|
Науково-дослідний інститут інтелектуальних комп'ютерних систем Тернопільський національний економічний університет |
|
2007, том 6, випуск 2 |
|
Зміст і резюме
ВІД РЕДАКТОРІВ. Запрошені редактори: Oleksandr Palagin 1) and Wieslaw Winiecki 2)
1) V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of This special issue of the International Scientific Journal of Computing includes the selection of papers concerning Virtual Instrumentation (VI) and Virtual Laboratories (VL). Virtual-reality techniques enable us to move in the world created by computers and not existing in reality, to operate devices which are not real devices and to create quite new possibilities in developing new ideas. Virtual reality has come to metrology as virtual instrumentation. Virtual instruments are the fourth generation of measuring devices. The term „Virtual Instrument” (VI) can be interpreted in various ways. This problem was also considered by the authors of this Issue. Analysing various definitions, one can say that there is no universal industry-defined terminology of what composes a VI. Criteria, which allow us to qualify measurement equipment as a VI and to differentiate a VI from a measuring system with a graphic user interface (GUI), are not described well. For further consideration let us take on a following descriptive definition of a virtual instrument: „Virtual Instrument can be described as an instrument composed of a general-purpose computer equipped with cost-effective measurement hardware blocks (internal and/or external) and software, that perform functions of traditional instrument determined both by hardware and software, and operated by means of specialised graphics on the computer screen”. Virtual instrument usually consists of PC-type computer and measurement hardware units such as: data acquisition boards, signal generating boards, VXI modules, IEEE-488 instruments, RS-232 instruments and others. Each unit can be connected directly to PC bus (as plug-in board), or via interface (as external unit). Virtual instrument can be bought or designed and built by a user, who defines its functions and features designing appropriate software. The software integrates the PC and the measurement hardware units, creating new virtual instrument; so that this software is the integrated part of the instrument. The functionality of the VI depends on the software processing technique. The above-mentioned features of virtual instruments led to the creation of virtual instrumentation-based laboratories, called Virtual Laboratories. The development of telecommunication and computer technologies inspires the invention of a new device and system design methodologies. The traditional model based on a fixed infrastructure is being replaced by a new, virtual and flexible model based on the distributed information infrastructure. The new teleengineering methods are based primarily on the global infrastructure supplied by the dynamically developing Internet. The use of Internet in metrology resulted in the creation of distributed virtual instruments (DVI), and its obvious consequence was the opening of distributed virtual laboratories (DVL). Due to its rapid development observed in the recent years, mobile telephony has become an object of interest for system designers and engineers in several fields of applications, not limited to the original purpose of wireless voice communication. The most apparent of these uses are: textual information services, electronic business and entertainment. However, with the advent of the third-generation mobile telephony, tightly integrated with computer networks, it is becoming possible to use a mobile phone as an element of distributed virtual laboratories. In the majority of cases, a mobile phone is only one of the elements of the distributed virtual laboratory, usually providing control and presentation functions; it is required to cooperate with controllers and sensors and, therefore, must be properly interfaced. The nature of the intermediary interface depends on the transmission technique used. For instance, endorsing the short message system (SMS), as described in [6], requires the usage of another mobile terminal and a hardware interface on the sensor side. The papers selected for this special issue were produced by authors from Italy, Canada, Ukraine, Poland, Czech Republic, Croatia and Greece. It is not a coincidence that the significant contribution was made by the Italian authors as they are leaders in both, the theoretical survey on the virtual instrumentation and in practical application of the virtual laboratories. Besides, this was Italy where the biggest and the most technologically advanced Remote Didactic Laboratory „G. Savastano”, described in a few articles of this magazine, was established. Brief introduction to virtual instrumentation is presented in the first paper “THE EVOLUTION OF THE MODERN INSTRUMENTS TOWARD VIRTUAL DISTRIBUTED ARCHITECTURES” by L. Cristaldi, A. Ferrero and S. Salicone. Basic architecture of the modern Distributed Virtual Instruments as well as some of their most significant applications and the major metrological problems raised by these systems are described. The authors observe that the most interesting evolution of the remote measurement systems is probably the implementation of remote laboratories for didactic purposes. E-learning is one of the keywords in the modern education system, since it offers the possibility of spreading knowledge also in the case when the potential students, for some reasons, cannot attend traditional classes. In conclusion, the authors find that the main problem posed by the distributed virtual systems is their metrological characterization. Uncertainty estimation, though mandatory, is still far from being a known, universally accepted task. A lot of work is still required by the experts to find a suitable, theoretical and practical sound solution to this problem. The following three papers concern the internetbased remote laboratories. In the paper “INTERNET REMOTE LABORATORY SYSTEM” by E. Michta, W. Miczulski, P. Powroznik and D. Eljasz , the evolution of the remote laboratory architecture is presented and the benefits following from the use of an application environment in the form of Web services are pointed out. A remote metrology laboratory solution is described. The paper “ICT IN INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT: EDUCATION AND SCIENTIFIC PUBLICATIONS” by R. Rak gives the review of reasons for developing and adopting the new Information and Communication Technology tools in teaching and scientific research in the field of Instrumentation & Measurement. It includes the description of the Internet- and multimedia-based educational model (e-learning). Then, follows the description of the structure and tools of the modern scientific electronic book (ebook). In conclusion, the author discovers that an important objective for the future is the remote Virtual Laboratory, a very useful tool for teaching purposes in distance learning. Nevertheless, one has to bear in mind that neither the modern simulation techniques nor the remote access to virtual laboratories eliminate the necessity of conducting experiments in real laboratories with the use of real instruments. The paper “REMOTE-CONTROL MEASUREMENT SYSTEM BASED ON THE IEEE-488” by P. Cesak and J. Roztocil presents a complete system for the remote measurement based on the client-server communication structure over the Internet. The measuring part of the system is based on the IEEE- 488 interface bus by which the instruments are connected to the server. A TCP connection is applied in order to exchange information between the client and server application. The next three papers concern Remote Didactic Laboratory Distributed over a Wide Area Network (Laboratorio Didattico Remoto – LA.DI.RE. (“G. Savastano”). The LA.DI.RE. “G. Savastano” VL is an innovative distance education system, including the VL for the experimental activities, oriented to teaching of the electric and electronic measurement subjects. The paper “VIRTUAL LABORATORY AS REALISTIC TOOL FOR THE E-LEARNIND IN THE ELECTRICAL AND ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENTATION” by D. Grimaldi, S. Rapuano, M. Riccio and F. Zoino deals with the research project adopting the elearning methodologies for teaching in the field of electrical and electronic measurement and instrumentation. The hardware and the software architecture of the Laboratory LA.DI.RE. “G. Savastano” is described and the innovative solutions addressing the requirements of reality are examined and investigated. The core of the system is the Learning Management System (LMS). In the paper “INTERDISCIPLINARY REMOTE DIDACTIC LABORATORY “G.SAVASTANO”: PHYSICS APPLICATION” by A. Apergis, S. Rapuano and F. Zoino the interdisciplinary aspect of LA.DI.RE. “G. Savastano” is highlighted, showing the possibility to provide different real experiments independent of the software development environment, thanks to the use of an open Learning Management System (LMS). The authors present an optical physics experiment representing a practical session within a Physics course realized in collaboration with the researchers from the University of Sannio, in Italy, and the University of Thessaloniki in Greece. The paper “EXPLORING THE MOBILE DEVICES AS A NEW FRONTIER FOR THE ELEARNING IN INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT” by D. Cmuk, D. Grimaldi and S. Rapuano treats the use of the mobile devices in teaching the electrical and electronic measurement and instrumentation. By referring to the services delivered to the students from the Remote Didactic Laboratory Laboratorio Didattico Remoto – LA.DI.RE. “G. Savastano”, different solutions have been proposed basing on several software architectures and on the characteristics of the mobile devices. The authors rightly state that the mobile-learning establishes a new frontier in the research in the field of the e-learning in the electrical and electronic measurement and instrumentation. The following three papers describe the concrete, practical applications of distributed virtual laboratories. In the paper "DISTRIBUTED ON-LINE TEMPERATURE CONTROL SYSTEM” by V. Hrusha, O. Osolinsky, A. Sachenko and R. Kochan the prototype of the distributed on-line temperature control system has been presented. The hardware of the prototype includes the data acquisition modules which are connected with local server and freehosting web-server. The main feature of the proposed structure is its portability to the system with different hardware structure. It is also presented the investigation of dynamic characteristics of real time control system. In the paper “VIRTUAL LABORATORY FOR COMPUTER-AIDED DESIGN OF BIOSENSORS” by O. Palagin, V. Romanov, I. Galelyuka and M. Kachanovska the structure and organization of typical virtual laboratory for computer-aided design of biosensors are considered. The goal of creating a virtual laboratory is to lighten the work of design engineers and to make it possible for the scientists and specialists of different areas to develop their own devices, estimate work hypothesis and fulfil virtual experimental researches. The paper “SYSTEM OF THE REMOTE ACCESS VIA INTRANET/INTERENET TO THE DIGITAL SIGNAL PROCESSOR DSP56307 TO DEBUG PROGRAMS, LEARN THE PERIPHERALS AND REALIZE DIFFERENT EXPERIMENTS” by V.D. Tsidelko, V.M. Karpa and S.V. Ryabchuk presents the system of the remote access via Intranet/Internet to the digital signal processor DSP56307. The system allows to debug programs, learn the peripherals and realize different experiments with the use of this processor. The worked out system represents the software/hardware complex which include three components: client, server and six working stations. The next paper “HAPTIC HUMAN INTERFACES FOR ROBOTIC TELEMANIPULATION” by E. M. Petriu, P. Payeur, and Ana-Maria Cretu only ostensibly digresses from the subject the remaining papers treat. For it concerns Human Machine Interface, but describes hands-on virtual laboratory environment for robotic telemanupulation. This paper discusses the basic generation principles for the local geometric and force profile components of the tactile feedback provided by the haptic human interfaces. This approach allows for the design of specialized haptic human interfaces that are optimized for typical haptic manipulation tasks. Examples of tactile human interfaces developed by the authors for telerobotic blind tactile exploration of objects and for telerobotic hapto-visual stylus-style tool manipulation are presented to illustrate the proposed design approach. The paper concludes with the description of a neural network hapto-visual modeling technique that allows the capture, storage, and rendering in real-time of the complex elastic properties of 3D objects from the experimental tactile and the range imaging data. Finally, the paper “MANAGEMENT OF ELABORATORIES – DEVELOPMENT THROUGH BUSINESS PERSPECTIVE” by T. Mutapcic, D. Cmuk and R. Malaric presents a design of the future Web-based measurement laboratory, as a result of applying a new architectural approach taking into account the state-of-the-art technology as well as the strategy for the future business perspective. The paper discusses the results of preliminary testing, using Appreciative Inquiry methodology, that are the basis for conceiving, designing and preparing marketing aspects of an e-laboratories and mlaboratories, considering its cost-effectiveness and the multifunctionality of the applied model for a wide range of users. The result of this new approach will completely optimize current “e” and “m” laboratory solutions. Management through business perspective is not only a technical development; it also includes educational, humanitarian, and commercial aspects. We hope you, the readers, will find the papers interesting and useful.
ЕВОЛЮЦІЯ СУЧАСНИХ ІНСТРУМЕНТІВ У НАПРЯМІ Loredana Cristaldi, Alessandro Ferrero, Simona Salicone
Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32 – 20133 Milano Протягом останніх десятиліть методи і засоби цифрової обробки сигналів зазнали вражаючої еволюції, яка привела їх виконання до збільшення різноманітності. Одна із областей, яка отримала значну вигоду у результаті цієї еволюції є сфера вимірювання та вимірювальних інструментів. Методи цифрової обробки сигналів зараз є найбільш використовуваними методами в промислових та наукових вимірювальних задачах, таким чином, ці сучасні інструменти є фактично комп'ютерами із спеціалізованими інтерфейсами і спеціалізованим програмним забезпеченням. Повне використання обчислювальних можливостей привело до розвитку Віртуальних Інструментів, і зовсім недавно, до розвитку Розподілених Інструментів. Ця стаття має на меті стисле обговорення архітектури сучасних Віртуальних, Розподілених Інструментів, та огляд їх найістотніших застосувань і важливих метрологічних проблем, поставлених цими системами. ІНТЕРНЕТ-БАЗОВАНА ВІДДАЛЕНА ЛАБОРАТОРНА СИСТЕМА Emil Michta, Wieslaw Miczulski, Piotr Powroznik, Dariusz Eljasz
University of Zielona Gora, Institute of Electrical Metrology У статті, представлена еволюція архітектур віддалених лабораторій та підкреслюються переваги, що виявляються з використання прикладного середовища у формі веб-сервісів. Припускається, що навчальний простір, що охоплює віддалені лабораторні домени, які управляються службовим брокером, що взаємодіє з клієнтами і сервером лабораторії повинен розрізнятися. В роботі представлене рішення по побудові віддаленої лабораторії метрології.
ІНФОРМАЦІЙНІ КОМП’ЮТЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ У СФЕРІ ВИМІРЮВАННЯ ТА Remigiusz J. Rak Warsaw University of Technology, pl. Politechniki 1, 00-661, Warsaw, Poland, rrak@okno.pw.edu.pl Стаття надає огляд причин для розробки і застосування нових інструментів ІКТ для навчання і наукових досліджень у сфері вимірювання та вимірювальних інструментів. Робота включає опис Internet-базованої та мультимедіа-базованої освітньої моделі (Інтернет-навчання). Потім слідує опис структури та інструментів сучасної наукової електронної книги (електрона книга). Остання частина статті орієнтована на Віртуальні Інструменти, віддалені експерименти і Віртуальну Лабораторію.
ДИСТАНЦІЙНО-КЕРОВАНА ВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА Petr Cesak 1), Jaroslav Roztocil 2)
1) Czech Technical University, Technicka 2, 16627 Prague 6, CZ, cesakp1@fel.cvut.cz, measure.feld.cvut.cz Стаття представляє завершену систему для дистанційного вимірювання. Система заснована на клієнт-серверній структурі комунікації через Інтернет. Перша частина розглядає клієнтське застосування – яке використовує користувач, щоб управляти вимірюванням. Друга частина пов'язана з сервером – безпосередньо серверне застосування і локальний зв'язок інструментів через інтерфейсну шину IEEE-488. Комунікація між клієнтом і сервером будується на TCP зв'язку.
ВІРТУАЛЬНА ЛАБОРАТОРІЯ ЯК ПРАКТИЧНИЙ ІНСТРУМЕНТ ДЛЯ ІНТЕРНЕТ НАВЧАННЯ Domenico Grimaldi 1), Sergio Rapuano 2), Mariella Riccio 2, 3), Francesco Zoino 2, 3)
1) DEIS, University of Calabria, 87036 Rende (CS), E-mail: grimaldi@deis.unical.it,
МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ДИСТАНЦІЙНА ДИДАКТИЧНА ЛАБОРАТОРІЯ “G.SAVASTANO”: A. Apergis 1), S. Rapuano 2), F. Zoino 2, 3)
1) Physics Department, Aristotle University, Thessaloniki, Greece, E.mail aaperg@physics.auth.gr Інтернет-навчання пропонує студентам дидактичні інструменти і матеріали курсів через Інтернет. Розповсюджуючи інструменти і матеріали таким чином, студенти, ізольовані від університетського середовища, все ще можуть отримувати університетські ступені в багатьох сферах. Курси, які включають лабораторні сесії, традиційно вимагали, щоб студенти були присутніми у певному місці. Це перш за все відповідає потребі, щоб лабораторні ресурси були розташовані в єдиному місці як з практичних причин, так і з причин безпеки. Цей факт утруднив свободу віддалених (поза університетським містечком) студентів, щоб досягти їхніх освітніх цілей. Веб адаптовані пакети програм, як наприклад LABVIEW, дозволяють контролювати експерименти через Інтернет. Таким чином дистанційні лабораторії стають можливими. У такій структурі була створена Дистанційна Розподілена Лабораторія у Географічній Мережі LA.DI.RE. “G.Savastano” Університету Санніо [1], з метою розробки віртуального навчального середовища, щоб забезпечити дистанційні навчальні методології, теоретичні уроки так само як і при лабораторній діяльності на реальній апаратурі вимірювання. Стаття висвітлює міждисциплінарний аспект LA.DI.RE. “G. Savastano”, показуючи можливість забезпечення різних реальних експериментів незалежно від середовища розробки програмного забезпечення, завдяки використанню відкритої Системи Управління Навчанням (СУН) і розгляду різних дидактичних сфер. В даній роботі автори наводять експеримент з фізики, що представляє практичну сесію в межах курсу Фізика, реалізованого спільно дослідниками Університету Санніо, Італія, і Університету Салоніки, Греція.
ДОСЛІДЖЕННЯ ВИКОРИСТАННЯ МОБІЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ, ЯК НОВОЇ ОБЛАСТІ Drago Cmuk 1), Domenico Grimaldi 2), Sergio Rapuano 3)
1) Faculty of Electrical Engineering and Computing, Zagreb, Croatia, Мобільне-навчання встановлює нову межу для дослідження Інтернет-навчання у сфері електричних і електронних вимірювань та вимірювальних пристроїв. Дійсно, обмежена функціональність мобільних пристроїв повинна бути об'єднана з типологією сервісів, що надаються студенту. Посилаючись на Дистанційну Дидактичну Лабораторію Laboratorio Didattico Remoto - LA.DI.RE. “G. Savastano” наданими сервісами є: візуалізація експерименту, контроль експерименту, створення експерименту. Для того, щоб надати можливість користувачу мобільного пристрою спостерігати, контролювати і створювати експериментальні застосування, було розглянуто декілька архітектур програмного забезпечення. На сам кінець, надається опис прийнятого рішення по побудові у структурі LA.DI.RE. “G. Savastano”. РОЗПОДІЛЕНА СИСТЕМА ВИМІРЮВАННЯ ТА КОНТРОЛЮ ТЕМПЕРАТУРИ В РЕАЛЬНОМУ ЧАСІ Volodymyr Hrusha, Olexandr Osolinskiy, Anatoly Sachenko, Roman Kochan
Research Institute of Intelligent Computer Systems, Ternopil National Economic University У цій статті обговорена причина впровадження системи вимірювання і контролю з використанням можливостей Інтернет і запропонована структура її програмного забезпечення. Головні особливості запропонованої структури в можливості її переносу на системи з іншою апаратною структурою. Також у роботі представлено дослідження динамічних характеристик системи управління в реальному часі. ВІРТУАЛЬНА ЛАБОРАТОРІЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ ПРОЕКТУВАННЯ БІОСЕНСОРІВ O. Palagin, V. Romanov, I. Galelyuka, M. Kachanovska
V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of National Academy of Sciences of Ukraine, Швидкий розвиток інформаційних технологій ставить строгі вимоги до умов і витрат проектування комп'ютерних пристроїв і систем. Ці вимоги можуть бути виконані з допомогою віртуальних методів проектування, які реалізовуються за допомогою віртуальних лабораторій автоматизації проектування.
СИСТЕМА ДИСТАНЦІЙНОГО ДОСТУПУ ЧЕРЕЗ ІНТРАНЕТ/ІНТЕРНЕТ ДО ПРОЦЕСОРА Vladislav Tsidelko, Victor Karpa
National Technical University of Ukraine «Kiev Polytechnical Institute» Система Дистанційного Доступу через Інтранет/Інтернет мережі до процесора цифрових сигналів DSP56307 дозволяє відлагодити програми, виявити зовнішні пристрої і реалізувати різні експерименти із використанням цього процесора. Розроблена система представляє комплекс програмного/апаратного забезпечення, який включає три компоненти: клієнт, сервер і шість робочих станцій. Модуль відлагодження робочої станції включає два DSP56307EVM які дійсно вперше надають можливість вивчати зовнішні пристрої цього процесора (інтерфейси, HOST, ESSI, SCI і таймер). Віртуальні інструменти на клієнтській стороні (генератор, осцилограф, аналізатор спектру) надають можливість реалізувати експерименти використання DSP в режимі FFT, цифрового фільтрування, генерування сигналів, і т.п. Є два режими роботи системи: а) N-клієнтів – одна робоча станція; b) N-клієнтів – шість робочих станцій. ТАКТИЛЬНІ ІНТЕРФЕЙСИ ДЛЯ РОБОТОТЕХНІЧНОГО ТЕЛЕМАНІПУЛЮВАННЯ Emil M. Petriu, Pierre Payeur, and Ana-Maria Cretu
School of Information Technology and Engineering Недавнє дослідження тактильної взаємодії людини і робота свідчить про два актуальних способи генерації тактильного зворотного зв'язку для тактильних інтерфейсів. Це дозволяє людині оператору управляти будь-яким тимчасовими віртуальними моделями матеріалів локального геометричного та/або силового профілю в контактних областях із необмеженого набору видів об'єктів, які можуть віртуально управлятися протягом маніпулювання, або постійними моделями матеріалів обмеженого набору типових об'єктів. У цій статті, проаналізовано два способи реалізації і для ілюстрації запропонованих підходів представлено приклади тактильних інтерфейсів, що розробляються авторами для телеробототехнічного сліпого тактильного дослідження об'єктів, і для телеробототехнічного тактильно-візуального стилус-подібного інструменту маніпулювання. Також представлене моделювання еластичних властивостей 3D об'єктів на основі експериментальних дотикових і даних дальністних зображень, використовуючи архітектуру нейронних мереж, яка стає важливим компонентом тактильного інтерфейсу. УПРАВЛІННЯ ІНТЕРНЕТ-ЛАБОРАТОРІЯМИ - РОЗВИТОК ЧЕРЕЗ ПЕРСПЕКТИВУ БІЗНЕСУ Tarik Mutapcic, Drago Cmuk, Roman Malaric Faculty of Electrical Engineering and Computing, Zagreb, Croatia Ця стаття представляє проект майбутньої веб-базованої лабораторії вимірювання, із застосуванням нового архітектурного підходу, розглядаючи існуючі розвинуті технології і стратегії для майбутньої бізнес-перспективи. Такий підхід також забезпечує багато рішень і застосувань для реальних умов, що покривають різні області індустріального дослідження, операційного аналізу і методів досліджень систем. Стаття обговорює результати попереднього випробування, що використовує методологію Сприйнятливого Запиту, що є підставою для започаткування, проектування і підготовки маркетингових аспектів Інтернет-лабораторій і мобільних-лабораторій, розглядаючи їх рентабельність і мультифункціональність застосованої моделі для широкого ряду користувачів. Результат цього нового підходу повністю оптимізує поточні “Інтернет” і “мобільні” рішення по побудові лабораторій. Управління через перспективу бізнесу - не тільки технічний розвиток, це також включає освітні, гуманітарні, і комерційні аспекти. |