姚曉寧，郭 瓊

（無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫，214121）

引言

發(fā)展智能制造是推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展的關(guān)鍵舉措。[1]設(shè)備、機(jī)器及系統(tǒng)之間安全可靠的數(shù)據(jù)和信息交換是智能制造發(fā)展的關(guān)鍵。OPC UA 作為一種用于工業(yè)通信的數(shù)據(jù)交互規(guī)范，可實(shí)現(xiàn)對(duì)制造過(guò)程中的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的傳輸與解析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)OPC DA 技術(shù)無(wú)法獨(dú)立于Windows 系統(tǒng)之外實(shí)現(xiàn)互聯(lián)通信的不足，并簡(jiǎn)化接口和使用安全認(rèn)證機(jī)制，是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要方向。

作為培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才的高職院?；驊?yīng)用型本科而言，在教學(xué)過(guò)程中需要時(shí)刻關(guān)注新技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)，以促進(jìn)教學(xué)資源同步技術(shù)發(fā)展，提高專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。但受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、技術(shù)儲(chǔ)備等方面的限制，教學(xué)實(shí)施中引入OPC UA 等技術(shù)應(yīng)用相對(duì)滯后，如何將這類(lèi)代表行業(yè)發(fā)展的先進(jìn)應(yīng)用技術(shù)很好地嵌入教學(xué)中，是新時(shí)代教師需要不斷思考和付諸行動(dòng)的一個(gè)重要課題，也是助推新技術(shù)應(yīng)用和持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力。

為快速響應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求、加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)服務(wù)能力，學(xué)校堅(jiān)持“研究先行、研教結(jié)合”理念，鼓勵(lì)專(zhuān)業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極參與行業(yè)企業(yè)技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，對(duì)新技術(shù)進(jìn)行研究、消化并實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源轉(zhuǎn)化。針對(duì)OPC UA 通信技術(shù)的應(yīng)用研究，本研究設(shè)計(jì)了一種基于OPC UA 通信的虛實(shí)結(jié)合進(jìn)階實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以期帶動(dòng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)新技術(shù)應(yīng)用，更好地服務(wù)智能制造發(fā)展。

一、通信實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（一）OPC UA介紹

OPC UA(OPC Unified Architecture)是一個(gè)開(kāi)放的跨平臺(tái)架構(gòu)，其特點(diǎn)在于通過(guò)面向?qū)ο蠹夹g(shù)，將控制器、傳感器等各類(lèi)物理設(shè)備分別描述成對(duì)象，形成數(shù)字化模型，為不同廠(chǎng)商的設(shè)備提供統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，即提供一種即插即用的軟件接口，以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間、軟件和硬件之間的互聯(lián)互通。該規(guī)范由全世界30 多家知名制造企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，[2]越來(lái)越多的控制器廠(chǎng)商支持該協(xié)議。

工業(yè)4.0專(zhuān)家認(rèn)為，OPC UA 是提供強(qiáng)大數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)安全能力的通信協(xié)議，可用于滿(mǎn)足工業(yè)4.0的信息通信需求。[3]我國(guó)在智能制造的發(fā)展中，也一直在引進(jìn)、轉(zhuǎn)化和推廣OPC UA，2017年7月國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《OPC統(tǒng)一架構(gòu)》第1～8部分正式發(fā)布，同年9月機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所OPC認(rèn)證測(cè)試實(shí)驗(yàn)室獲得OPC國(guó)際基金會(huì)正式授權(quán)；2021年8月《OPC統(tǒng)一架構(gòu)》的四個(gè)部分正式發(fā)布。OPC UA標(biāo)準(zhǔn)的引進(jìn)和落地，標(biāo)志著OPC UA將全面進(jìn)入中國(guó)智能制造行業(yè)市場(chǎng)，有助于解決當(dāng)前我國(guó)智能制造實(shí)施過(guò)程中異構(gòu)系統(tǒng)信息集成難的問(wèn)題，[4]助力智能制造的發(fā)展和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

（二）實(shí)驗(yàn)載體選擇

PLC 是設(shè)備控制、信息采集和數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)手段，是智能制造的核心和智能工廠(chǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。[5]選取PLC 作為學(xué)習(xí)OPC UA 技術(shù)應(yīng)用的研究對(duì)象具有一定的代表性。實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇西門(mén)子PLC，一方面西門(mén)子PLC市場(chǎng)占有率高，所開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具有一定的輻射性和適用性；另一方面，西門(mén)子公司提供了支持OPC UA仿真通信的軟件，依托虛擬仿真軟件構(gòu)建通信系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)成本低、技術(shù)成熟，同采用第三方軟件開(kāi)發(fā)VR 實(shí)驗(yàn)相比，功能強(qiáng)大、系統(tǒng)靈活，能與PLC軟件無(wú)縫對(duì)接。

OPC UA針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景提供客戶(hù)端—服務(wù)器模型和發(fā)布者—訂閱者模型，其中客戶(hù)端—服務(wù)器模型采用的是TCP和HTTP協(xié)議[6],在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用尤其廣泛。OPC服務(wù)器將數(shù)據(jù)源封裝，然后向外提供訪(fǎng)問(wèn)的標(biāo)準(zhǔn)接口；OPC客戶(hù)端創(chuàng)建會(huì)話(huà)過(guò)程后， 在標(biāo)準(zhǔn)接口發(fā)送請(qǐng)求和接受傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端與服務(wù)器之間的交換信息服務(wù)。在西門(mén)子PLC產(chǎn)品中，S7-1500PLC V2.6以上版本支持OPC UA協(xié)議，既可作服務(wù)器又可作客戶(hù)端；S7-1200 PLC V4.4版本以上支持OPC UA協(xié)議，但只能做服務(wù)器?？紤]S7-1500 PLC、1200PLC使用同一個(gè)編程平臺(tái)，且硬件組態(tài)、編程方法基本一樣，因此在基于OPC UA技術(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，服務(wù)器可以任意采用S7-1500/1200PLC， 客戶(hù)端采用S7-1500PLC，完成從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由虛到實(shí)的完整的通信系統(tǒng)建立和實(shí)踐操作。

（三）設(shè)計(jì)思路

結(jié)合高職及應(yīng)用型本科學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)遵循由基礎(chǔ)到綜合、虛實(shí)結(jié)合的設(shè)計(jì)思想，充分利用市場(chǎng)已有的客戶(hù)端測(cè)試軟件、系統(tǒng)虛擬仿真軟件及盡可能低成本的實(shí)驗(yàn)載體，同時(shí)兼顧線(xiàn)上、線(xiàn)下學(xué)習(xí)環(huán)境，設(shè)計(jì)如圖1所示三個(gè)進(jìn)階實(shí)驗(yàn)。

圖1 OPC UA 技術(shù)應(yīng)用進(jìn)階實(shí)驗(yàn)

（1）客戶(hù)端仿真實(shí)驗(yàn)?？紤]PLC 的OPC UA通信編程工作量主要集中在客戶(hù)端，因此設(shè)計(jì)了基于客戶(hù)端測(cè)試軟件的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，服務(wù)器采用S7-1500/1200PLC，客戶(hù)端采用第三方客戶(hù)端測(cè)試軟件，這樣處理可省略客戶(hù)端參數(shù)設(shè)置與編程工作，實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)聚焦在了解OPC UA 技術(shù)特性、學(xué)會(huì)服務(wù)器的配置和應(yīng)用。

（2）系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?？紤]線(xiàn)上教學(xué)和學(xué)習(xí)需求及線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)間受限，采用虛擬仿真軟件搭建和運(yùn)行調(diào)試通信系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生反復(fù)訓(xùn)練通信系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)，了解客戶(hù)端編程思路和方法。

（3）實(shí)踐操作實(shí)驗(yàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐操作將虛擬項(xiàng)目落在實(shí)處，熟悉OPC UA 應(yīng)用場(chǎng)景，培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)和技能，提升學(xué)生新技術(shù)應(yīng)用和自主創(chuàng)新能力。

二、客戶(hù)端仿真，降低學(xué)習(xí)難度

(一）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

在客戶(hù)端仿真實(shí)驗(yàn)階段，采用UaExpert 和服務(wù)器進(jìn)行通信，服務(wù)器選用S7-1500-1200 PLC，計(jì)算機(jī)做客戶(hù)端。計(jì)算機(jī)做客戶(hù)端時(shí)需要安裝客戶(hù)端軟件UaExpert，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D2 所示。

圖2 客戶(hù)端仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

UaExpert 是支持OPC UA 的GUI 工具，具有數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)、警報(bào)和條件、歷史訪(fǎng)問(wèn)等功能；其基本框架包括證書(shū)處理、發(fā)現(xiàn)OPC UA 服務(wù)器、與OPC UA 服務(wù)器連接、瀏覽信息模型、顯示特定OPC UA 節(jié)點(diǎn)的屬性和引用等。當(dāng)編寫(xiě)好服務(wù)器代碼后，可將UaExpert 作為客戶(hù)端與服務(wù)器進(jìn)行通信。將UaExpert 軟件引入學(xué)習(xí)中，可使OPC UA通信學(xué)習(xí)變得更加方便和易于理解。

（二）服務(wù)器功能設(shè)置

PLC 做OPC UA 服務(wù)器時(shí)需要在CPU 屬性中設(shè)置一些主要參數(shù)，例如激活OPC UA 服務(wù)器、添加服務(wù)器證書(shū)、設(shè)置安全策略、選擇系統(tǒng)運(yùn)行許可證等；其他一些常規(guī)參數(shù)，例如最大會(huì)話(huà)超時(shí)時(shí)間、最大會(huì)話(huà)數(shù)量等，可根據(jù)通信需求采用默認(rèn)參數(shù)或自己設(shè)定參數(shù)。服務(wù)器主要通信參數(shù)設(shè)置的流程及內(nèi)容如圖3所示。

圖3 服務(wù)器主要通信參數(shù)設(shè)置

在服務(wù)器中設(shè)置通信數(shù)據(jù)源，以便客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)源并與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。建立通信數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)塊DB1的示例如圖4所示，所建變量用于監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。變量讀寫(xiě)屬性可任意設(shè)置，圖中的變量Motor_start、Motor_stop 被設(shè)為客戶(hù)端可讀、可寫(xiě)屬性，即電機(jī)起動(dòng)、停止操作可在服務(wù)器側(cè)操控，也可在客戶(hù)端側(cè)操控；電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)Motor_status、轉(zhuǎn)速M(fèi)otor_speed 被設(shè)為客戶(hù)端只讀變量,即客戶(hù)端只能讀取電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和轉(zhuǎn)速值，但不能修改變量值。

圖4 服務(wù)器側(cè)通信數(shù)據(jù)塊的建立

（三）客戶(hù)端連接及通信系統(tǒng)運(yùn)行

UaExpert 軟件主要用于測(cè)試服務(wù)器的OPC UA 通信功能，同真實(shí)的客戶(hù)端相比，其設(shè)置和使用簡(jiǎn)單、無(wú)須編程。

在軟件操作界面點(diǎn)擊“+”選項(xiàng)，彈出“Add Server”界面，添加相應(yīng)服務(wù)器的地址，如圖5 所示；如果與服務(wù)器連接成功，則可看見(jiàn)對(duì)應(yīng)服務(wù)器提供的通信數(shù)據(jù)地址。客戶(hù)端可訪(fǎng)問(wèn)的變量如圖6 所示。當(dāng)UaExpert 與服務(wù)器連接成功后，將需要訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的數(shù)據(jù)拖曳至UaExpert 的Data Access View 區(qū)域，即可對(duì)服務(wù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。圖7為基于客戶(hù)端仿真的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在線(xiàn)運(yùn)行界面。

圖5 連接服務(wù)器

圖6 可訪(fǎng)問(wèn)的變量

圖7 基于客戶(hù)端仿真的通信系統(tǒng)運(yùn)行界面

三、系統(tǒng)虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)自由

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

有了客戶(hù)端仿真實(shí)驗(yàn)或演示，學(xué)生對(duì)OPC UA 技術(shù)特性及OPC UA 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了整體的了解，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步擴(kuò)充學(xué)習(xí)內(nèi)容，將客戶(hù)端軟件替換為客戶(hù)端載體，并進(jìn)行通信程序的編寫(xiě)。

系統(tǒng)虛擬仿真階段可采用S7-PLCSIM Advanced 仿真器對(duì)OPC UA 通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，仿真調(diào)試完成后再將調(diào)試好的服務(wù)器和客戶(hù)端參數(shù)及程序下載至實(shí)體PLC 中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，可減少試錯(cuò)成本，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。

PLCSIM Advanced 由西門(mén)子公司推出，與TIA Portal 平臺(tái)上的PLCSIM 相比，功能更為豐富，特別是通信仿真方面有了顯著的提升。虛擬的PLC 實(shí)例可以在單臺(tái)PC 上實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PLC 的通信仿真運(yùn)行，在軟件中可建立多個(gè)虛擬PLC實(shí)例，并通過(guò)虛擬網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)PLC之間的通信。

但PLCSIM Advanced 只針對(duì)S7-1500 或ET-200SP 控制器仿真，因此，采用該仿真軟件建立通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，無(wú)論是客戶(hù)端還是服務(wù)器，我們都要選用S7-1500PLC，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D8所示。

圖8 系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

（二）虛擬PLC的建立

在S7-PLCSIM Advanced 軟件中建立兩個(gè)虛擬PLC 實(shí)例，分別做服務(wù)器和客戶(hù)端，完成示例如圖9 所示。選擇通信協(xié)議時(shí)，選用虛擬網(wǎng)卡方式建立虛擬仿真實(shí)例，在軟件的控制面板上將在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)切換至“PLCSIM Virtual Eth.Adapter”；TCP/IP 通信可選擇本地＜Local＞或以太網(wǎng)，其中本地＜Local＞是指選擇虛擬網(wǎng)卡進(jìn)行通信，PLC實(shí)例和TIA Portal均在同一臺(tái)PC中。

圖9 建立客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器實(shí)例

（三）通信系統(tǒng)建立

在虛擬仿真階段，關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)放在TIA Portal 軟件對(duì)客戶(hù)端參數(shù)配置和通信程序編寫(xiě)上，這個(gè)步驟也是實(shí)踐操作中必須要做的。通過(guò)仿真軟件可不斷修改、測(cè)試和完善程序。

在TIA Portal 中，分別建立服務(wù)器和客戶(hù)端，系統(tǒng)硬件組態(tài)示例如圖10 所示。其中，服務(wù)器通信參數(shù)設(shè)置及通信變量建立步驟，與客戶(hù)端仿真實(shí)驗(yàn)中的服務(wù)器建立步驟和內(nèi)容完全相同。

圖10 通信系統(tǒng)硬件組態(tài)

用S7-1500 PLC 做OPC UA 客戶(hù)端時(shí)，同樣需要在CPU 屬性中設(shè)置一些通信參數(shù)，主要通信參數(shù)設(shè)置的流程及內(nèi)容如圖11 所示。采用客戶(hù)端仿真軟件建立OPC UA 通信系統(tǒng)時(shí)，客戶(hù)端側(cè)操作簡(jiǎn)單，只需與服務(wù)器建立連接；但PLC 做客戶(hù)端時(shí)，不僅需要導(dǎo)入服務(wù)器的接口變量，還需要編寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的程序，從而完成客戶(hù)端與服務(wù)器的連接、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)等功能。

圖11 客戶(hù)端主要通信設(shè)置

客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器需要導(dǎo)入的服務(wù)器接口變量，可在服務(wù)器側(cè)OPC UA 屬性中將通信變量表通過(guò)“導(dǎo)出OPC UA XML 文件”導(dǎo)出，并將該文件導(dǎo)入客戶(hù)端接口的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)(讀取列表/寫(xiě)入列表)中。客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器導(dǎo)入的服務(wù)器變量示例如圖12所示。

圖12 客戶(hù)端側(cè)讀寫(xiě)列表建立

（四）通信系統(tǒng)仿真測(cè)試

將TIA Portal 項(xiàng)目中設(shè)置的服務(wù)器、客戶(hù)端PLC 文件夾分別下載至由S7-PLCSIM Advanced軟件設(shè)置的兩個(gè)虛擬PLC實(shí)例中。操作虛擬PLC的步驟與操作真實(shí)PLC 的步驟一致，也需將程序下載至虛擬PLC 中并將其運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整至RUN。如圖13 所示，通過(guò)TIA Portal 軟件在線(xiàn)監(jiān)控通信系統(tǒng)，觀察兩臺(tái)虛擬PLC 通過(guò)OPC UA 技術(shù)通信實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)交互情況，這個(gè)觀察界面與真實(shí)PLC通信界面也是一致的。

圖13 通信系統(tǒng)聯(lián)調(diào)界面

四、實(shí)踐操作，提升專(zhuān)業(yè)技能

（一)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

實(shí)踐操作是對(duì)系統(tǒng)仿真測(cè)試的有力補(bǔ)充。i學(xué)生可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作鞏固所學(xué)知識(shí)，提升專(zhuān)業(yè)技能。在實(shí)踐操作階段，如果PLC 選型與虛擬仿真階段PLC 型號(hào)一致，則可直接將虛擬仿真項(xiàng)目下載至真實(shí)PLC 中；如果服務(wù)器選擇使用S7-1200PLC，按照客戶(hù)端仿真實(shí)驗(yàn)中建立服務(wù)器的步驟重新建立服務(wù)器即可；也可將客戶(hù)端仿真軟件連接至通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多點(diǎn)通信，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D14所示。

圖14 實(shí)踐操作系統(tǒng)模型

(二）通信系統(tǒng)運(yùn)行

采用網(wǎng)線(xiàn)連接PLC 服務(wù)器、客戶(hù)端通信接口，將TIA Portal 軟件中已建立的服務(wù)器、客戶(hù)端文件分別下載至對(duì)應(yīng)的PLC中，并在UaExpert軟件中連接所建立的服務(wù)器IP 地址。系統(tǒng)運(yùn)行后在TIA Portal 軟件中監(jiān)控PLC，在UaExpert 軟件中讀寫(xiě)服務(wù)器PLC 提供的數(shù)據(jù)，實(shí)體客戶(hù)端和仿真客戶(hù)端都可以訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器數(shù)據(jù)。

五、結(jié)語(yǔ)

OPC UA 以其跨網(wǎng)絡(luò)、跨平臺(tái)的通信方式在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中占有舉足輕重的位置，未來(lái)許多智能儀器儀表和控制器會(huì)陸續(xù)支持OPC UA 協(xié)議。使用OPC UA 協(xié)議可以減少通信的中間環(huán)節(jié)，推動(dòng)和優(yōu)化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作效率和工作質(zhì)量。但市場(chǎng)中除主要廠(chǎng)商的控制器支持OPC UA，其他支持OPC UA 的產(chǎn)品并不多見(jiàn)。工業(yè)控制領(lǐng)域中PLC 應(yīng)用廣泛，將PLC 的OPC UA 技術(shù)應(yīng)用及時(shí)補(bǔ)充到高校教學(xué)中，可以使學(xué)生更好地適應(yīng)智能制造新技術(shù)的應(yīng)用需求。

本文基于OPC UA 技術(shù)，利用行業(yè)軟件資源，設(shè)計(jì)了一套切實(shí)可行的客戶(hù)端仿真、系統(tǒng)虛擬仿真、實(shí)踐操作的進(jìn)階學(xué)習(xí)項(xiàng)目，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，為不同水平學(xué)生提供了進(jìn)一步學(xué)習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)。由于PLC 通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)簡(jiǎn)單，主要工作量在服務(wù)器/客戶(hù)端的程序編寫(xiě)與通信系統(tǒng)調(diào)試上，因此采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不失為一種學(xué)習(xí)OPC UA 通信技術(shù)、減少實(shí)驗(yàn)成本的重要手段，如實(shí)驗(yàn)條件允許再通過(guò)實(shí)踐操作來(lái)驗(yàn)證、強(qiáng)化理論知識(shí)，可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和操作技能，有利于培養(yǎng)學(xué)生敢于嘗試、大膽探究和自主創(chuàng)新的能力。