一、前言
面對新一輪制造業數字化的技術浪潮以及引起的產業變革，高校的人才培養也面臨著新的挑戰，一方面是教育本身如何運用信息化技術升級？另一方面是如何抓住企業痛點，制定出適應性強的教學方案，培養符合產業需要的數字化人才，同時培養一批匹配新型技術要求的雙師型教師，打造出特色學科提高學校的核心競爭力。
新一輪的技術變革不僅會引起制造業的變革，也會對社會的方方面面影響深遠。尤其是對最具前瞻性的教育，將會是一場重大的挑戰。同時，也瞬間催生出新的人才需求，既要掌握本專業行業知識，又要掌握OT、IT、DT等信息化技術的復合型人才。
高等職業教育要實現信息化融合面臨以下四方面問題：
第一：課程培養體系與新型企業人才需求匹配問題；
第二：信息化變革背景下教學資源、實訓設備缺失問題；
第三：為適應新技術要求的雙師型教師培訓問題；
第四：教育教學本身如何利用信息化技術問題。
為解決以上問題，首先在思想層面要充分認識本次技術變革的重要性和劃時代的意義，其次要引入先進的信息化技術搭建匹配企業人才需求的課程體系，再次要升級實訓設備，更新教學資源，加大信息化投入，最后還需要加大對教師的信息化素質培訓。
本輪信息化技術變革以及其引起的產業變革，其內生動力，核心是利用創新提高效率，創造價值，進而提升企業的核心競爭力。其外在驅動是新興技術的長足進步，尤其是工業互聯網、5G、云計算、大數據、自動化、人工智能等技術發展以及成熟應用，使得制造業生產在線化、數字化，并衍生出一系列從原材料供應、生產管理、品質管理、工藝提升、倉儲物流、產業鏈協同、售后維護的信息化應用工具，幫助企業實現降本節能、提質增效。
新型技術工業互聯網平臺是核心，網絡是基礎。工業互聯網平臺是面向制造業數字化、網絡化和智能化需求，構建起海量數據采集、匯集、分析的體系，是支撐制造泛在連接、彈性供給、高效配置的載體，其核心要素包括數據采集體系、工業PaaS平臺即“平臺即服務”平臺、應用服務體系。
通過以上制造業的實際需求和未來技術演進路徑，作為教育要具有技術先進性和前瞻性，培養出適應時代需求的優質學生，方案在技術上也需要遵循平臺是核心、教學實訓是基礎、教學方法論是深度推行的保障。
二、方案概述
本方案主要包含三個部分：
1）基于數字雙胞胎的教學實訓工業互聯網平臺
本方案主要基于極簡工業平臺搭建一個教學實訓的工業互聯平臺，平臺架構基于數字雙胞胎，可進行水平擴充，滿足智能制造的典型應用場景，并能有豐富的數據接口，可以與MES、ERP、WMS等系統無縫對接。平臺支持移動APP、大屏網頁、支持實時監視、遠程控制、邊緣計算、數據分析等。
2）傳統實訓室的數字化改造
在教學實訓工業互聯網平臺基礎上可實現傳統實訓室的數字化改造，把原來實訓室設備接入到工業互聯網平臺，進行工業互聯網教學、實訓、科研。
3）工業互聯網實訓系統
搭建一個涵蓋工業互聯網基礎技術智能實訓室，囊括OT、IT、DT等多領域知識。其中包括物聯網技術、工業總線技術、協議轉換、邊緣計算、數據傳輸、無線網絡技術、設備建模、工廠建模、手機APP開發、大屏開發、遠程監控、數據統計分析、遠程運維、數字駕駛艙、數字工位、生產管理MES以及新一代工業互聯應用的核心基礎技術等。
系統方案架構圖
三、工業互聯網實訓系統
1）基于數字雙胞胎的教育實訓云平臺
利用目前最為先進的邊云協同架構，為學校搭建一套大數據云平臺，此平臺可進行日常教學、實訓、科研、競爭以及產學研合作等。極簡工業平臺，是一套工業互聯網云操作系統，包含6個系列硬件，8套工具化SaaS軟件，構建成一個IT、OT、DT融合的工具平臺。平臺能力單組服務器可支撐100萬設備100ms的實時性，支持水平擴充，是目前國內技術最為領先的工業互聯網平臺。極簡工業平臺目前注冊開發者2.7萬多人，在建項目1600多個，累計額連接設備數量10萬多臺，應用企業1000多家，平臺積累的設備模型3萬多個。
工業互聯網平臺架構圖
工業互聯網平臺工具軟件
應用案例圖
2）實訓室數字化改造
此部分主要是對原有實訓室進行數字化改造，把傳統設備升級為數字化設備，對數控機床、PLC和自動化生產線等實訓室進行智能化改造。利用傳感器、邊緣計算、大數據和工業互聯網技術改造實訓室的實訓設備和教學基礎設施，實現遠程監視、遠程控制、遠程維護、多設備協同、生產管理等功能。在每臺設備上加裝一套數字化改造套裝，由邊緣計算網關和數字工位量部分組成。
實訓室數字化改造架構圖
3）工業互聯網實訓基礎技術實訓室
本實訓室主要由極簡工業自主開發的工業互聯網設備組成。工業互聯網設備主要由邊緣計算網關單元、常見工業控制總線單元、常見無線通訊網絡單元、常見工業控制執行單元、數字工位單元組成。
主要教學實訓功能：
01
常見通訊協議轉換，如Modbus-RTU、TCP、UDP，西門子S7、PPI、三菱計算機鏈接、MC、編程口、歐姆龍FINS Hostlink、松下Mewtocol協議、GE Controlnet、Ethernet/IP、DH+、DH協議以及自由通訊協議、非標協議
02
常見工業總線搭建，包含物理鏈路RS485、CAN、以太網，通訊協議等
03
常見無線通訊網絡組網，如WiFi、433M、lora、zigbee、4G、5G等
04
常見工業控制執行單元，DIDO、AIAO、電機、變頻、儀器儀表、傳感器等
05
邊緣計算單元，數據處理、數據匯聚、數據邏輯計算、常見邊緣算法等
06
數字工位單元，人機交互、生產協同、生產管理、邊緣協同等
07
手機APP搭建，基于工具化的二次開發軟件，快速構建手機APP，實現遠程監視、遠程控制、實時數據、實時曲線、歷史曲線、數據分析等
08
大屏網頁搭建，設備建模、實現遠程監視、遠程控制、實時數據、實時曲線、歷史曲線、數據分析等
四、教學實訓
實訓教學系統涵蓋工業互聯網與智能制造結合應用的全部基礎技術，主要包括以下實訓大類，每個大類有完善的實訓教學點支撐：
- 工業通訊協議與數據采集實訓
- 工業總線實訓
- 通訊協議解析與適配實訓
- 無線通訊網絡實訓
- 工業通訊協議教學實訓
- 邊緣計算實訓
- 工業APP搭建實訓
- 透明工廠搭建實訓
- 數字雙胞胎技術實訓
- 設備建模實訓
- 5G+工業互聯網行業應用實訓
- 大數據分析實訓
- 工廠可視化平臺搭建實訓
- 生產管理MES系統實訓
- 精益生產實訓
- 數字雙胞胎教學實訓
- 邊緣計算應用教學實訓
- 遠程控制教學實訓
- 數據分析教學實訓
- 電子看板教學實訓
- 稼動率、OEE生產效率教學實訓
- MES教學與實訓等
五、教育案例
六、極簡工業概述
工業互聯網作為制造業的轉型升級的核心抓手，也具有技術跨度大、門檻高、行業屬性強等特點，核心技術涉及OT、IT、DT技術以及行業知識。要讓傳統制造企業快速擁抱工業互聯網，就需要一套傳統制造業企業用得起、用得了、用得好、能切實發揮價值的工業互聯網解決方案。
深圳市老狗科技有限公司核心團隊從事國產完全自主知識產權控制系統近20年，并參與主導國家核高基項目，控制系統廣泛應用于軍工、軌道交通、石油石化、智能裝備、水務、樓宇等300多個行業，實施過深圳機場等大型工業物聯網平臺項目、獨立研發了軍工裝備仿真測試系統，積累了工業互聯網平臺必備OT、IT、DT、仿真技術以及行業知識、數據安全等核心關鍵技術。
老狗科技運用目前國內最為先進的端云一體架構、搭建基于Hadoop的大數據平臺，并開發出面向傳統制造業的一站式工具化極簡工業平臺，包含6個系列硬件、8套工具軟件。極簡工業平臺目前注冊開發者2.7萬多人，在建項目1600多個，累計連接設備數量10萬多臺，應用企業1000多家，平臺積累的設備模型3萬多個。廣泛應用于比亞迪、聯塑、格力、伊之密、戰勝集團、海爾、創維、聯通等各個行業龍頭企業，是目前最受歡迎的涵蓋核心硬件、平臺、SaaS化軟件為一體工業互聯網完全自主知識產權的平臺。
極簡工業工具化、極簡化、生態化的特點，大大降低了工業互聯的技術門檻及應用成本，提升了工業互聯網的數據價值。利用最為先進的邊云協同技術解決了OT與IT融合問題、利用虛擬設備技術解決行業工藝與工業互聯網融合問題、利用了工業大數據技術解決了工業數據價值挖掘技術，為推進兩化融合和工業互聯網做出了重大的貢獻。
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