发布日期：2022/2/23

一、前言

面对新一轮制造业数字化的技术浪潮以及引起的产业变革，高校的人才培养也面临着新的挑战，一方面是教育本身如何运用信息化技术升级？另一方面是如何抓住企业痛点，制定出适应性强的教学方案，培养符合产业需要的数字化人才，同时培养一批匹配新型技术要求的双师型教师，打造出特色学科提高学校的核心竞争力。

新一轮的技术变革不仅会引起制造业的变革，也会对社会的方方面面影响深远。尤其是对最具前瞻性的教育，将会是一场重大的挑战。同时，也瞬间催生出新的人才需求，既要掌握本专业行业知识，又要掌握OT、IT、DT等信息化技术的复合型人才。

高等职业教育要实现信息化融合面临以下四方面问题：

第一：课程培养体系与新型企业人才需求匹配问题；

第二：信息化变革背景下教学资源、实训设备缺失问题；

第三：为适应新技术要求的双师型教师培训问题；

第四：教育教学本身如何利用信息化技术问题。

为解决以上问题，首先在思想层面要充分认识本次技术变革的重要性和划时代的意义，其次要引入先进的信息化技术搭建匹配企业人才需求的课程体系，再次要升级实训设备，更新教学资源，加大信息化投入，最后还需要加大对教师的信息化素质培训。

本轮信息化技术变革以及其引起的产业变革，其内生动力，核心是利用创新提高效率，创造价值，进而提升企业的核心竞争力。其外在驱动是新兴技术的长足进步，尤其是工业互联网、5G、云计算、大数据、自动化、人工智能等技术发展以及成熟应用，使得制造业生产在线化、数字化，并衍生出一系列从原材料供应、生产管理、品质管理、工艺提升、仓储物流、产业链协同、售后维护的信息化应用工具，帮助企业实现降本节能、提质增效。

新型技术工业互联网平台是核心，网络是基础。工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化和智能化需求，构建起海量数据采集、汇集、分析的体系，是支撑制造泛在连接、弹性供给、高效配置的载体，其核心要素包括数据采集体系、工业PaaS平台即“平台即服务”平台、应用服务体系。

通过以上制造业的实际需求和未来技术演进路径，作为教育要具有技术先进性和前瞻性，培养出适应时代需求的优质学生，方案在技术上也需要遵循平台是核心、教学实训是基础、教学方法论是深度推行的保障。

二、方案概述

本方案主要包含三个部分：

1）基于数字双胞胎的教学实训工业互联网平台

本方案主要基于极简工业平台搭建一个教学实训的工业互联平台，平台架构基于数字双胞胎，可进行水平扩充，满足智能制造的典型应用场景，并能有丰富的数据接口，可以与MES、ERP、WMS等系统无缝对接。平台支持移动APP、大屏网页、支持实时监视、远程控制、边缘计算、数据分析等。

2）传统实训室的数字化改造

在教学实训工业互联网平台基础上可实现传统实训室的数字化改造，把原来实训室设备接入到工业互联网平台，进行工业互联网教学、实训、科研。

3）工业互联网实训系统

搭建一个涵盖工业互联网基础技术智能实训室，囊括OT、IT、DT等多领域知识。其中包括物联网技术、工业总线技术、协议转换、边缘计算、数据传输、无线网络技术、设备建模、工厂建模、手机APP开发、大屏开发、远程监控、数据统计分析、远程运维、数字驾驶舱、数字工位、生产管理MES以及新一代工业互联应用的核心基础技术等。

 

系统方案架构图

三、工业互联网实训系统

1）基于数字双胞胎的教育实训云平台

利用目前最为先进的边云协同架构，为学校搭建一套大数据云平台，此平台可进行日常教学、实训、科研、竞争以及产学研合作等。极简工业平台，是一套工业互联网云操作系统，包含6个系列硬件，8套工具化SaaS软件，构建成一个IT、OT、DT融合的工具平台。平台能力单组服务器可支撑100万设备100ms的实时性，支持水平扩充，是目前国内技术最为领先的工业互联网平台。极简工业平台目前注册开发者2.7万多人，在建项目1600多个，累计额连接设备数量10万多台，应用企业1000多家，平台积累的设备模型3万多个。

工业互联网平台架构图

工业互联网平台工具软件

 

应用案例图

2）实训室数字化改造

此部分主要是对原有实训室进行数字化改造，把传统设备升级为数字化设备，对数控机床、PLC和自动化生产线等实训室进行智能化改造。利用传感器、边缘计算、大数据和工业互联网技术改造实训室的实训设备和教学基础设施，实现远程监视、远程控制、远程维护、多设备协同、生产管理等功能。在每台设备上加装一套数字化改造套装，由边缘计算网关和数字工位量部分组成。

 

实训室数字化改造架构图

3）工业互联网实训基础技术实训室

本实训室主要由极简工业自主开发的工业互联网设备组成。工业互联网设备主要由边缘计算网关单元、常见工业控制总线单元、常见无线通讯网络单元、常见工业控制执行单元、数字工位单元组成。

 

 

主要教学实训功能：

01

常见通讯协议转换，如Modbus-RTU、TCP、UDP，西门子S7、PPI、三菱计算机链接、MC、编程口、欧姆龙FINS Hostlink、松下Mewtocol协议、GE Controlnet、Ethernet/IP、DH+、DH协议以及自由通讯协议、非标协议

02

常见工业总线搭建，包含物理链路RS485、CAN、以太网，通讯协议等

03

常见无线通讯网络组网，如WiFi、433M、lora、zigbee、4G、5G等

04

常见工业控制执行单元，DIDO、AIAO、电机、变频、仪器仪表、传感器等

05

边缘计算单元，数据处理、数据汇聚、数据逻辑计算、常见边缘算法等

06

数字工位单元，人机交互、生产协同、生产管理、边缘协同等

07

手机APP搭建，基于工具化的二次开发软件，快速构建手机APP，实现远程监视、远程控制、实时数据、实时曲线、历史曲线、数据分析等

08

大屏网页搭建，设备建模、实现远程监视、远程控制、实时数据、实时曲线、历史曲线、数据分析等

四、教学实训

实训教学系统涵盖工业互联网与智能制造结合应用的全部基础技术，主要包括以下实训大类，每个大类有完善的实训教学点支撑：

• 工业通讯协议与数据采集实训
• 工业总线实训
• 通讯协议解析与适配实训
• 无线通讯网络实训
• 工业通讯协议教学实训
• 边缘计算实训
• 工业APP搭建实训
• 透明工厂搭建实训
• 数字双胞胎技术实训
• 设备建模实训
• 5G+工业互联网行业应用实训
• 大数据分析实训
• 工厂可视化平台搭建实训
• 生产管理MES系统实训
• 精益生产实训
• 数字双胞胎教学实训
• 边缘计算应用教学实训
• 远程控制教学实训
• 数据分析教学实训
• 电子看板教学实训
• 稼动率、OEE生产效率教学实训
• MES教学与实训等

五、教育案例

 

 

 

六、极简工业概述

工业互联网作为制造业的转型升级的核心抓手，也具有技术跨度大、门槛高、行业属性强等特点，核心技术涉及OT、IT、DT技术以及行业知识。要让传统制造企业快速拥抱工业互联网，就需要一套传统制造业企业用得起、用得了、用得好、能切实发挥价值的工业互联网解决方案。

深圳市老狗科技有限公司核心团队从事国产完全自主知识产权控制系统近20年，并参与主导国家核高基项目，控制系统广泛应用于军工、轨道交通、石油石化、智能装备、水务、楼宇等300多个行业，实施过深圳机场等大型工业物联网平台项目、独立研发了军工装备仿真测试系统，积累了工业互联网平台必备OT、IT、DT、仿真技术以及行业知识、数据安全等核心关键技术。

老狗科技运用目前国内最为先进的端云一体架构、搭建基于Hadoop的大数据平台，并开发出面向传统制造业的一站式工具化极简工业平台，包含6个系列硬件、8套工具软件。极简工业平台目前注册开发者2.7万多人，在建项目1600多个，累计连接设备数量10万多台，应用企业1000多家，平台积累的设备模型3万多个。广泛应用于比亚迪、联塑、格力、伊之密、战胜集团、海尔、创维、联通等各个行业龙头企业，是目前最受欢迎的涵盖核心硬件、平台、SaaS化软件为一体工业互联网完全自主知识产权的平台。

极简工业工具化、极简化、生态化的特点，大大降低了工业互联的技术门槛及应用成本，提升了工业互联网的数据价值。利用最为先进的边云协同技术解决了OT与IT融合问题、利用虚拟设备技术解决行业工艺与工业互联网融合问题、利用了工业大数据技术解决了工业数据价值挖掘技术，为推进两化融合和工业互联网做出了重大的贡献。