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NIDays Asia探索创新工程教学之路,NI构建产学研联动生态!

2019-11-29
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11月中旬,由测试测量界领导者NI(National Instruments)主办的年度用户大会NIDays Asia在上海隆重召开。NIDays已经连续举办了20多届,而今年会议的规模全面升级,更多NI全球合作伙伴纷纷亮相,共同打造了一场工程与测试的盛宴!院校教育一直是NI倾注心力的重点领域,NI认为技术发展、工程创新等,一切皆始于院校教育。通过院校合作,NI致力与科研院校共同培养学生工程创新能力。在中国院校教育的支持上,每年新增50,000名大学生学习LabVIEW及相关课程,且超过7成重点高校均开设了LabVIEW相关课程或实验室,可见NI在该领域投入之巨。


NI ELVIS III亮相一年,互联网跨学科教学优势初现
在2018年NIWeek大会上,NI正式发布了基于互联网的跨学科创新工程教学解决方案——ELVIS III,这是一款基于项目学习(PBL)的解决方案,集合了多合一仪器、可编程I/O测量、嵌入式设计以及互联网远程教学等技术,将服务于院校及科研机构的工程基础和综合系统设计等教学任务。同年11月,NI在上海交大学生创新中心举办全国首场NI ELVIS III培训专场,与一众知名院校教师共同探讨创新工程教育的实施与落地,致力于推动高校人才与产业发展的紧密结合。


经过一年多的推行,NI ELVIS III已成功帮助许多院校机构搭建创新工程教育的实验系统方案。在2019年NIDays Asia上,清华大学朱桂萍教授分享了清华大学电机工程与应用电子技术系(以下简称电机系)基于ELVIS III平台升级NI虚拟仪器联合创新实验室的案例。

朱教授表示:“电机系在人才培养策略上分为三个阶段:
一、学生在基础课学习阶段就能接触产业前沿的平台软件,激发学习兴趣;
二、专业课阶段,提供项目式平台,培养工程创新意识,学生将接触科研与教学共享的平台,有利于更高层次的创新;
三、高年级阶段,基于NI LabVIEW和PXI技术搭建定制化科研平台,教学与科研相结合,从而以更快的速度、更小的错误来搭建实验平台,提高科研效率,实现仿真到实验的无缝衔接!


图1:清华大学电机系基于NI平台构建全阶段教学实验体系

彩蛋:点击下方视频,即可查看朱桂萍教授现场演讲


上海科技大学则展示了基于ELVIS III的远程及自动化实验系统方案,利用ELVIS III的网页访问设计实验系统的特点,在教学实践中实施了《电路》《模电数电》远程及自动化实验:相位前移及变换,《模拟电路》《电磁学》远程及自动化实验:无线输电研究等基础实验项目。

对此,上海科技大学的老师评价道:“NI ELVIS III功能非常全面,包含丰富的电子工程类课程教程,且最大的优势是免驱动,在不安装LabVIEW和驱动的情况下进行网页访问,并可以远程操控。


不仅如此,NI中国区院校合作伙伴之一的上海华用电子科技有限公司(以下简称IOEDU)同样展示了基于ELVIS III的生物医电基础实验课程。工作人员告诉笔者,该实验课程内容包括了心率、体温、脉搏、红外脉搏、呼吸、血压、心电等项目,从原理上介绍各种人体监护传感器的工作过程,满足针对医学仪器类的学生教学实验用途。同时,基于NI ELVIS III的生物医电基础实验套包可用于生物医学领域研究的应用程式套件,院校及科研机构能够利用这些应用程序,执行内建的生物医学应用程序,例如对生物信号进行采集、预处理、提取以及分析,从而让实验过程更加具象化。


图2:NIDays Asia上,IOEDU展示生物医电基础实验课程


助力国家虚拟仿真平台建设,NI推动新工科2.0实践
“新工科”的概念在产学研各界盛行,并在讨论与实践中不断深化和调整。2018年,教育部、工业和信息化部、中国工程院发布《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》,其中就突出了“创新工程教育教学组织模式”的改革要点。


为快速适应瞬息万变的互联网发展,推进工程教育组织模式的创新,IOEDU联合NI为高校打造了“在线教育+虚实结合+远程实验”产品——虚拟仿真远程实验解决方案(VILab)。

IOEDU展位负责人称:“虚拟仿真平台的目标就是高效管理实验教学资源,实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享,满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。


同时,VILab平台致力于实现学校购置的所有实验软件统一接入和学生在平台下进行统一实验的目的,通过系统间的无缝连接,使之达到一个整体的实验效果,学校通过该平台的部署,不仅可以促进系统的耦合度,解决信息孤岛的问题,还可以使学校能够迅速实施第三方的实验教学软件。


图3:虚拟仿真平台网络拓扑图


基于NI的虚拟仪器工程教育平台ELVIS III和LabVIEW、NI与IOEDU将基础课程理论教学与互联网教学平台融合,打造面向新工科、新模式、新体系的虚拟仿真在线教学实验平台,助力国家虚拟仿真平台的建设与落地!


深化产学研合作,创新案例聚焦商用化视角
说起创新案例,NIWeek 2017上惊艳全场的浙大“赤兔”机器人仍让笔者记忆如新。本次NIDays Asia上,NI引领产学研合作的创新案例同样精彩!


这就是傅利叶智能与NI、墨尔本大学联合展示的ExoMotus下肢外骨骼康复机器人。目前,康复机器人是医疗行业研究、开发和应用的活跃领域。例如,针对由神经损伤引起的运动障碍,康复治疗师需要对患者进行数小时的康复治疗。但是在当前医患比例严重失衡的情况下,众多患者的康复需求远没有得到满足。


因此,合作三方决定将目光投向外骨骼机器人技术的商业化应用。于是,EXOPS诞生了!EXOPS——傅利叶智能外骨骼机器人开放平台系统(Fourier Exoskeleton & Robotics Open Platform -System),由傅利叶智能与NI、墨尔本大学联合打造,旨在提供一个有助于外骨髓机器人教学、易于开发的开放平台,从而推动外骨髓机器人技术的快速落地,以及在各个领域的广泛应用。


图4:傅利叶智能与NI、墨尔本大学联合打造下肢外骨骼康复机器人


墨尔本大学机械工程系副教授、墨尔本大学傅利叶智能机器人实验室主任Denny Oetomo在演讲时称:“EXOPS外骨骼开放平台的出现,大大缩短了康复机器人的研发周期。研究机构可以利用开放平台现有的算法进行二次开发,无需再花额外的时间研究机器的算法,这样大大减少了研发时间和研发投入成本。在这一过程中,NI的系统和傅利叶智能的外骨骼机器人提供了强大的助力,包括早期原型设计、算法开发等。


图5:Denny Oetomo教授在演讲中阐述EXOPS外骨骼开放平台


联名款开源开发套件,NI这样“增益其所不能”!
除了上述院校教育领域的合作,更有NI系统合作伙伴曾益科技携ZY-OSD开源开发起步套件、曾益慧创教学实践平台等适用教学培训的测试开发方案重磅亮相!


据展台负责人介绍,曾益科技ZY-OSD开源开发起步包基于GNU Radio开发平台,能够为开发者提供Windows、Linux、MacOS等操作系统下的频谱监测开源程序。ZY-OSD开源开发起步包使用Python重新设计了图形化控件,为开发者提供了更直观的人机交互体验。


图6:曾益科技展示方案在NIDays Asia上引发热烈讨论


曾益慧创教学实践平台则可以融合本地教学需求,基于NI的教学及工业产品平台,结合工业人才需求及工业应用实践,提供了丰富的跨学科教学实践平台,将支撑新工科,应用型人才培养及工程认证改革需求。据悉,前文提及的清华大学电机系基于NI ELVIS III平台升级NI虚拟仪器联合创新实验室,曾益慧创作为合作伙伴,也深度参与其中。


值得一提的是,在NIDays Asia的Alliance Day上为表彰曾益科技在解决方案开发方面所做出的杰出贡献,NI授予了曾益科技“2019 Best Solution Partner”奖项,由此折射出双方基于NI生态产业圈,赋能工程教育改革的全面深度合作的决心!


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