Концептуальная модель реально-виртуальной лаборатории

Бесплатный доступ

В статье предложена структурно-функциональная схема реально-виртуальной лаборатории, определены основные блоки реально-виртуальной лаборатории и связи между ними. Для целей формализации введены модули информационного образования, иллюстрирующие преобразования каждым блоком входных и внутренних переменных и характеристик в выходные. Также кратко рассмотрены некоторые дистанционные реально-виртуальные лаборатории с приведением их структурных схем. Описаны элементы, входящие в дистанционные реально-виртуальные лаборатории, с приведением описания функций, выполняемых в лабораториях. Цель. Разработать концептуальную модель реально-виртуальной лаборатории, предложив ее структурно-функциональную схему и определив основные блоки реально-виртуальной лаборатории, их функции, а также связи между ними. Методы. Для разработки новой структуры для реально-виртуальной лаборатории необходим анализ известных научных результатов и практических решений, для чего используются научные публикации, размещенные в различных источниках на английском и русском языках, а также методы программирования современных контроллеров, средств их связи с компьютером и лабораторным оборудованием и методы сетевого программирования. Результаты. Сделан краткий обзор существующих дистанционных лабораторий с приведением их структуры и описанием механизма взаимодействия удалённого пользователя с лабораторией. Предложена структурно-функциональная схема реально-виртуальной лаборатории, определены ее основные блоки и связи между ними. Для целей формализации введены модули информационного преобразования, иллюстрирующие преобразования каждым блоком входных и внутренних переменных и характеристик в выходные. Заключение. В результате рассмотрения некоторых реализаций удалённых лабораторий был сделан вывод, что большинство из них построены с использованием зарубежной платной среды разработки. В связи с этим, принимая во внимание общую ситуацию в мире и конкретно в нашей стране, было сделано умозаключение, что разработка своей собственной реализации удалённой лаборатории в отечественной среде разработки - это необходимая мера. В работе представлена структурно-функциональная схема РВЛ, отражающая ее блочную структуру. Процесс функционирования лаборатории отражают модули информационного преобразования входных переменных и параметров в выходные характеристики. Данный формализм может быть использован для построения функциональной модели реально-виртуальной лаборатории.

Еще

Реально-виртуальная лаборатория, модуль информационного преобразования, микроконтроллер, датчики, исполнители, управление экспериментом

Короткий адрес: https://sciup.org/147237453

IDR: 147237453   |   УДК: 378.147

A conceptual model of a real-virtual laboratory

The article proposes a structural and functional scheme of a real-virtual laboratory, defines the main blocks of a real-virtual laboratory and the connections between them. For the purposes of formalization, information education modules have been introduced, illustrating the transformation of input and internal variables and characteristics into output by each block. Some remote real-virtual laboratories with the ghost of their structural schemes are also briefly considered. The elements included in remote real-virtual laboratories with ghost descriptions of functions performed in laboratories are described. Goal. To develop a conceptual model of a real-virtual laboratory, proposing its structural and functional scheme and defining the main blocks of a real-virtual laboratory, their functions, as well as the connections between them. Methods. To develop a new structure for a real-virtual laboratory, it is necessary to analyze known scientific results and practical solutions, for which scientific publications published in various sources in English and Russian are used, as well as programming methods of modern controllers, their means of communication with computers and laboratory equipment, and methods of network programming. Results. A brief overview of the existing remote laboratories with a ghost of their structure and a description of the mechanism of interaction of the remote user with the laboratory is made. A structural and functional scheme of a real-virtual laboratory is proposed, its main blocks and connections between them are determined. For the purposes of formalization, information transformation modules have been introduced, illustrating the transformation of each block of input and internal variables and characteristics into output. Conclusion. As a result of reviewing some of the remote laboratories' realizations, it was concluded that most of them were built using a foreign paid development environment. In this regard, taking into account the general situation in the world and specifically in our country, we can conclude that the development of its own implementation of a remote laboratory in the domestic development environment is a necessary measure. The paper presents a structural and functional scheme of the RVL, reflecting its block structure. The process of functioning of the laboratory reflects the modules of information transformation of input variables and parameters into output characteristics. This formalism can be used to build a functional model of a real-virtual laboratory.

Еще

Список литературы Концептуальная модель реально-виртуальной лаборатории

  • СВИП - система виртуальных инструментов и приборов / В.М. Дмитриев, Т.В. Ганджа, В.В. Ганджа, Ю.И. Мальцев. Томск: В-Спектр, 2014. 216 с.
  • МАРС - среда моделирования технических устройств и систем / В.М. Дмитриев, А.В. Шу-тенков, Т.Н. Зайченко, Т.В. Ганджа. Томск: В-Спектр, 2011. 278 с.
  • Дмитриев В.М., Ганджа Т.В., Панов С.А. Система виртуальных инструментов и приборов для автоматизации учебных и научных экспериментов // Международный журнал «Программные продукты и системы». 2016. Т. 32. С. 154-162. DOI: 10.15827/0236-235X.115.154-162
  • Naumovic M.B., Zivanovic D. Remote Experiments in Control Engineering Education Laboratory // International Journal of Online Engineering. 2008. Vol. 4, no. 2. P. 48-53. DOI: 10.3991/ijoe.v4i2.447
  • Тревис Д. LabVIEW для всех: пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2004. 537 с.
  • AIM-Lab: a system for remote characterization of electronic devices and circuits over the Internet / T.A. Fieldly, M.S. Shur, H. Shen, T. Ytterdal // Proceedings of the 2000 Third IEEE International Caracas Conference on Devices, Circuits and Systems. 2000. P. I43/1-I43/6. DOI: 10.1109/ICCDCS.2000.869858
  • Fjeldly T.A., Stradman O.J., Berntzen R. Lab-on-Web - A Comprehensive Electronic Device Laboratory On A Chip Accessible Via Internet // International Conference on Engineering Education. Manchester, U.K., 2002. P. 1-5.
  • Fjeldly T.A., Shur M.S., Shen H., Ytterdal T. AIM-Lab: Lab-on-Web: performing device characterization via Internet using modern Web technology // Proceedings of the Fourth IEEE Intemational Caracas Conference on Devices, Circuits and Systems. 2002. P. I022-I022. DOI: 10.1109/ICCDCS.2002.1004079
  • Лебедев К.Н., Лебедев П.К. Автоматизированный стенд для проведения лабораторных работ по электротехническим дисциплинам // Агротехника и энергообеспечение. 2020. № 4 (29). С.64-71.
  • Виртуальная лаборатория для дистанционного обучения методам проектирования микропроцессорных систем / Е.Д. Баран, Н.В. Голошевский, П.М. Захаров, Б.М. Рогачевский // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National instruments: сб. тр. конф. М.: Российский университет дружбы народов, 2003. С. 28-31.
  • Баран Е.Д., Любенко А.Ю. Лабораторный практикум для дистанционного обучения общетехническим дисциплинам. URL: https://nitec.nstu.ru/library/publications/articles/pdf/nitec_lab_ practice.pdf (дата обращения: 5.03.2022).
  • Компьютерное моделирование физических задач / В.М. Дмитриев, А.Ю. Филиппов, Т.В. Ганджа, И.В. Дмитриев. Томск: В-Спектр, 2010. 248 c.
  • Дмитриев В.М., Ганджа Т.В. Среда многоуровневого моделирования химико-технологических систем. Томск: Изд-во ТГУ, 2017. 330 с.
  • Дмитриев В.М., Шутенков А.В., Ганджа Т.В. Элементы и устройства роботизированных систем. Томск: Изд-во ТУСУР, 2020. 355 с.
  • Программно-аппаратное и информационное обеспечение лаборатории элементов и устройств роботизированных систем / В.М. Дмитриев, В.М. Рулевский, Т.В. Ганджа и др. Томск: Изд-во ТУСУР, 2021. 185 с.
  • Дмитриев В.М., Арайс Л.А., Шутенков А.В. Автоматизация моделирования промышленных роботов. М.: Машиностроение, 1995. 300 с.
Еще