、电流、电荷等电参量的变化,由于在测试过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响,且为了用被测信号驱动显示、记录和控制等仪器或进一步将信号输入 计算 机进行数据处理。因此经传感后的信号尚需进过调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工处理,以抑制干扰噪声、提高信噪比,便于进一步传输和后续环节中的处理。
第三个环节是是对这些信号进行分析处理以及显示记录,包括信号的时域分析、频域分析、相关分析等。原始波形显示、处理后波形显示等。从而还可以分析出机械运转的工况等。
2 虚拟仪器技术在机械工程测试系统中的应用现状
科学 技术的日益 发展 ,对现在的机械工程测试系统影响很大,特别是相对于传统的测试系统来讲。以前要用特定的仪器对信号进行分析,但是利用虚拟仪器组建的机械工程测试系统却不用专用的仪器,而是利用计算机作为连接虚拟仪器软硬件的平台,信号源通过调理后数据采集卡就可以获取数据进行分析处理。 现代 计算机技术对机械工程测试技术和仪器的发展产生了革命性的影响。
测试系统的发展经历了模拟测试仪器、计算机测试系统及虚拟仪器三个阶段。现代机械工程测试技术以计算机为中心,计算机的发展必然促进测试技术和仪器的发展。在此背景下,虚拟仪器的产生也就水到渠成。
在虚拟仪器中,软件是虚拟仗器系统的关键,目前国内外这种软件主要有美国dsp公司的dadisp软件,以实验后数据处理分析和表示见长美国ni公司的系列虚拟仪器开发平台(labview、labwindows/cvi、virtual bench和component works)、美国quatech公司的daslab软件包和惠普公司的vee软件平台都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台,以图形化编程和界面灵活见长。
由于pc的功能变得越来越强大,速度快,价格低,在标准pc上连接一个或多个仪器模块构成测试仪器成为一种趋势。这种仪器即为虚拟仪器。
虚拟仪器的软件开发平台labview中,“所见即所得”的可视化技术是应用于测试领域的雏形。虚拟仪器注重测试人员在进行工作中的感觉。用仿真的面板给人以真实仪器的感觉,用丰富的曲线图像向测试人员传递信息,是虚拟现实技术在机械工程测试领域中的广泛应用趋势。
在机械工程测试系统中,应用虚拟仪器编的越来越普遍,因为很多传统的硬件设备在虚拟仪器中都可以用软件代替,从而降低了大量的设备浪费,降低了成本,并且还可以直观化的显示其结果,将多种的传统仪器合并到一套虚拟仪器测试系统中,有利于编程,也有利于增强测试系统的准确度。
3 机械工程测试系统开发环境
3.1 应变测试系统
虚拟应变测试硬件系统组成如下:
虚拟式应变测试仪由硬件和软件两大部分组成,这里采用pcdaq体系结构组建虚拟仪器。其原因是因为pcdaq系统是以数据采集板、信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统,它充分利用了主流和普及的pc机总线、机箱、电源以及丰富的软件,以极少的硬件就能形成功能完备的应变测试系统平台,这种方案的性价比最佳。
下图是一个模拟信号的数据采集过程示意图,从这个图中可以看到模拟的信号通过设定的通道以后,再经过多路开关,经过刀d转换等将模拟信号变为数字信号,这些信号到达计算机中,计算机中的已经编好的labview程序对其信号进行分析处理。
对信号进行采集时,采样频率、采样通道以及采样点数是需要用户设定的参数,用户通过前面板的参数选择项根据实际需要进行设置,这些范围和数据采集卡的精度有关。本文设计的应变测试这一块,对与满足数据采集卡精度要求的应变信号,都可以通过数据采集卡,并对其进行相关设定的分析。
3.2 位移测试系统
位移检测技术在 工业 生产中有着广泛的应用。位移检测是机械量检测的基础,将机械量转化成位移量来检测是机电一体化技术的重要组成部分之一。对位移的检测不仅为提高产品质量和生产安全提供了重要数据,同时也为其他参数的检测提供了基础。
实现位移测量的关键是信号的转换即传感器的选用。本文对位移的测量通过电涡流位移传感器cwydo504将位移信号转化为电压信号进行测量;通过传感器把非电量转化成相应的电压信号,再经过信号调理电路进行测量。在测量过程中,为了保证测试系统的可靠性与测试精度,在测试系统的设计过程中必须注意传感器地选择、信号调理模块的选择以及系统抗干扰设计。
在进行位移测量时,本检测系统可以将位移量转换成电压信号供数据采集卡。在执行机构带动位移传感器运动时可以进行电压信号的采集,最后通过标定将电压信号转换成相应的位移信号,实现位移的测量。位移信号经过调理后,传输到数据采集卡中,数据采集卡选用ni公司生产的pxl-6251多功能数据采集卡。
3.3 压力测试系统
本测试系统是以液压试验平台为测试平台而进行的一系列机械量测量测试,以此液压实验台做压力信号源,随着液压系统向高压、大功率、高精度方向发展,液压系统的结构变得越来越复杂,故障率也随之增加,安全问题日益突出,因此,在液压系统工作过程中,需要确切的了解液压系统内部的压力和流量等,这对于防止系统出现意外故障和有效提高系统工作效率具有十分重要的意义。所以本系统选取液压试验平台的液压管道压力为被测对象。
数据采集是labview的核心技术之一,也是labview与其他编程语言相比较的优势所在。使用labview的daq技术,模拟信号数据采集是labview的daq中的一个主要功能,为用户提供了功能强大、方便快捷的模拟信号采集解决方案。
压力信号经过调理后,传输到数据采集卡中,数据采集卡选用ni公司生产的pxi-6251多功能数据采集卡,其主要功能参数如下:
(1)16路模拟输入通道,16位精度,1.25ms/s采样率;
(2)2路模拟输出,16位精度,2.8ms/s输出速度;
(3)24路数字i/o,2路定时计数器。
3.4 流量测试系统
本测试系统是以液压试验平台为测试平台而进行的一系列机械量测量测试,以此液压实验台做流量信号源,以液压实验台的对于液压系统来说,最重要的两个参数就是流量和压力,两个参数要求精度高,稳定性好,易于调节。在多功能液压测试试验台中,流量调节控制涉及到电机、变量泵、流量调节阀、排量反馈传感器、电控模块、流量传感器、计算机、管路等多个环节,影响流量的有负载、压力、温度、泄漏等因素。在液压测试中,要得到准确的流量参数、必须对流量调节各环节进行分析计算,确定各环节对流量的影响。并采取措施改善流量调节的精确性和稳定性。以提高流量控制精度。
根据本液压系统实验台,流量传感器要求流量变化范围:0.6-6m3/h,精度要求:1级。
通过信号调理后的信号可以与数据采集卡设备相连,通常情况下数据采集设备是一个数据采集卡,与 计算 机的连接可以采用多种方式。ni的数据采集设备支持的总线类型包括pci、pciexpress、pxi、pcmcia、usb、compact flash、ethernet以及火线等各种总线。本文选用pxi总线的pxl-6251多功能数据采集卡。利用labview的ni-daqmx软件,选择物理通道和任务输入通道进行流量信号采集。
3.5 温度测试系统
温度是机械 工业 生产和 科学 研究实验中的一个非常重要的参数,许多系统的工作都是在一定的温度范围内进行的,需要测量温度和控制温度的场合及其广泛。目前的温度测量控制系统常采用单片机控制,该技术应用十分广泛,但其编程复杂,控制不稳定,系统的精度不高。而利用虚拟仪器开发和设计的温度测量系统,采用普通pc机为主机,利用图形化可视软件labview为软件开发平台,来监测温度的变化情况,采集数据并进行处理、存储、显示等。设备成本低,使用方便灵活。
模块化设计数据采集,数据采集模块的设计对后续的数据显示和分析结果以及整个系统功能的实现,具有直接影响,本文利用m公司的daq(data acqulsition)卡及其驱动程序设计这一模块,充分利用集成的功能全面的daq函数库和子vi,设计可以实现对数据采集的控制,包括触发控制、通道控制等的数据采集模块。
4 机械测试系统总体设计思路
在对传统的机械工程测试系统测试过程及传统的测试仪器和现有的虚拟测试系统进行对比研究后,本文的系统总体的结构为:
(1)本文设计开发的机械工程测试系统采用模块化结构,可以在一个测试系统中同时组建应变、位移、压力、流量和温度测试系统。并且每个测试系统用模块化进行设计前后面板,方便程序设计和用户操作与控制。
(2)采用数据库对数据进行存储、管理和查询。基于需要对测试数据进行存储、调用、管理和查询,并且处理的数据量大,本文设计通过数据库来存储、管理和查询数据。建立一个access数据源,通过ado数据库访问技术,充分利用ado的灵活性,通过编程模型实现对数据库的操作,执行用户命令,实现对数据的管理。利用ado技术的labview数据库访问包-labsql,用户可以直接在labview中以调用子vi的方式实现对数据库的访问。
(3)每个测试仪在进行设计时,选用的模型是“菜单选择结构”。在后面板中利用“case”结构完成在前面板中不同的按钮选择,选择好一个测试以后,这个测试仪就可独立的工作。在完成相关的需要的工作后可以选择退出,也可以选择进入到另一个测试仪。利用菜单编辑器对程序进行编辑,要改变程序的操作项直接从菜单编辑器中修改,为程序作总体设计。
(4)前后面板的人性化设计。程序设计包括前面板和程序框图两部分,系统前面板由参数设置和五个测试系统构成。当用户在前面板操作相应的功能时,后面板的程序框图有与之协调的字vi运行,这样可以保证运行操作的同步性和准确性。同时在前台对话框有供测试人员填写参数或者选择功能界面。为了便于后续人员按自己的要求进行小范围修改,后面板程序框图也以直观简洁的方式进行设计。
5 结论
本文以虚拟仪器labview为开发平台,按照机械工程测试系统的要求,充分利用已有的标准化系统资源,开发了便于更新、机动灵活、成本低廉、中文界面的机械工程测试系统,提高了测试的综合应用效率。
本书系普通高等教育“十一五”部级规划教材、面向21世纪课程教材。本书重点讲授零（构）件和器件在不同服役条件下的失效方式及其对性能的要求，以及机械设计者和制造者必须具备的材料知识和有关的基本理论，介绍各类工程材料的成分、组织结构与冷、热加工（或合成）工艺及性能特点和应用范围，并以实例说明如何根据零（构）件或器件的不同服役条件和性能要求进行合理选材。全书共分13章，包括机械零件（或器件）的失效分析、碳钢、钢的热处理、合金钢、铸铁、有色金属及其合金、高分子材料、陶瓷材料、复合材料、功能材料、材料改性新技术、零件的选材及工艺路线、工程材料在典型机械和生物医学上的应用。为帮助学生思考、复习、巩固所学知识，各章后均附有复习题。本书引用国家最新标准，并力求做到加强基础、突出重点、注重应用和适应面广。
《机械工程测试技术基础（第3版）》吸取作者近十余年来的教学经验和科技新成就，对第2版作了较大的修改，增加了“声和声发射的测量”一章，加强传感器章节的内容，并用新编写的“计算机测试系统和虚拟仪器”来更换原来的《计算机辅助测试》一章。本版教材仍保持注重物理概念和工程应用的阐述、重点突出、条理清晰和分析透彻的优点，便于教和学。全书包括信号及其描述，测试装置的基本特性，常用传感器与敏感元件，信号的调理与记录，信号处理初步，位移测量，振动测试、声与声发射测量，应变、力与扭矩测量，流体参量的测量，计算机测试系统与虚拟仪器等十一章。《机械工程测试技术基础（第3版）》可作为高等学校机械类专业及相近专业本科生的教材，也可供大专、夜大和成人教育有关专业选用，还可作为有关专业高等学校教师、研究生和工程技术人员的良好参考书。
《机械工程史》介绍自铜器时代以来机械工程的发展历史，以介绍机械发明、机械科学与技术的发展为主线，也涉及机械工业的发展和机械工程教育的发展。《机械工程史》将机械的发展分为3个时代，即古代（远古至欧洲文艺复兴）、近代（主要包括两次工业革命）和当代（第二次世界大战以后）。《机械工程史》既注意讲清机械科技本身的发展，也试图揭示出机械科技背后的推动力：经济的发展、国防事业和人类科学探索活动的需求；揭示出科技与社会、科技与自然的关系。
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《机械设计（原书・第16版）》主要内容简介：呈现在您面前的这本《机械设计（原书・第16版）》是“机械设计教学体系”中的一本，既可作为高等院校教材，又可用于工程实践。在不损害《机械设计（原书・第16版）》整体结构的情况下，我们将其划分为相互独立而又自成体系的24章，在这24章中我们详尽且清晰地讲述了最重要的一些机械零件。读者可以单独学习和使用每一章的内容。
《机械设计（原书・第16版）》可作为普通高等院校机械类各专业的教材和教学参考书，也可供近机类、非机类各专业本科师生及工程技术人员参考。
关键词：煤矿机械制造；机械自动化；技术应用；产品质量与安全
引言
机械自动化是机器或者装置通过机械方式来实现自动化控制的过程。通过机械设备的先期设计、装置设定以及动力支持，机器装置能够按照固有的操作模式逐步完成工作，既提高了已有的工作效率，提升产品品质，同时为相关装备的安全性、便捷性提供了应有的支持。在技术快速发展与更新的环境下，煤矿机械制造过程中应积极采用机械自动化技术，可以提升煤矿机械设备的品质，加强设备的安全性与环保性，继而在整个煤矿机械设备市场中提升自身竞争力。此外，相关人员一方面要注重在设备制造过程中品质的把关，严格按照设计标准与制造要求，制造出高品质的煤矿机械设备。还应积极探究煤矿机械制造过程中的不足之处，为机械自动化技术的应用寻找切入点，逐步改进煤矿机械制造的工艺流程，实现机械自动化技术与煤矿机械制造的有效结合，为社会提供优质高效安全的煤矿机械设备。
1自动化技术应用的有效切入点
1.1机械自动化技术的融合
煤矿机械设备制造是一项工作复杂、涉及因素广的制造工作，往往要考虑到煤矿开采地区的实际条件、开采过程中地形的复杂性、设备使用的安全性和便捷性以及经济成本等问题。因此在煤矿机械设备制造前，需要经过大量繁琐的设计与修正工作，保障生产工作的有效性和经济性。在设计过程中能够有效融合入机械自动化技术，将设备的各个环节加以改造，调节设备的动力传输系统，让机械自动化技术融入煤矿机械制造的过程中。煤矿机械制造中自动化技术的应用有了基本前提，设计工作再经过先期的论证、实地考究、修改与实验，才能够保障机械自动化技术得到充分发挥。
1.2机械自动化技术的应用
对于煤矿机械制造的工作来说，设计工作的修改意味着制造工作面临新的挑战，新技术的应用又意味着制造工作将遇到新的改革与困难。一方面，改进新工艺需要工人重新考虑生产方式，调整惯有的作业模式，以实现新产品的要求。另一方面，新技术的应用将提升工人制造水平，强化工人的制造工艺，最终实现生产技术的提升以及产品质量的强化。煤矿机械制造过程中机械自动化技术的应用主要包括两方面。一是生产过程中机械自动化技术的应用，即通过生产设备中机械自动化技术的支持来完成煤矿机械设备的生产，继而提升工作效率，强化产品品质。二是煤矿机械制造中机械自动化技术的融合。通过新技术的融合，产品零部件的改进，以及制造工艺的重新安排，煤矿机械产品品质得到进一步提升，产品的安全性、便捷性得以提高。
1.3机械自动化技术的磨合与考评
在机械自动化技术有效应用的过程中，应当对设备进行检测，并对新技术进行磨合考评，以考察制造工艺、设计的合理性、产品的质量以及制造的工艺。因此在设备制造完成后，机械设备的技术检测仍然是自动化技术应用的最佳切入点。相关单位要改变传统的检测方法，实地进行测试，从煤矿开采效率、使用成本、折旧预估、安全性等角度多方面考察新设备的使用情况，保障机械自动化技术能够有效的应用于煤矿机械制造中，提升煤矿机械设备的品质，提高煤矿开采的安全性。
2自动化技术应用的实现途径
现阶段煤矿机械制造的整个过程中，设计、制造、检测等流程都是机械自动化技术有效切入点。但是如何高效利用机械自动化技术，保障煤矿机械制造品质的提升，又受到多方面的影响。
2.1充分研究机械自动化技术
机械自动化技术的出现为装置设备品质的提升提供了充足的动力，也为生产开发工作带来了极大的便利性。但是就现阶段煤矿机械制造而言，盲目地引入机械自动化技术并不一定能够提升煤矿设备的品质与便捷性。煤矿设备面对不同矿区，受到自然条件的限制较多。因此在应用自动化技术前，相关部门应积极开展调研探究，从兄弟单位、机械自动化技术提供者等多方面了解煤矿机械设备对机械自动化技术的需求。继而确保机械自动化技术得到最为有效的利用。
2.2强化先期投入与试验
大型设备尤其是煤矿机械设备对于安全性、经济性要求非常高，因此在设备制造前，相关部门要根据设计的内容积极开展先期实验与试生产。一方面通过技术测试，保障设计的合理性，继而为设备生产工作建立基本前提。另一方面通过技术测试，实际考察机械自动化技术对煤矿机械设备的带动性。即检测新技术的应用是否能提升煤矿开采效率，降低开采成本，提升煤矿开采安全性和设备的品质，真正为煤矿企业提升产品竞争力提供支持。
2.3构建复合型人才队伍
煤矿机械制造中机械自动化技术的应用不仅涉及设计人员、制造人员的专业知识，更涉及到机械自动化的内容，因此传统单一的生产队伍或者设计队伍无法满足新产品更替的需求。为了能够运用好新技术，提升煤矿机械设备的品质，保持生产的长久发展与升级，相关单位要结合自身背景，构建复合型人才队伍。一方面从已有人才中选择专业背景相似的人才进行进修学习，提升专业素养，保持人才对技术的灵敏性。另一方面，招募专业背景人才，为机械自动化技术的深度应用建立基本前提，分别从新技术、设计考究、生产工艺、实验操作、经济财务等多方面考察煤矿机械制造中机械自动化技术的应用，提升煤矿机械设备的品质。
3结语
随着煤矿开采要求的提升、安全环保意识的加强，现阶段煤矿机械制造对先进技术的需求越来越大。煤矿机械制造过程中，相关单位应积极采用机械自动化等先进技术，强化机械设备的开采效率与安全指数，为客户提供最佳的设备服务，保障产品在现有市场中占有一席之地。煤矿企业应积极考察机械自动化技术，结合煤矿设备生产的实际需求稳步应用机械自动化技术，同时加强先期投入与试验，保障技术使用效率，最后还应当积极组建复合型人才队伍，真正为机械自动化技术的有效应用提供支持，提升煤矿设备品质，为煤矿开采的高效率、低成本、高安全提供保障与支持。
参考文献
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[3]党飞飞，王飞.机械自动化在煤矿机械制造中的应用[J].科技展望，2016（14）：78.
关键词：机电 测控 实验平台
中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2011)009-096-02
在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中提出，高校要着力培养“高素质专门人才和拔尖创新人才”，以满足国家发展对具有创新精神和创新能力人才的迫切需求。对于工程类本科专业而言，创新型人才培养工作不仅要使学生认识自然规律、掌握一定的科学技术知识，更要培养学生分析和解决实际问题的创新精神和创新能力。在此过程中，实验教学是不可或缺的重要组成部分，承担着开展必要的验证性实验以及研究性、探索性、设计性、综合性实验等重要任务。转变观念，创新机制，加大投入，打造团队，构建与应用型创新人才培养目标相符合的创新实验平台是对各工程类本科专业的必然要求。
1 机械电子工程本科专业现状及人才培养目标
机电行业是国家主要支柱行业之一，近年来发展迅速，人才需求强烈。机械电子工程本科层次主要培养能够进行技术创新和技术二次开发的机电工程与技术应用型人才，但目前国内开设机械电子工程本科专业的高校并不多，且多是2007年以后新增专业。
中原工学院机械电子工程学科为河南省重点学科，而且是河南省两个机械电子工程本科专业之一，学科专业特色优势方向为精密测量测试技术和现代机电测控技术。为了促进学科更好发展，提出进行机械电子工程专业实用型创新人才培养模式的研究与实践，构建现代机电测控技术创新实验平台，加强学生专业素质和实践创新能力的培养。
2 实验教学与实用型创新人才培养
实践教学环节与理论教学环节是本科教学工作中两个不可分割的组成部分，共同发挥着对人才的培养作用。机电领域新理论、新技术、新设备、新仪器的不断出现，对机械电子工程专业的课程体系构建、课程内容更新、实验项目与实验内容创新、实验条件完善、实践环节设置等各方面都提出了更高的要求。中原工学院机电专业总结多年来人才培养的实践经验，提出了适合本专业人才培养的专业知识体系基本结构为：机械＋控制＋测试＋接口＋系统。其中，机械学科为基础，控制技术与测试技术为学科主要特色方向，接口技术为纽带，最终落实到系统应用上。与传统机械设计制造及自动化专业相比较，更加突出控制、测试、接口技术的地位，更强调加强对学生在机、电、测、控、接口等技术一体化综合应用能力和实践创新能力的培养。要达到这个目的，实践环节，尤其是实验环节的设置、实验课程的开设、实验内容的优化、实验平台的建设等，不仅直接影响到人才的培养质量，而且关系到专业教学改革、知识创新、科学研究等主体工作的顺利开展。
根据专业实用型创新人才培养目标的要求，本专业在对课程体系、课程内容、实验室设置与仪器设备、实验项目开设、实验教师队伍等基本情况进行综合分析讨论基础上，结合人才培养过程中出现的问题与取得的经验，借鉴同类知名大学相关专业的实验室设备构成、开设实验类型、实验设计方法、实践环节设置合理性等，提出构建现代机电测控技术创新实验平台，从实验教学体系、实验教学内容、实验室管理方式、实验教师队伍建设等方面进行机械电子工程专业实验教学改革，促进机械电子工程专业实用型创新人才培养。
3 机电测控技术实验课程体系及问题分析
3.1 机械电子工程专业实验室基本情况
中原工学院机械电子工程专业实验室目前建制实验室以纺织机电设计与测控校级重点实验室为统合，包括纺织机械测控实验室、虚拟仪器实验室、多点传动控制综合开发实验室、视觉检测技术实验室、机械CAD／CAM中心等。主要实验设备包括三座标测量机、激光干涉仪、超声波无损检测仪、PLC实验装置、虚拟仪器综合实验套件、纺织机械测控实验系统、多点传动控制综合试验系统、视觉在线检测系统、单片机开发综合实验台、传感器与检测技术创新实验平台、机器人实验系统、计算机控制技术试验箱等。
3.2 可开设实验课程及实验课程体系存在的问题
根据专业主要特色方向要求，课程体系中开设实验课程的专业课包括：机械控制工程、机电系统控制技术、计算机控制、微机及单片机应用技术、机电系统接口技术、传感器及机电检测技术、光电检测技术、无损检测技术、机器视觉技术及应用、信号分析与处理、DSP技术、光学工程基础、机器人技术、精密仪器设计、机电一体化系统设计等，另外还有机电课设、现代制造技术综合实验、虚拟仪器综合实验、机电系统综合实验等综合实验环节，共同构成了现代机电测控技术实验教学的课程体系。
3.3 实验教学环节与课程体系中存在的主要问题
在近年来的专业课程理论教学与实验教学实施过程中，发现了目前实验教学环节与课程体系中存在的几方面问题：
(1)在专业课程内容设置上实验环节所占比重明显不足。造成这一现象的原因一方面是长期以来传统教育理念所造成的教学体系结构所致，另一方面则是实验条件和实验资源不足所致。
(2)资源短缺与资源重复现象并存，实验教学整体投入不足。虽然近年来专业实验设备增加不少，但也只是满足基本实验门类需求，总设备台套数还远不能满足要求。与此同时，由于校内实验资源的科学管理与优化配置仍不完善，其他院系的相关实验资源不能共享，造成实验资源浪费。这也是很多高校实验室建设中存在的一个共性问题。
(3)实验课程开设各自为战，缺乏相关课程实验环节的协调与融合。机电学科为交叉学科，其多门支撑学科的专业课程之间是紧密相关，构成一个有机整体，其实践环节是有可能融合为一体，采用综合实验或综合课程设计的方法来实现的。例如检测与信号分析类实验、机电控制与接口类实验等。但目前该类综合性实验环节开设数量还比较少，实验内容设计方面缺乏新颖性。
(4)采用新型、先进实验设备开设的实验较少，学生实践能力培养跟不上市场需求。
这一现象在许多普通本科院校中也比较广泛，主要原因还是普通院校所能得到的国家与地方政府的资金投入相比重点高校远远不足，新型设备、精密仪器少，许多企业中已经配备并常规化使用的仪器设备高校却没有。
(5)实验形式单一，验证性实验居多，设计型、创新型实验较少。缺乏对实验与实践教学的总体设计，实验教学与科研、学科、专业、人才培养结合不够，实验教学研究也不到位、不深。
4 现代机电测控技术实验教学改革探索与实践
针对上述专业实验室设置、实验课程体系及存在问题，充分考虑本专业兼顾机、电和纺织的行业背景，紧密结合精密测
量技术和机电测控技术的特色方向，提出构建现代机电测控技术创新型实验平台，其研究内容和实践方法如下：
4.1 保证基础，强化创新，确定创新实验平台体系构建的基本原则
在保证课程基本实验内容要求前提下增加综合性、创新性、研究性、实践性实验项目。具体来说，就是要按照“保证传统基础实验、增加新型设备实验；减少验证性实验，增加设计性实验：减少单一课程实验，增加多课程综合实验；减少教师指定题目实验：增加学生自主创新的研究性实验；保证课本内实验，增加实际科研项目关联实验；保证实验室内的实验项目，增加企业现场实践活动”的基本原则，构建符合本专业实际情况的现代纺织机电测控创新型实验平台的课程体系。
4.2 以人为本，因材施教，进行分类、分层次的实验教学体系的研究
高校以培养专业人才为己任，但学生存在基础、兴趣、努力程度等方面差异，在进行创新实验平台建立过程中要注意因材施教，构建分层次的实验教学与研究体系。对于基础薄弱，兴趣不足的同学，以基础实验和一般设计性、综合性实验能力培养为主，对基础扎实、兴趣浓厚、学习努力的同学，应鼓励他们进行一些研究性和创新性的实验研究，并积极参加各类创新实践活动。
4.3 分工负责，通力合作，进行实验大纲、实验内容与实验教学方法研究
组织专业课教师根据各自所长分工负责，对各门课程的基础实验与实践环节的教学计划进行修订和完善。通力合作，完成设计性实验、创新性实验、研究性实验的实验内容规划设计和实验教学大纲的编写。根据本专业人才培养的“机械＋控制＋测试＋接口＋系统”的专业知识体系基本结构，进行多课程综合实验内容开发与实验方法研究。
4.4 项目引导、以赛促能，积极开展自主创新的研究性实验与创新竞赛活动
鼓励专业教师根据创新性科研题目或实验室建设项目设计创新性实验，例如采用机器视觉技术、虚拟仪器技术、机电传动控制技术、PLC控制技术进行生产线产品质量检测技术的研究。鼓励教师在创新性实验活动中指导学生形成各种形式的物化成果。还可以结合“挑战杯”、“机械设计创新大赛”“电子设计竞赛”等创新大赛题目进行实验项目设计，组织学生成立创新兴趣小组，以赛促能，在比赛过程中培养学生创新意识、团队意识，提高动手能力、合作能力、创新能力。
4.5 提高能力，加强管理，建设具有创新精神、创新能力的实验指导教师队伍
只有具有创新精神、创新能力的教师才能培养出具有创新精神、创新能力的学生。在实验指导教师队伍建设中，鼓励专业课教师积极参与实验室管理，积极引导学生参加科学研究活动，组织各种科研兴趣小组，加快实验室开放制度的常规化，把实验室建成教学和科研的前沿阵地。
4.6 开拓资源，追求卓越，建设校企合作，资源共享的创新实验大平台
本专业科研人员目前参加有国家科技重大专项机床类项目2项和国家863项目1项，以此为契机，积极开展与相关重点机床企业的合作交流：同时发挥原部属院校的行业优势，保持和加强与纺机行业的技术合作，以教育部“卓越工程师教育培养计划”理念为指导，积极探索将人才培养与企业、科研工作紧密联系，充分利用企业实践平台，探索校企合作的创新人才培养新模式。现代机电测控技术创新实验平台建设将紧密结合机床制造业和纺机制造业中的各种测试、测量、控制技术应用，有效利用校内、校外资源，建设校企合作、资源共享的创新实验大平台，最终培养能够满足企业需要的系统掌握现代机电系统测试、测量、控制技术和应用能力，具有实践能力和创新精神的高层次机电人才。
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关键词 机械设备；远程控制；检测系统；研究
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0187-01
从实践来看，国内很多行业的机械设备检测依然沿袭着传统的现场检测模式，其特点是无论检测的位置在哪里，距离有多远，都要求相关的技术人员第一时间到达现场，这无疑增加了各项资源的耗损。近年来，随着社会经济的飞速发展和科学技术的不断进步，Internet技术在现代机械设备检测过程中逐渐表现出一定的优势。比如Internet远程访问、加工工艺的远程监控、机械故障的远程诊断以及机械设备的远程维护和相关数据的采集等。但机械设备远程检测系统的构建实践来看，当前这一领域的Internet检测技术还不够成熟，究其原因在于多数的机械设备对于检测手段、方式、技术，甚至是检测环境等都具有较高的要求，对其实施远程检测确实存在着很大的难度。那么如何构建远程检测系统？
1 远程检测的整体结构
机械设备检测过程中，一般现场只有受检测设备，至于检测仪器及其辅助仪器均是检测人员从其他的地方带到检测现场的。因此，在机械设备远程检测过程中，首先需要关注的就是检测仪器是否能够简单有效的安装、相关数据的传输与控制是否顺利以及主从机之间的信息数据传送是否通畅。基于此，笔者认为远程机械设备检测系统应当包括硬件、软件两个核心部分，其中硬件又包括远程主机等控制计算机、检测现场从机以及相关机械设备的网络系统、检测设备以及相关的辅助设备和装置；软件则主要包括相关数据的采集、数据的处理以及数据的传输等软件。基于Internet技术的机械设备远程检测系统基本工序主要表现在以下方面，即各种机械设备检测仪器对相关数据和参数值进行采集，并通过通用串口（如RS232）总线，将相关数据传输到机械设备检测现场的从机，同时计算机系统可对相关信息数据实现有效的接收与处理。从实践来看，这一活动主要表现在两个方面，一方面是将相关的检测数据全面地展示在检测现场的从机上，检测人员通过对这些信息数据进行分析和记录，并在此基础上对下一步检测方法和内容作出决策；另一方面通过对这些数据进行分析，可以为机械设备的远程检测数据传送准备好条件，并通过计算机远程控制软件，对经过处理的相关数据信息经Internet技术实现远程传送。远程控制和指挥主机，可以实现检测现场的从机经Internet技术传送来的信息数据确认、接收、存储和显，并对接收到的相关信息数据经远程专家进行分析，进而实现对所需检测数据的远控制。从其原理来看，主机具有信息数据的输入功能，而且这些数据可以实现反向传送，最终将其传送给现场负责检测的从机；虽然远程控制主机不直接对检测现场的检测活动进行操作，但它可以实现同时对多个现场检测活动的指挥与控制。
2 系统程序设计
2.1 数据采集程序
实践中为满足系统结构的要求和安装简单之目标，数据采集程序的设计过程中可将现场从机与检测仪器通过串口有机地连接在一起，从而实现对物理量、视听参数以及各种化学量等数据的采集。从机械设备检测仪器自身的特点出发，可对数据进行单独或者同时采集和传输，而且这主要决定于检测仪器的自身性能及数据传输端口的总体数量。在该软件设计实践中，主要采用了VB的MSComm控件，来实现对数据串口数据的传输。需要说明的是通过Windows ActiveX控件，可有效地实现与串口之间的设备有机相连，并且可以使计算机控制设备与其他的相关设备实现串口通信，其中包括相关信息数据的传输与接收。
2.2 数据处理程序
通过VB，可实现对检测现场的从机获取的信息数据控制和处理，由于机械设备的检测仍然处于现场检测与远程检测相结合的条件下，因此实践中所采用的方法是在从机上创建一个有效的应用界面，每个按钮与空格分别代表着实际所需的各种检测参数值，在通过相应的编程，将它们显示在应用界面之上。这样做的主要目的在于使数据得以有效的兼容、减少需要处理的数据量以及对各个数值进行有效的计算等，进而可以实现相关数据的顺利传送。
2.3 数据网络传输
近年来，随着社会经济的飞速发展和科学技术的不断进步，数据传输技术也得到了快速的发展，尤其是远程客户端与服务器之间的体系结构，业已成为当前的主流。通过这一系统，服务器与客户端之间的数据通讯，可采用TCP/IP协议进一步实现信息的传输。将现场从机作为客户端，将远程控制主机作为服务器，则可在客户端与服务器之间建立一种联系，并在服务器一端建立与客户端相同的应用界面，将客户端收集到的信息数据都传输到服务器一端；服务器一端的远程控制专家，经过对检测现场的信息数据监控和分析，可对检测现场存在的问题进行远程指挥。
3 案例分析
为更明确地将以上系统展现出来，现以某台机床为例进行检测。实践中需要用到的设备和仪器主要有机械电参数综合测试仪、噪声测试仪、电气安全综合测试仪、转速测试仪、振动测试仪、温度测试仪以及激光干涉仪等检测仪器，同时还要使用适量的不具备串口传输能力的一些常用设备，比如游标卡尺、千分表或者秒表等设备。其实际检测过程可通过以下图示予以展现：
该机床设备远程检测过程中，主、从机之间首先要有机地连接在一起，并通过视频或者对讲系统，由现场从机与远程主机对该机床设备进行整体检测，并在此基础上对相关的检测方法与检测项目的安排状况进行探讨。在机床设备实际检测过程中，基于有些项目不可以同时进行检测，比如电气安全、电参数等，因此在实际检测过程中要对检测的顺序进行科学的安排，比如先对机床噪声和功率进行检测，而将电气设备的安全性能置于最后，机床设备断电之后方可进行。根据检测项目的安排，功率测基（检测现场的从机与机械设备的电参数测试仪之间的串口连接）电参数测试仪，对机床设备的运行功率信息数据进行采集，同时将采集到的信息数据传输到现场检测从机上，进而通过从机的应用界面将其显示出来。
参考文献
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