Do-Engineering-NI工程教育理念与创新人才(1)课件

“DoEngineering”

NI工程教育理念与创新人才培养徐征NI中国院校计划代表(华中西北西南)NationalInstruments

为测试、控制与设计领域带来革新的理念与平台37年持续的强劲增长95%世界500强的选择全球超过40个国家、6850名员工高素质的工程师队伍：硕士与博士超过90%专职工程师负责与高校的相关合作Non-GAAPRevenue*inMillions助力工程教育:NI持之以恒的方向2007年“从理论到实现”2008年工程教育改革2009年“工程教育的创新平台”2011年“随时随地实践工程创新”教育工业理论教学应用实践未来的工程应用趋势——

以软件为核心的模块化仪器平台更小更快成本更低更灵活更具扩展性NI在校企合作中的优势——紧密联系产学研工业应用广泛——NI的测试测量与自动化软硬件平台广泛用于多个行业全球超过35,000个企业用户NI中国分公司为上海市认定的高新技术企业全球化合作——与高校的密切联系国内外知名高校的教学/科研实验室合作专门针对高校需求研发相关教学实验平台贯穿教学与科研——在尖端科研与横向课题中的应用与教学相互促进部分成果直接转化为实际工业应用创新型工程人才培养UCLA提出的EngineeringPipeline(连续递进的工程教育过程）一年级二年级三年级四年级研究生基础练习平台与系统专业应用实习与毕业设计研究与项目开发领导力锻炼计算机程序设计电工学电子线路信号与系统数字信号处理控制原理传感器原理通信原理现代测量技术图像处理综合课程设计…工程实践EngineeringPipeline案例Measurements2.671 MeasurementandInstrumentation(U)2.672 ProjectLaboratory(U)2.131 AdvancedInstrumentation(G)Design2.007 DesignandManufacturingI(U)2.009 ProductEngineeringProcess(U)Controls&SignalProcessing2.004 DynamicsandControlsII(U)2.14/2.140 AnalysisandDesignofFeedbackControlSystems(U/G)2.171 AnalysisandDesignofDigitalControlSystems(G)2.161 SignalProcessing:ContinuousandDiscrete(G)Robotics&Mechatronics2.12 IntroductiontoRobotics(U)*2.017 DesignofElectromechanicalRoboticSystems(U)(U)UndergraduateProgram(G)GraduateProgramEngineeringSchoolRanking：1NewLabVIEWCoursesinME：10“大实验室”

——衔接课堂教学、实验、课外实践、毕设、科研课堂教学Theory毕业设计实验室Experimentation科研项目课后仿真Simulation课后动手Project

俱乐部科创项目竞赛通过实验、课后Project、实践项目、竞赛等多种形式强化知识吸收和技能培养注意与前序课程的知识和技能相衔接课堂教学交互式课堂教学多媒体交互式课件+课堂演示实验，促进学生对理论的吸收和理解覆盖电子电路、信号处理、控制原理、通信原理、虚拟仪器等多门课程的课堂教学《信号与系统》NILabVIEW课件UCBerkeleyEECS哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院《电子技术基础》首批国家级精品课程实际电路/仿真信号理论电路将真实电路带入课堂教学课堂教学结合Multisim仿真与实际硬件电路的演示课堂教学控制原理课堂教学Demo案例：清华控制工程基础课程信号分析与处理创新实验教学浙江大学电气工程学院理论内容和实验内容的融合基于小组、项目的实验组织方式统一的实验验证平台LabVIEW+myDAQ课堂教学通信原理课堂教学实验环节:与课程结合的动手实验挑战如何提升学生对实验的兴趣如何通过实验使学生真正理解理论、原理如何通过实验真正提升学生的动手能力与创新能力如何提高实验室的利用效率实验与课程结合，增强动手实践与实验环节从传统的验证型实验到更多设计型实验、创新实验室在实验中强调软硬件结合的“系统设计”概念增加的动手实践环节强调一定的实际应用背景，拓宽视野实验平台具有可扩展性，适应多种实验需求NIELVIS:针对高校教学实验的多功能实验平台机电一体化电子通信嵌入式系统生物医电数字/可编程逻辑光纤通信电子电路测试测量与仪器控制理论绿色工程信号处理ScopeDMMFGENARBBODEDSAVPS机电一体化电子电路控制理论电子通信仪器与测试测量信号分析与处理Multisim内置集成12种常用实验仪器（演示）创新实验任意波形发生器ARB数字读DigIn数字写DigOut阻抗分析仪Imped2-线伏安特性测试仪2-Wire3-线伏安特性测试仪3-Wire通过软面板调用--与传统仪器前面板相类似的体验可在Multisim电路仿真环境和LabVIEW编程环境中调用数字万用表DMM示波器SCOPE函数发生器FGEN可变电源VPS波特图仪Bode动态信号分析仪DSAELVISEcosystemEmonaDATExQuanserQNETDCMotorControlQuanserQNETMechatronicSensorsTrainerQuanserQNETHVACEmonaSIGExQuanserQNETRotaryInvertedPendulumQuanserQNETMyoelectricTrainerEmonaFOTExQuanserQNETVTOLEmonaHELExFreescaleMicroelectronicExperimenter浙江大学生命科学与仪器学院《信号分析与处理》课程实验哈尔滨工业大学测控技术与仪器专业的测控技术开放式综合课程设计东南大学仪器学院虚拟仪器技术课程实验结合ELVIS的创新性实验清华大学电机系电子技术基础实验创新实验检测技术与传感器技术第三方板卡吉林大学传感器实验板自设实验120ohm半桥应变测量实验10kOhm热电偶测量实验包括：LabVIEW程序课件创新实验配合虚拟仪器教学课件与实验指导书20创新实验自动控制原理实验验证型实验举例:直流电机的建模与控制（速度、位置）创新实验自动控制原理实验（续）西安交通大学开设的自控原理设计型实验举例:一阶与二阶电路的时域特性与频域特性研究脱离传统试验箱，学生自己用运放实现一阶与二阶系统，研究其特性直流马达的转速测量与PID控制通过光耦开关获取转速信息反馈学生设计外围硬件电路和软件程序创新实验演示:直流马达的PID转速控制创新实验电子线路的综合实验或课程设计ELVIS结合Multisim电路仿真软件创新实验综合课程设计可结合电子线路、信号处理、或控制原理等多门课程知识举例:学生自己的混声器创新实验创建左声道和右声道反相放大电路创建运算电路将两声道融合通过LabVIEW对采集信号做进一步分析和处理电工电子实验教学中心

基于NIELVIS创新平台革新课程教师与NI工程师联合开发定制的实验插板面向全校提供电类实验内容ELVIS在西安交通大学的多个教学实验室应用电子与信息工程学院

信号与系统、数字信号处理电子与信息工程学院

自动控制原理电气工程学院

自动测量技术、非电量测量技术机械工程学院

虚拟仪器技术、智能仪表设计等创新实验课后动手作业、创新实践、竞赛如果高效利用本科学生大量的课外时间?课后动手作业创新实践科创竞赛科技俱乐部…如何突破传统实验室的物理界限?教学实验室的设备虽然齐全，但毕竟主要用于教学实验，无法满足大量学生进一步钻研的需求最好有专门针对学生课外动手和创新应用的平台学生创新动手实践平台：

NImyDAQ——随时随地实践工程创新集成的数字万用表V,I,Ω,DiodeUSB总线供电3.5mm音频输入与输出8通道数字输入输出±15V+5V

电源输出双通道差分模拟输入，双通道模拟输出,200ks/s即插即用的8种仪器数字万用表*示波器*函数发生器*波特图仪*动态信号采集仪*任意信号发生器*数字输入*数字输出与计算机的接口LabVIEW中的NIDAQmx或ELVISmx驱动1个计数器课外环节

支持的仪器功能数字万用表示波器（包含音频输入接口）函数发生器波特图分析仪动态信号分析仪任意波形发生器数字信号输入数字信号输出NI

myDAQ平台课外环节信号处理控制电路测量NImyDAQ学生创新实践平台课外环节电子线路课程作业（上海交通大学）模拟电子技术基础教材《MicroelectronicCircuits》SedraSmith2012.2月起

周玲玲上海交通大学电子工程系副系主任电子技术基础上海市精品课程教研室4个可选动手作业–MOSFET–运算放大器–正反馈振荡器–滤波器频率响应课外环节电子线路课程作业（哈尔滨工业大学）题目举例:设计一个二阶压控型低通滤波器，要求通带增益为2，截至频率为2kHz,可以选择0.01μF的电容器，阻值尽量接近实际计算值课外环节NImyDAQ在大规模在线课程(MOOC)中的应用控制原理课外Project加州大学洛杉矶分校（UCLA）从电路以及控制理论到小车倒立摆的实现课外环节鼓励学生自己的创意支持从科创、竞赛到毕设的学生项目级实践机会重视“系统级设计”能力，强调软硬件的综合设计西安电子科技大学测控专业“远程自动养鱼系统”东南大学仪器学院“空气吉他”创新实验NImyDAQ天津大学精仪与光电学院“温度感知水杯”案例:基于myDAQ的钢琴楼梯课外环节演示:基于myDAQ的音频信号处理将音频信号划分到3个不同的频段，像DJ一样在线变换音频输出FrequencyBass(Low)20HzTreble(High)20,000HzAudioFrequencyRange课外环节NImyDAQ在学科竞赛中的应用西安电子科技大学电子工程学院将NImyDAQ与Multism、LabVIEW等图形化软件结合应用于卓越工程师班课堂教学、开放性试验以及电子设计竞赛中在2012年全国大学生电子设计竞赛模拟电子系统设计专题邀请赛中获得全国一等奖一项，三等奖一项。在2012年电赛省赛中获得一等奖五项课外环节电赛省赛获奖作品电赛省赛获奖作品挑战杯参赛作品星火杯参赛作品课外环节NImyDAQ在教学实践中的作用

myDAQ本身设备紧凑，体积小，甚至能置于口袋中，便于宿舍或者课堂上使用。对于教师，为课堂教学提供一种新颖的手段，有利于帮助教师与学生跨越枯燥理论与工程实践的鸿沟。对于学生，大大提高了学生课外工程实践的积极性.学生可以使用这些常用仪器来扩大自己进行工程创新动手实践的范围。经过对本校卓越工程师班的改革实践，结果表明取得了良好的教学效果。王新怀西安电子科技大学卓越工程师班模拟电子线路任课教师快速搭建真正的系统综合性学生项目/毕业设计嵌入式或SoC相关课程实验(例如结合控制等应用)NImyRIO–便携的嵌入式学生设计设备XilinxZynqFPGA和双核ARMCortex-A9立体声音频I/O用户定义的LED用户自定义按键10个模拟输入通道6个模拟输出通道40路数字I/O线(SPI,I2C,UART,PWM,编码器)内置WiFI板载三轴加速度计两组34针接头NImyRIO针对的主要教学应用机电控制/机器人课程设计/毕业设计嵌入式系统助力学生更快设计实现真实系统丰富的外围I/O与配件起步包嵌入式机电一体化基于NImyRIO的学生创新项目搜索“myRIO”学生作品:高机动性测量平台华中科技大学的学生竞赛作品课程设计作品（华中科技大学）电梯控制系统课程设计作品（华中科技大学）东南大学的暑期学校UCBerkeley嵌入式课程EE149更多NI教学平台:机器人起步平台创新实验硬件一块嵌入式控制板卡用于连接I/O并实时执行算法机械部分、超声测距仪、电机、编码器、电池、充电器软件LabVIEW及相关模块适合作为机器人学习的入门平台或原型验证平台也可作为高级控制课程的实验平台更多NI教学平台:高级控制设计教学平台创新实验适合作为高级控制相关课程的教学实验平台更多NI教学平台:USRP软件无线电平台射频信号NIUSRP发射机NIUSRP接收机创新实验适合作为通信原理、数字通信、无线通信等课程的教学实验平台同一平台适用于各种不同课程技术培训、动手课程和项目实践三个阶段，高校和企业共同参与哈工大-NI虚拟仪器联合创新实践基地课外环节清华大学创新实践基地清华大学精密仪器与机械学系学生利用该基地条件完成作品:3D幻影显示系统首届全国虚拟仪器大赛特等奖赴美参加全球图形化系统设计大赛获第一名更多创新实践基地西安交通大学机械工程学院的创新实践基地上海交通大学科创项目上海交通大学密西根联合学院项目方案作品展示演讲与答辩培训阶段项目实现结题答辩1.编程以及硬件培训2.培训结束验收考试，成绩优异者进入立项阶段

学生自由组队申请立项提交立项方案中期验收

结题答辩作品演示评分5weeks6weeks1week每学期项目分为三个阶段实施课外环节支持丰富多元的竞赛图形化系统设计征文竞赛，展示工程师的应用，分享工程师的成功！通过NI平台提高设计效率和质量，将想法变成现实全国虚拟仪器大赛，培养在校生创新能力，推动高校学生课外科技活动发展LabVIEW天下会，让LabVIEW爱好者交流开发经验，切磋编程技术第二届全国虚拟仪器设计大赛13214697383744

所院校名学生个队伍件作品课外环节第三届全国虚拟仪器大赛2013

VIContest特等奖名称：EBuilder结构化环境探测机器人学校：哈尔滨工业大学指导教师：王鹏飞灵感来自于影片《普罗米修斯》中科研小组将机器人抛入外星人洞穴进行环境探测的情节。同学们在NICompactRIO平台上设计并制作了一款能对未知环境进行自主探测、避障及路径规划、并同步完成环境二维地图实时创建、环境三维结构特征绘制的机器人。中国机器人大赛中国机器人大赛官网篮球机器人竞赛规则发布篮球机器人比赛篮球机器人比赛培训竞赛技术论坛课外环节8年1500+篇320+篇NI毕业设计竞赛课外环节支持高校学生LabVIEW俱乐部课外环节LabVIEW俱乐部为学生提供LabVIEW学习、交流和分享的平台18

实体俱乐部11

虚拟俱乐部2,000+

会员29课外环节“大实验室”

——衔接课堂教学、实验、课外实践、毕设、科研课堂教学Theory毕业设计实验室Experimentation科研项目课后仿真Simulation课后动手Project

俱乐部科创项目竞赛全面提升学生的工程创新与实践能力UCLA提出的EngineeringPipeline(连续递进的工程教育过程）一年级二年级三年级四年级研究生基础练习平台与系统专业应用实习与毕业设计研究与项目开发领导力锻炼计算机程序设计电工学电子线路信号与系统数字信号处理控制原理传感器原理通信原理现代测量技术数字图像处理综合课程设计…工程实践EngineeringPipeline案例Measurements2.671 MeasurementandInstrumentation(U)2.672 ProjectLaboratory(U)2.131 AdvancedInstrumentation(G)Design2.007 DesignandManufacturingI(U)2.009 Product