SEMINARIUM CZĘŚĆ I Przegląd wirtualnych przyrządów i narzędzi

Transkrypt

1 SEMINARIUM CZĘŚĆ I Przegląd wirtualnych przyrządów i narzędzi Czas trwania: 2 godziny Spis treści: A.: Wstęp B.: Oprogramowanie wirtualnych zestawów edukacyjnych C.: Wirtualne przyrządy i narzędzia jako istotne wsparcie procesu kształcenia D.: Dokumentacja dotycząca wirtualnych przyrządów i narzędzi E.: Zadanie F.: Bibliografia A. Wstęp Idea wirtualnych przyrządów, wprowadzona 20 lat temu przez National Instruments bazuje na koncepcji, która umożliwia użytkownikom i równocześnie konstruktorom urządzeń wirtualnych budować przyrządy odpowiadające ich konkretnym zapotrzebowaniom zamiast wymuszać przystosowanie ich potrzeb do istniejącego już sprzętu. [1] Wirtualny przyrząd (VI) składa się z komputera lub stacji roboczej wyposażonej w odpowiednie oprogramowanie, karty pomiarowe oraz sterowniki urządzeń, które w całości realizują funkcje analogiczne do funkcji charakterystycznych dla przyrządów tradycyjnych. W przeciwieństwie do systemów, w których podstawową część stanowią przyrządy tradycyjne wspomagane komputerowo, w systemach bazujących na przyrządach wirtualnych główną rolę pełni oprogramowanie umożliwiające wykorzystanie komputerów lub stacji roboczych nie tylko do sterowania urządzeniami zewnętrznymi, lecz również do zbierania i analizy danych oraz ich wizualizacji. Komputer, w takich systemach, pełni funkcję interfejsu użytkownika, a ponadto umożliwia przetwarzanie danych pomiarowych, dostarczanych przez karty pomiarowe i przyrządy stacjonarne za pośrednictwem różnego typu magistrali. Powszechnie używane systemy komputerowe to systemy wykorzystujące komputery klasy PC kompatybilne z komputerami IBM, chociaż istnieją systemy bazujące na innych systemach operacyjnych, takich jak Macintosh, Unix lub standard VME. [3] Istnieje wiele różnych środowisk programistycznych, które umożliwiają konstrukcję przyrządów i narzędzi wirtualnych, do których można zaliczyć takie jak: - LabVIEW (produkt National Instruments); - różne wersje programu Basic (w tym Visual Basic, Quick Basic, itd.); - inne języki i środowiska programowania (w tym C, C++, ActiveX, Java, itd.) Oprogramowanie jest bardzo ważnym komponentem przyrządów i narzędzi wirtualnych. Za pomocą odpowiednich narzędzi programowania inżynierowie, naukowcy, również nauczyciele mogą z powodzeniem tworzyć własne aplikacje pisząc różnego rodzaju procedury, które w połączeniu z innymi fragmentami programu, będą zapewniać wykonanie oczekiwanych operacji. Mogą oni również opracować interfejs użytkownika, taki, który będzie najlepiej dostosowany do wykonania zadania, przewidzianego do realizacji za pomocą danej 1

2 aplikacji, oraz przyjaznego operatorowi. Mogą zdecydować, w jaki sposób i kiedy aplikacja będzie rejestrować dane dostarczane przez inne urządzenia, w jaki sposób będzie je przetwarzać, analizować i zachowywać, oraz w jaki sposób wyniki będą udostępniane użytkownikowi. [4] Chociaż niewielu użytkowników aparatury doświadczalnej jest przekonanych, że przyrządy wirtualne zastąpią przyrządy tradycyjne, to wszyscy są zgodni, że koncepcja przyrządów wirtualnych będzie się coraz bardziej upowszechniać. W systemach, gdzie pomiary są wysoce zautomatyzowane przyrządy wirtualne dominują. Obecnie, tylko nieznaczna część badaczy kupuje przyrządy tradycyjne w celu ich wykorzystania w zautomatyzowanych systemach kontrolno-pomiarowych, preferując urządzenia programowalne o charakterze modułowym. Istnieje przekonanie, że przyrząd wirtualny (VI) powinien raczej uzupełniać, aniżeli zastępować istniejące systemy kontrolno-pomiarowe sterujące różnego rodzaju procesami. Urządzenia programowalne do automatycznego sterowania systemami są często nie do odróżnienia od przyrządów wirtualnych, zauważa NI s Almgren, zaznaczając, że oba typy urządzeń są urządzeniami programowalnymi, przy czym, przyrządy wirtualne wykorzystuje się przede wszystkim do pomiarów, a kontrolery PAC (ang. Programmable Automation Controllers) do sterowania systemami. [5] Internet zapoczątkował nową erę udostępniania informacji, w tym danych pomiarowych, i umożliwił tworzenie sieci zdolnych do zdalnego, za pomocą komputerów, sterowania przyrządami wirtualnymi, co było niemożliwe do wykonania za pomocą ich stacjonarnych odpowiedników. Internet wykorzystuje te właściwości przyrządów wirtualnych, które umożliwiają łatwe udostępnianie w sieci danych, dostarczanych przez przyrządy pomiarowe oraz ich odczyt za pośrednictwem, na przykład, notesów elektronicznych (PDA), czy nawet telefonu komórkowego. [6] Do lat dziewięćdziesiątych programowanie systemów, wykorzystujących przyrządy wirtualne było zadaniem możliwym tylko i wyłącznie dla profesjonalnych programistów, którzy pisali odpowiednie programy używając tekstowych języków programowania, takich jak BASIC, C++, czy PASCAL. Dodatkowo, różnorodność potencjalnych możliwości zastosowania przyrządów wirtualnych wymagała również fachowości, gdyż zastosowany sposób pomiaru u jednego użytkownika rzadko był możliwy do zastosowania u innego. Na przykład, jeden użytkownik może być zainteresowany w rejestracji tylko jednej wielkości, np. temperatury otoczenia, co godzinę i zachowania wszystkich zarejestrowanych wartości w pliku. Z kolei, inny użytkownik może wymagać, aby kilka pomiarów temperatury, odnoszących się do monitorowanego w sposób ciągły procesu, a wyłączenie, na przykład, odpowiedniego zaworu miało miejsce wówczas, gdy wartości temperatury zmierzonej w kolejnych pomiarach, między dwiema fazami kontrolowanego procesu, różnią się więcej niż o siedem stopni w przeciągu trzech lub więcej sekund, w trakcie dowolnego 15-minutowego okresu czasu, oraz aby były rejestrowane dane dotyczące wyłącznie takich zdarzeń. Opracowanie oprogramowania dla systemów pomiarowych przez profesjonalistów, używających tekstowych języków programowych, takich jak C++, jest bardzo czasochłonne i żmudne i z reguły prowadzi do stworzenia programu składającego się z wielu stron kodu źródłowego, praktycznie nie do odczytania przez nie programistów, i który, z tego powodu, nie może być zmodyfikowany przez przeciętnych użytkowników takich programów. W ciągu ostatnich dziesięciu lat pojawiło się kilka komercyjnych produktów programowych do tworzenia wirtualnych systemów kontrolno-pomiarowych, używających wyłącznie graficznych metod programowania. Każdy z tych produktów dostarcza użytkownikom, w tym użytkownikom niebędących wprawnymi programistami, graficzne środowisko programowania, w którym można stworzyć własny wirtualny przyrząd lub narzędzie. Zazwyczaj użytkownik takiego pakietu zostaje zapoznany z narzędziami 2

3 stosowanymi w środowisku, które generalnie nie powinny być obce użytkownikom graficznych aplikacji, dostępnych w systemie Windows. W takim środowisku wybór opcji oraz narzędzi do programowania jest możliwy z paska narzędziowego, w okienkach dialogowych lub rozwijalnych menu, zaznaczanych za pomocą kursora myszki. [7] Starsze rodzaje oprogramowania służące opracowaniu wirtualnych przyrządów i narzędzi stosujące programowanie graficzne, dostarczają użytkownikowi narzędzi do tworzenia tzw. diagramów przepływu danych. Od użytkownika takich zestawów wymaga się umieszczania w oknie projektu ikon, reprezentujących odpowiednie komponenty systemu, a następnie wykonania między nimi połączeń. W celu zaprojektowania diagramu przepływu danych, odpowiedniego dla stosowanego systemu pomiarowego, użytkownik powinien posiadać stosunkowo głęboką wiedzę oraz rozumienie sposobu przepływu danych, jak również kombinacji elementów, potrzebnych do osiągnięcia założonego celu, czyli realizacji założeń sformułowanych dla danego systemu pomiarowego. Systemy opracowane przez użytkowników tego typu oprogramowania są, z czego trzeba sobie zdawać sprawę, podatne na popełnianie błędów, ponieważ pozwalają łączyć ze sobą elementy, które, z racji swej funkcji, mogą być niekompatybilne. Zakres zastosowań, w których wykorzystuje się systemy kontrolno-pomiarowe, sprzyja zwiększeniu zakresu aktywności ludzkiej. W związku z tym, systemy oprogramowania, których celem jest dostarczenie potencjalnym użytkownikom, z różnych dziedzin, narzędzi do tworzenia systemów kontrolno-pomiarowych, przystosowanych do ich indywidualnych potrzeb, powinny dostarczać szeroką gamę narzędzi do projektowania, w tym również narzędzi oraz środków niekoniecznie kompatybilnych w konkretnych zastosowaniach. Najlepiej, gdyby określony system programowania umożliwiał użytkownikowi łatwy wybór narzędzi do programowania, najbardziej odpowiednich dla danej aplikacji, jak i zawierał podpowiedzi ułatwiające użytkownikowi podjęcie decyzji na etapie wyboru rodzaju konfiguracji. Starsze pakiety oprogramowania nie posiadają wbudowanych zabezpieczeń, uniemożliwiających realizację projektu, który nie będzie działać, ale w zamian, w sposób intuicyjny, prowadzą użytkownika w czasie tworzenia własnej aplikację. Ważną cechą nowoczesnego programowania jest możliwość intuicyjnego prowadzenia użytkownika w taki sposób, aby wybrał elementy systemu odpowiednie dla swojego projektu, a które, z drugiej strony, automatycznie uniemożliwiają wybór elementów wzajemnie się wykluczających. B. Oprogramowanie wirtualnych zestawów edukacyjnych Niektóre najbardziej powszechnie stosowane środowiska programowania służące opracowywaniu wirtualnych zestawów w edukacji to: B.1. LabVIEW produkt National Instruments, otwarte graficzne środowisko programistyczne do szybkiego i optymalnego tworzenia aplikacji, służących projektowaniu zestawów edukacyjnych, ich testowaniu i sterowaniu urządzeniami. Za pomocą NI LabVIEW inżynierowie i naukowcy planują i wykonują rzeczywiste eksperymenty, analizują dane oraz udostępniają wyniki analizy za pośrednictwem wyświetlaczy, raportów i sieci www. Właściwości LabVIEW sprawiają, że aplikacje użytkowe mogą być tworzone szybko i łatwo przez każdego, niezależnie od doświadczenia i umiejętności. Na całym świecie różne gałęzie przemysłu, w tym: przemysł motoryzacyjny, komunikacyjny, lotniczy, półprzewodników, produkujący sprzęt elektroniczny, sprzęt do kontroli procesów oraz biomedyczny, wykorzystują środowisko LabVIEW do podniesienia efektywności opracowywania różnego typu aplikacji. Aplikacje te są wykorzystywane we wszystkich fazach towarzyszących opracowywaniu i wytwarzaniu konkretnego produktu, od badań po testowanie, produkcję 3

4 oraz serwisowanie. LabVIEW to graficzny język programowania o szerokich możliwościach z właściwościami charakterystycznymi dla powszechnie stosowanych języków programowania, takich jak typy danych, struktury programistyczne, operacje w pętlach, czy też obsługa zdarzeń. LabVIEW ma wbudowany kompilator, który w czasie edycji służy kompilacji kodu. W odróżnieniu od innych języków programowania ogólnego przeznaczenia, LabVIEW zostało stworzone przede wszystkim dla inżynierów i naukowców, i jest wyposażone w narzędzia uwzględniające ich potrzeby. Zaawansowane funkcje wysokiego poziomu, wspomaganie tworzenia aplikacji za pomocą wyspecjalizowanych programów asystujących oraz narzędzia dostępne w tym środowisku sprawiają, że LabVIEW to coś więcej niż język programowania. LabVIEW współpracuje z platformami Windows XP/2000, Mac OS oraz Linux. [8] NI ELVIS (ang. National Instruments Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) to środowisko bazujące na pakiecie LabVIEW i wykorzystywane do projektowania prototypowych urządzeń, stosowanych w nauczaniu na poziomie uniwersyteckim oraz w laboratoriach inżynierskich. NI ELVIS składa się z wirtualnych przyrządów, opracowanych w środowisku LabVIEW, wielofunkcyjnego urządzenia do akwizycji danych i stacji roboczej, dostosowanej do potrzeb użytkownika, oraz karty (płytki) do testów. Wyszczególniony zestaw to gotowy do zastosowania zestaw urządzeń, które można wykorzystać we wszystkich laboratoriach służących szkoleniu. Ponieważ wymieniony zestaw bazuje na LabVIEW i dysponuje środkami do akwizycji danych oraz tworzenia prototypów, to jest to system idealny do wykorzystania w czasie prowadzenia zajęć na poziomie akademickim, poczynając od zajęć na niskim poziomie po zaawansowane projekty przewidziane programami kształcenia. Aplikacje, wykorzystywane w programach kształcenia na poziomie akademickim, obejmują projekty elektroniczne i telekomunikacyjne, z mechatroniki, projektowanie przyrządów kontrolno-pomiarowych oraz służących akwizycji danych. [9] B.2. Cabri Geometry II Plus to oprogramowanie, które pozwala na poznawanie w sposób dynamiczny geometrii Euklidesowej, geometrii przekształceń i współrzędnych. Użytkownicy mogą rysować wektory i stożki (w tym elipsy i hiperbole), poznawać równania podstawowych figur geometrycznych (np. linii, okręgów, elips) oraz wyznaczać współrzędne punktów. Użytkownicy mogą również dowolnie przekształcać figury geometryczne, sprawdzać ich konstrukcję, tworzyć założenia, mierzyć, obliczać, usuwać, zmieniać to lub powracać do tego, co zostało zrobione wcześniej. Niezmienne własności figur geometrycznych są badane za pomocą translacji, dylatacji oraz rotacji wykonywanej bezpośrednio na ekranie monitora. Cabri radzi sobie z wszystkimi konstrukcjami, które studenci tradycyjnie wykonywali za pomocą linijki, ołówka, cyrkla czy kątomierza, a nawet posuwa się dalej. Linie, okręgi, punkty, trójkąty, wektory, stożki, itd. łatwo się tworzy, obraca i mierzy za pomocą narzędzi pobieranych z paska (narzędziowego) i rozwijalnych menu. Studenci mogą przyglądać się wzorcom, stawiać (formułować) hipotezy, wyciągać wnioski oraz tworzyć alternatywne rozwiązania (przykłady) danej konstrukcji, dołączać rysunki do dokumentów tekstowych, czy rozsyłać je za pośrednictwem Internetu w formacie CabriJava. [10] B.3. Crocodile Clips to programy stworzone specjalnie dla procesu kształcenia i ukierunkowane głównie na to, co nauczycielom i uczniom jest rzeczywiście potrzebne w czasie korzystania z oferowanych pakietów. Wspomniane pakiety symulacyjne charakteryzujące się ogromnymi możliwościami nauczycielom i uczniom dają szansę szybko i łatwo tworzyć eksperymenty, modelować teorie matematyczne czy symulować rzeczywistość. Są to wirtualne laboratoria, bezpieczne i precyzyjne. Programy Crocodile Clips można scharakteryzować w następujący sposób: 4

5 - Crocodile Physics to łatwy w użyciu symulator o ogromnych możliwościach umożliwiający modelowanie praw lub przebiegów zjawisk w dziedzinie elektryczności, ruchu i sił, optyki i fal. - Crocodile Chemistry to symulowane laboratorium chemiczne, gdzie można łatwo i bezpiecznie modelować eksperymenty i reakcje chemiczne. - Crocodile Technology 3D to oprogramowanie, które łączy projektowanie elektroniki, programowanie PIC oraz symulację funkcjonowania mechanizmów 3D (w przestrzeni trójwymiarowej) i wielowarstwowych płytek drukowanych 3D PCB (ang. Printed Circuit Board) - Crocodile ICT (ICT - Technologie Informatyczno-Komunikacjne) to narzędzie o ogromnych możliwościach przeznaczone do nauki sterowania i programowania. Narzędzie to wykorzystuje prosty interfejs ze schematem blokowym służący do tworzenia programów, które kontrolują, albo ludzkie działania, albo przebieg animacji na ekranie sprawiając, iż skomplikowane koncepcje programowe stają się dla każdego łatwo przyswajalne. - Crocodile Mathematics to przyjazne w użyciu oprogramowanie do matematycznego modelowania, które można stosować do geometrii i arytmetyki w szkole średniej. Matematyczne modelowanie jest realizowane w sposób prosty i polega na łączeniu kształtów, liczb, równań i wykresów w celu stworzenia odpowiedniego modelu. [11] B.4. Discovery Virtual Instrumentation to oprogramowanie, które rejestruje w czasie rzeczywistym dane z obwodów elektrycznych i systemów operacyjnych, a następnie prezentuje je na ekranie. Charakteryzuje się tym, że jest tanie a stosowany sprzęt zajmuje mniej miejsca w porównaniu z tradycyjnymi systemami kontrolno-pomiarowymi. Discovery Lab Manager (DLM) jest prostym w użyciu programem, który wzbogaca oprogramowanie Discovery i umożliwia jego wykorzystanie w laboratorium z zainstalowaną siecią komputerową. Oto niektóre właściwości DLM: - Lab Delivery System wszystkie elementy przeznaczone do nauczania w systemie e-learningu są dostarczane za pomocą przeglądarki internetowej. System administruje również zestawem pytań kontrolnych, udostępnianych w formie testów wielokrotnego wyboru; - Opiekun kontroluje pracę grupy; - Dostarczanie danych odbywa się za pośrednictwem sieci www; - Opieką objęty jest zarówno pojedynczy uczeń jak i cała grupa; - Uwzględnione jest zarządzanie modułami; - Sprawozdania są nie trywialne; - Realizacja zadań przez ucznia (studenta) jest śledzona na bieżąco. Korzyści płynące z wprowadzenia Discovery Virtual Instrumentation w edukacji są następujące: - bardziej efektywne wykorzystanie zasobów laboratoryjnych; - zwiększenie efektywności pracy ucznia (studenta) w laboratorium; - bardziej efektywne wykorzystanie czasu opiekuna. [12] B.5. Instrumentation Widgets [13] jest biblioteką zawierającą takie elementy jak mierniki, wskaźniki, wagi, potencjometry suwakowe i obrotowe, przyciski, pokrętła, zbiorniki, termometry, przełączniki, matryce, diody świecące LED i szereg innych komponentów z rozszerzeniem.net (termin, który da się zastosować do szerokiego zestawu produktów i technologii Microsoft-u), które symulują realne elementy konstrukcyjne. Cechy: - 100% elementów należących do rodziny zarządzanej w ramach.net jest napisanych w języku C#; 5

6 - Kompatybilny z Visual Studio.NET; - Pełna zgodność wymiany danych. Wszystkie właściwości mogą być przydzielane źródłu danych każdego rodzaju; - Wszystkie kontrolki są podwójnie buforowane w celu uzyskania animacji bez migotania; - Sprzęt sprawia wrażenie sprzętu rzeczywistego; - Wszystkie prace graficzne (Grafika) wykonuje się korzystając z GDI+ (ang. Graphics Device Interface zazwyczaj stosowanego w odniesieniu do interfejsów Microsoft Windows, służących do zdefiniowania ustawień ekranu i wydruku), przy czym wybór rozmiarów komponentu uwzględnia życzenia użytkownika, bez ograniczania rozmiaru bitmap limitujących kształt elementu konstrukcyjnego; - Komponenty w całości mogą być modyfikowane przez użytkownika. Do tego celu można zastosować program dostępny w pakiecie i służący do modyfikowania wyglądu elementu (prawie) pod każdym względem włączając w to rozmiary, kolor, czcionkę, płaszczyzny skośne, zakresy wartości, itd.; - Biblioteka jest wyposażona w kompletną aplikację demo. Dostępna jest również pełna dokumentacja hipertekstu. B.6. Instrumentation ModelKit [2] to początek nowej ery w świecie przyrządów wirtualnych i graficznych elementów konstrukcyjnych, opracowanych w ramach.net. Produkt ten, o uniwersalnym charakterze, został opracowany z myślą o konstruktorach, pracujących z pakietem.net. Jest napisany w 100% z wykorzystaniem kodu C# i może być używany w różnych Zintegrowanych Środowiskach Projektowych - IDEs (ang. Integrated Development Environments), takimi jak MS Visual Studio.NET, Borland C# Builder, Borland Delphi 8, czy jakimikolwiek innym środowisku IDEs współpracującym z pakietem.net Framework 1.1. Instrumentation ModelKit pozwala tworzyć nowe elementy graficzne o unikatowym wyglądzie i funkcyjności za pomocą kilku kliknięć myszką i zaprojektować potrzebną kontrolkę w ciągu zaledwie kilku minut. Mogą to być zarówno zwykłe kontrolki, takich jak pasek postępu, mierniki, pokrętła, suwaki, czujniki, termometry, przełączniki, itd. oraz wyspecjalizowane elementy dla wybranej branży przemysłowej: manipulatory, wagi, urządzenia specjalnego przeznaczenia, a także wiele innych komponentów. C. Przyrządy i narzędzia wirtualne jako istotne wsparcie procesu kształcenia Obecnie wiele kursów, zarówno o charakterze wykładowym jak i laboratoryjnym, zawiera narzędzia edukacyjne wspomagane komputerowo, które są udostępniane studentom. Co więcej, coraz bardziej krytycznie podchodzi się w instytucjach edukacyjnych do stosowania podziału na teorię i doświadczenie, podobnie jak w praktyce inżynierskiej stymulowanej głównie przez postęp w technologii komputerowej oraz Internet. [14] Współczesne kierunki pedagogiczne, takie, jak Blended Learning (Bleimann, 2004), łączą edukację stacjonarną z uczeniem się wspieranym mediami elektronicznymi (ang. e-learning) oraz edukacją mobilną. Technologie edukacji mobilnej dostarczają wiedzę w bezpośrednie sąsiedztwo procesu, w którym jest ona stosowana. Przeciwny kierunek, tzn. od przemysłu do edukacji, udostępnia w procesie kształcenia narzędzia stosowane w przemyśle ułatwiając w ten sposób uczącym się łagodne przejście z uczelni do przemysłu. [15] Noesimi Ertugrul [14] ustanowił następujące kryteria, które należy wziąć pod uwagę rozważając wybór oprogramowania użytkowego w celu stworzenia wirtualnych przyrządów i narzędzi, które mogłoby być zastosowane w edukacji: - modułowość, pozwala łatwo i niezależnie testować poszczególne moduły oraz szybko opracowywać aplikacje, 6

7 - przenośność oprogramowania między platformami umożliwia konstruktorom niezależne przygotowanie oddzielnych części programu a następnie ich skompilowanie na jednej platformie, - kompatybilność z wcześniej stosowanym kodem, pozwala na dołączanie nowych procedur do już istniejących aplikacji, jak również wcześniejszych wersji oprogramowania, - kompatybilność sprzętu umożliwia zbieranie danych dostarczanych przez różne typy przyrządów wyposażonych w odpowiednie interfejsy, - rozwijalne biblioteki umożliwiają tworzenie bibliotek z procedurami niskiego poziomu i dołączanie ich do programów nadrzędnych, - zaawansowane techniki usuwania błędów w programach umożliwiają optymalizowanie projektów oraz identyfikację miejsc występowania błędów w kodzie, - wykonywalne programy użytkowe pozwalają uniknąć wprowadzania zmian, konieczności ukrywania kodu lub tworzenia autonomicznych aplikacji, - dodatkowe pakiety, które ułatwiają akceptację produktu na rynku oraz przyśpieszają tworzenie oprogramowania, - sposób wykonania gwarantujący, że produkt końcowy spełnia oczekiwania potencjalnych użytkowników - intuicyjny GUI (ang. Graphical User Interface) umożliwiający użytkownikowi ocenę statusu przyrządu i zareagowanie w odpowiedni sposób, - multimedialne funkcje umożliwiające wykorzystanie w przyszłości. Mając na uwadze poszczególne aspekty szkolenia (w tym naukę na odległość), najważniejszą kwestią stosowania wirtualnych przyrządów jest fakt, że przyrządy te są w stanie symulować zjawiska fizyczne generować sygnał, który pojawia się w taki sposób, jak gdyby był dostarczany przez prawdziwy czujnik. Takie samo oprogramowanie stosuje się zarówno do badania rzeczywistych jak i symulowanych zjawisk. W ten sposób, wirtualny przyrząd staje się częścią wirtualnego laboratorium (rys. 1). Rys. 1 Jedną z głównych właściwości wirtualnych przyrządów i narzędzi jest to, iż studenci mogą je zaprojektować tworząc odpowiednie programy. Inne cechy wirtualnych przyrządów i narzędzi to: - niższe koszty wyposażenia stanowisk w sprzęt; - możliwość migracji oprogramowania pomiędzy różnymi platformami komputerowymi; - łatwy w użyciu graficzny interfejs użytkownika; - graficzna reprezentacja struktur programistycznych; - możliwość kompilowania kodu do pliku.exe lub.dll; 7

8 - komunikacja za pośrednictwem protokołu TCP/IP [16]. Istnieje wiele przykładów efektywnego zastosowania wirtualnych laboratoriów w naukach inżynierskich: 1. Kolegium Inżynieryjne i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Kolorado w Boulder (ang. The College of Engineering and Applied Science at the University of Colorado at Boulder) stworzyło interdyscyplinarny program integrujący technologię komputerową i sprzętową z podstawową wiedzą zdobytą w trakcie uczenia się poprzez realizację projektów. 2. Szwajcarski Federalny Instytut Technologiczny w Lozannie (ang. Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne) opracował system nauczania na odległość stosowany do studiowania zagadnień dotyczących ruchu za pomocą aplikacji LabVIEW. Zdalny odbiorca (student) wykorzystuje laboratoryjny zestaw eksperymentalny stosowany do sterowania procesem związanym z ruchem. 3. CyberLab, opracowany na Uniwersytecie Stanford (ang. Stanford University), jest kolejnym przykładem narzędzia stosowanego w nauczaniu na odległość wirtualne laboratorium z kursem wspomagającym rejestrację obrazów. 4. Wydział Inżynierii Elektrycznej na j Politechnice Singapurskiej (ang. Department of Electrical Engineering at Singapore Polytechnic) opracował kursy do nauczania na odległość przedmiotów inżynierskich, takich jak Programowalne sterowniki logiczne, Elektronika cyfrowa i Sterowanie cyfrowe. Eksperymenty można wykonywać za pośrednictwem Internetu stosując LabVIEW oraz ComponentWorks. 5. Teksański Uniwersytet A&M (ang. Texas A&M University) opracował zdalne eksperymenty dostępne za pośrednictwem Internetu, które demonstrują mechanikę materiałów studentom pozbawionym dostępu do urządzeń w rzeczywistym laboratorium. LabVIEW zostało wykorzystane do stworzenia wirtualnych przyrządów umożliwiających poznanie, za pośrednictwem Internetu, zagadnień odnoszących się do naprężeń/zgniatania/skręcania. [16] D. Dokumentacja dotycząca wirtualnych przyrządów i narzędzi Oto niektóre linki odnoszące się do zaprezentowanych platform, poświęconych wirtualnym przyrządom i narzędziom: 1. LabVIEW (National Instruments): a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k. l Cabri Geometry II Plus: a. 8

9 b. c. d. e. PME25.PDF f. EtAl.pdf g. h Crocodile Clips: a. b. c. d. e. f. g. rocodile%20clips%20elementary.pdf h. m 4. Discovery Virtual Instrumentation: a. b Instrumentation Widgets: a Instrumentation ModelKit: a. b. E. Zadania Uczestnicy seminarium są proszeni o odwiedzenie trzech stron internetowych związanych z platformami i odnoszących się do przyrządów i narzędzi wirtualnych a przedstawionymi powyżej. Na tym etapie, każdy z uczestników powinien sobie wyobrazić sobie zadanie przewidziane do wykonania, które będzie wymagać zastosowania przyrządów lub narzędzi wirtualnych w czasie zajęć laboratoryjnych. Zadanie to trzeba zachować w postaci pliku tekstowego (.doc) i umieścić na platformie Moodle w sekcji Rozwiązane zadania. F. Bibilografia [1] [2] [3] [4] C1B00510DBA?opendocument 9

10 [5] [6] [7] Instrumentation.pdf [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] &filename= pdf [15] [16] Nermina Zaimovice - Uzunovice, S. Lemes, D. Petkovice, Virtual Instruments A Chance to Teach Engineering at a Distance ; 10