[发明专利]一种产学研结合的场景式远程实验教学装置及设计方法

说明书

本发明公开了一种产学研结合的场景式远程实验教学装置及设计方法，属于场景式远程实验领域，搭建实验环境包括实验对象的数学模型、三维场景、仿真器、生产数据同步器等；建立实验服务器，将上述实验系统所需的环节通过信息数据互通连接起来；然后通过实验服务器的数据接口，将此实验系统融入到云服务器集群中，再通过云服务器集群连接到不同的用户端平台；用户在用户端界面进行操作，操作指令通过网络传输到远程实验装置，从而来达到远程控制实验系统的目的。本发明将传统实验中需要的中大型设备、场景及危险性较高的实验项目结合到网络远程实验中，使得操作者通过用户端平台即可进行远程的实验操作。且可以有利扩展传统实验系统的呈现形式。

技术领域

本发明属于场景式远程实验领域，更具体地，涉及一种产学研结合的场景式远程实验教学装置及设计方法。

背景技术

远程实验是当前教学实验领域的研究热点和难点，尤其是针对工科、理科学科，需要大量实验实践环节的学科，在面对大型场景实验和高危险实验时，现有的实物教学实验资源无法提高足够的实验支持，使得在理论教学与生产实践之间产生了较大的差距。随着信息技术和远程实验技术的研究，目前部分大场景、复杂实验能够通过大型仿真机或者仿真软件进行虚拟仿真，但是由于技术的局限性，和昂贵庞大的实验设备，用户只能在特定的实验场所进行实验，设备维护困难且无法共享，同时，由于实验过程复杂细节繁多实验时间长，目前的实验方法无法满足多次反复实验、细节缩放、调节实验进度等要求。且无法与实际生产进行对比对照。而目前的远程实验中，大都是系统简单、对象单一的小型控制系统，无法满足复杂实验的需求。因此，将两者结合，研究产学研结合的场景式远程实验教学装置及设计方法很有必要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种产学研结合的场景式远程实验教学装置及设计方法，以扩充前沿技术的受众范围，完成网络化远程实验系统在大型、复杂的场景式实验对象上的应用，实现产学研一体化，增强场景式远程实验教学装置的便利性、安全性和可共享性，产学研相辅相成相互促进。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种产学研结合的场景式远程实验教学装置，包括：数据硬件平台和实验场景部分；

所述数据硬件平台包括算法运行控制器、数据同步器和工业实验服务器；所述实验场景部分包括实验系统三维设备及场景模型、模拟控制中心、数据同步系统、实验服务系统及仿真监控界面；

所述算法运行控制器，用于实现对被控实验系统的远程控制；

所述数据同步器，用于通过通讯协议将工业应用场景的实际生产数据同步到工业实验服务器上，并存储供实验调取和比对；

所述工业实验服务器，用于连接实际生产数据、实验系统三维设备及场景模型、所述算法运行控制器及理论教学，以形成完整的产学研试验系统；

所述实验系统三维设备及场景模型为以实际生产设备及场景为蓝本制作的三维影像模型，能够实时显示系统的运行状况，且设备均能通过三维剖面清晰展示；

所述模拟控制中心为被控实验系统中控室，包括不同级别的管理员操作站，各个站内对应有相关的监控界面及控制等级区别；

所述数据同步系统，用于将实际生产数据按时进行同步，供实验系统所用；

所述实验服务系统，用于对实验资源进行合理调度和优化，保证实验系统的有效运行和数据传递；

所述仿真监控界面为可视化的监控界面，直接关联设备运行数据，还原实际生产中控制室的监控画面，实验认知更全面。

优选地，所述算法运行控制器，用于基于MATLAB/Simulink搭建被控实验系统中控制对象和/或实验系统的原理框图，并通过real-time workshop生成可执行代码，且在可执行代码运行过程中，用户能够随时调节被控实验系统的各变量。