新一代虛擬儀器—智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)的研究.pdf

1、1999年12月，國家自然科學(xué)基金委在廣州召開的機(jī)械學(xué)科“十五”優(yōu)先資助領(lǐng)域研討會會議紀(jì)要中明確指出：“測試測量儀器的發(fā)展方向是‘虛擬化’、‘控件化’”，本文所研究的新一代智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)正是在這一背景下提出的。論文主要從新一代智能控件化虛擬儀器產(chǎn)生的思想基礎(chǔ)、系統(tǒng)的軟件構(gòu)架、儀器的數(shù)學(xué)建模、核心的組成單元和零編程開發(fā)系統(tǒng)等方面展開了深入研究。 提出了基于秦氏模型智能虛擬控件的儀器設(shè)計(jì)與制造新概念。秦氏模型是智能控件化虛擬

2、儀器產(chǎn)生的思想基礎(chǔ)，它是一種新的儀器模式，這一極富創(chuàng)造性的思想是：將非智能虛擬控件經(jīng)“功能賦予”后與儀器功能進(jìn)行“測試融合”從而形成“智能儀器單元”，通過積木式的隨機(jī)拼搭，可直接在PC機(jī)內(nèi)形成成百上千、類型用途各異的虛擬儀器并顯示在屏幕上直接供用戶使用。在秦氏模型中“功能賦予”、“測試融合”和“積木式拼搭”是三個重要的概念，是設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。文中從秦氏模型的原理、智能虛擬控件的模型要素、基于“功能賦予”和“測試融合”的智能

3、虛擬控件的形成原理和以框架協(xié)議開發(fā)系統(tǒng)為核心的智能控件化虛擬儀器的形成原理等幾方面闡述了這一思想。秦氏模型智能虛擬控件的最大特點(diǎn)是使儀器中的功能模塊與控件模塊實(shí)現(xiàn)了融合，把儀器的功能、性能、控制關(guān)系等等全部有機(jī)地融合于一個或幾個部件之中。它的實(shí)現(xiàn)使儀器從傳統(tǒng)的整機(jī)演變?yōu)椴考?，從根本上改變了儀器的設(shè)計(jì)與制造模式。 設(shè)計(jì)了基于層次消息總線的智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)架模式。該模式采用統(tǒng)一的方式刻劃智能虛擬控件和由智能控件構(gòu)成的智能控件

4、化虛擬儀器系統(tǒng)，其中包括控件的接口、控件的靜態(tài)結(jié)構(gòu)、控件的動態(tài)行為和層次消息總線等方面的內(nèi)容，并支持系統(tǒng)運(yùn)行時刻的動態(tài)演化，即在運(yùn)行時刻進(jìn)行功能修改、擴(kuò)展和剪裁，使在動態(tài)條件下：增加和刪除控件、增加和刪除消息響應(yīng)登記和改變消息過濾規(guī)則?；趯哟蜗⒖偩€的軟件構(gòu)架是智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的藍(lán)圖，為智能虛擬控件的集成組裝提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。 研究了基于模塊化建模的智能控件化虛擬儀器數(shù)學(xué)建模的方法。本文通過對多種測試分析儀器的原

5、理、功能、性能、精度指標(biāo)、使用對象和使用環(huán)境等研究，采用模塊化建模方法，對虛擬儀器典型共性部件的模塊化數(shù)學(xué)建模進(jìn)行了詳細(xì)論述。建立的典型共性部件模塊模型主要有：信號變換統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型、三維數(shù)據(jù)場數(shù)學(xué)模型、虛擬顯示器數(shù)學(xué)模型。并以噪聲倍頻程分析儀和旋轉(zhuǎn)機(jī)械階比分析儀為例，介紹了模塊化建模方法在具體儀器建模中的應(yīng)用。模塊化建模方法將智能控件化虛擬儀器從技術(shù)研究提升到了基礎(chǔ)研究，為智能控件化虛擬儀器的設(shè)計(jì)、制造提供了理論基礎(chǔ)。 進(jìn)行了基

6、于復(fù)用的智能虛擬控件的設(shè)計(jì)與制造。智能虛擬控件是智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)中的核心組成部分，由開發(fā)系統(tǒng)中的儀器拼搭場拼搭出的虛擬儀器的種類和數(shù)量，有賴于智能虛擬控件成品庫的可復(fù)用控件的種類和數(shù)量的多少。文中從控件的內(nèi)聚、耦合和復(fù)用三個方面討論了控件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，介紹了基于面向?qū)ο蟮姆侵悄芴摂M控件的計(jì)算機(jī)表達(dá)方法，編制了非智能虛擬控件的電子分類檔案，建立了智能虛擬控件的層次結(jié)構(gòu)及其描述方式，實(shí)現(xiàn)了基于層次消息總線的可復(fù)用智能虛擬控件的制造，

7、避免了系統(tǒng)開發(fā)時不斷地重復(fù)設(shè)計(jì)，從而大幅度地降低了開發(fā)成本，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 實(shí)現(xiàn)了基于柔性綜合集成技術(shù)的智能控件化虛擬儀器零編程開發(fā)系統(tǒng)。本文在介紹面向控制、數(shù)據(jù)和顯示的綜合集成技術(shù)基礎(chǔ)上，論述了智能控件化虛擬儀器零編程裝配機(jī)理——基于知識的柔性綜合集成技術(shù)，研制成功了智能控件化虛擬儀器的儀器拼搭場——基于知識的柔性綜合集成系統(tǒng)(FIS)，F(xiàn)IS既可實(shí)現(xiàn)測試儀器的功能集成和控件集成，同時又可對兩種集成通過功能賦予再實(shí)

8、現(xiàn)融合，為形成拼搭式虛擬儀器提供軟性操作平臺，即軟裝配、軟調(diào)試、軟修改、軟測試等等；通過FIS，實(shí)現(xiàn)了可復(fù)用智能虛擬控件的拼搭組裝；最后討論了零編程開發(fā)系統(tǒng)的動態(tài)模擬運(yùn)行和演化。利用該系統(tǒng)用戶不需要編程就可方便地開發(fā)和使用虛擬儀器，較之其它虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)，降低了用戶開發(fā)虛擬儀器的難度，為虛擬儀器的大眾化發(fā)展提供了條件。 文章最后對本文工作進(jìn)行了總結(jié)和對智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)的研究進(jìn)行了展望。 本文得到了國家自然科學(xué)基金