Удаленный доступ к интерактивному учебно-научному комплексу на базе сети рентгеновских установок – рефлектометра, спектрометра и рентгеноакустического дифрактометра

Общие сведения о проекте: Работа выполнена в  рамках федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы», государственный контракт № 16.647.12.2041 от 15.07.2011 г., период  выполнения: 15.07.2011 – 01.12.2011 г.

Головной Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН.

Телефон для справок: (499)135-61-50,  Благов Александр Евгеньевич

Наименование темы «Создание функционирующего в режиме удаленного доступа интерактивного учебно-научного комплекса на базе сети рентгеновских установок – рефлектометра, спектрометра и рентгеноакустического дифрактометра»

Целью работы является создание функционирующего в режиме удаленного доступа  интерактивного учебно-научного комплекса на базе сети рентгеновских установок – рефлектометра, спектрометра и рентгеноакустического дифрактометра (УНК рентгеновских установок), позволяющих проводить многостороннюю структурную характеризацию поверхностных и объемных свойств различных наноматериалов и наносистем взаимодополняющими методами: стоячих рентгеновских волн, многоволновой дифракции, рентгенофлуоресцентного анализа, дифракции при наложении ультразвуковых полей, рефлектометрии и малоуглового рассеяния. Создание эффективных обучающих методик, учебных материалов и лабораторных работ для студентов, аспирантов и участников национальной нанотехнологической сети в соответствии с тематикой проекта.

Основное внимание при разработке учебно-научного комплекса уделено реализации обучающих методик, полнофункциональных симуляторов, генераторов экспериментальных данных и достижению удаленного доступа. Решение указанных задач осуществлено за счет повышения степени первичной управляемости установок, построения локальной сети, связывающей отдельные установки, и реализации дистанционного обучения и планирования измерений.

Адрес ресурса: http://biocrystal.kiae.ru/remotecrystal/Enter.aspx

Для работы с системой необходимо пройти регистрацию. После проверки регистрационных данных модератором, Вам будет выслан логин и пароль для входа.

Пользователи учебно-научного комплекса  (студенты, аспиранты, научные сотрудники или слушатели курсов повышения квалификации кадров) в соответствии с разработанными методиками обучения могут выполнять шесть различных научно-исследовательских задач посредством удаленного доступа:

• Рентгенофлуоресцентный анализ
• Стоячие рентгеновские волны
• Малоугловое рассеяние
• Рентгеновская рефлектометрия
• Квазимноговолновая дифрактометрия
• Дифрактометрия с наложением ультразвуковых полей.

Архитектура системы удаленного доступа к комплексу.

Система удаленного доступа состоит из двух подсистем: обучающей и экспериментальной.
Обучающая часть содержит:

• Библиотеку литературы по тематикам, связанным с проведением анализа материалов рентгеновскими методами (с возможностью дополнения собственным материалом);
• Руководства пользователя отдельными компонентами комплекса – рентгеновскими установками;
• Инструкции и методики работы с комплексом и обучения на нем;
• Симулятор работы  рентгеновских установок;
• Учебные фильмы, демонстрирующие приемы подготовки рентгеновской техники к работе и их  работу в ходе реального эксперимента;
• Систему тестов для контроля закрепления материала и доступа к экспериментальному оборудованию.

Экспериментальная часть позволяет:

• Хранить данные о пользователе (его проектах, объектах, сценариях эксперимента и пр.);
• Выполнять реальный эксперимент;
• Контролировать ход эксперимента (включая управление комплексом);
• Производить мониторинг результатов эксперимента в реальном времени.

В архитектуре разработанной системы можно выделить четыре связанных между собой основные компоненты: систему дистанционного обучения, систему подготовки и ведения эксперимента, систему просмотра результатов эксперимента и симулятор работы комплекса.
Интерфейс системы является адаптивным и его отображение зависят от прав и роли пользователя. Однако общая структура интерфейса является единой для всех пользователей и состоит из функционального меню. 

Рис. 1. Интерфейс системы

Система дистанционного обучения предназначена для создания, хранения и управления обучающими материалами, включая видео-аудио материалы, шаблоны алгоритмов взаимодействия с системой, обучающие виртуальные туры, интерактивное тестирование. Система состоит из трех подсистем: "цифровая библиотека", "контроль знаний" и "организация учебного процесса". Вид цифровой библиотеки системы обучения показан на Рисунке 2.

Рис. 2. Интерфейс системы дистанционного обучения

Система подготовки экспериментов представляет собой гибкий интерфейс для работы с базами данных экспериментов и образцов. Пользователь может обращаться к банку образцов и экспериментов, вводить новые образцы и создавать новые сценарии экспериментов. При создании сценария предоставляется возможность выбора реального или виртуального эксперимента.

Рис. 3. Интерфейс образцов и экспериментов.

Симулятор предназначен для эмуляции настройки и работы рентгеновских установок в процессе проведения экспериментов. Он полностью копирует внешний вид и функционал рентгеновских приборов, подключен к базам данных образцов и экспериментов и позволяет проводить симуляцию экспериментальных исследований (рис. 4.) в режиме реального времени.

Рис. 4 – Интерфейс симулятора учебно-научного комплекса.

Система проведения реального эксперимента предназначена для заказа времени работы (сессии) с комплексом. В заказе на проведение эксперимента указывается категория работы, время и продолжительность сессии (Рисунок 5). После заказа администратор комплекса подтверждает выбранное время или переносит/отменяет сессию с уведомлением пользователя (в случае возникновения проблем).

Рис. 5 - Общее расписание экспериментов

Рекомендации:

Разработанный комплекс позволяет проводить многостороннюю структурную характеризацию поверхностных и объемных свойств различных наноматериалов и наносистем взаимодополняющими методами: стоячих рентгеновских волн, многоволновой дифракции, рентгенофлуоресцентного анализа, дифракции при наложении ультразвуковых полей, рефлектометрии и малоуглового рассеяния.

Применение учебно-научного комплекса в обучающем процессе и для проведения научных исследований позволит улучшить качество подготовки квалифицированных инженеров и исследователей и даст возможность научным коллективам включать комплекс рентгеновских методов в свои исследовательские работы, повышая тем самым их уровень и эффективность.

Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН