一、 前言

隨著工業(yè) 4.0 的推進(jìn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，推動了制造業(yè)向智能化、柔性化、高效化發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2024 年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超 1.5 萬億元，預(yù)計到 2026 年將突破 2 萬億元，年均復(fù)合增長率達(dá) 18%。

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對相關(guān)專業(yè)人才的需求也日益旺盛。然而，當(dāng)前人才市場上工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的專業(yè)人才供不應(yīng)求，這在一定程度上制約了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步普及和應(yīng)用。職業(yè)院校作為培養(yǎng)技術(shù)技能型人才的重要陣地，肩負(fù)著為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)輸送高素質(zhì)人才的重任。為了滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展對人才的需求，職業(yè)院校急需構(gòu)建一套完善的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)，為學(xué)生提供真實、高效的實踐環(huán)境，提升學(xué)生的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

二、職業(yè)院校面臨的人才培養(yǎng)挑戰(zhàn)

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，行業(yè)對專業(yè)人才的需求急劇增長。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到 2028 年，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域人才缺口將達(dá) 294 萬人 ，智能制造領(lǐng)域人才缺口將達(dá) 370 萬人。這一龐大的人才缺口嚴(yán)重制約了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，也凸顯了職業(yè)院校加強(qiáng)相關(guān)人才培養(yǎng)的緊迫性。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一個融合了多學(xué)科知識和技術(shù)的領(lǐng)域，對人才的技能要求極為復(fù)雜和多元。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人員不僅需要掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三大體系的核心技術(shù)，還要具備在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、標(biāo)識解析、平臺建設(shè)、數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用開發(fā)、安全防護(hù)等多個領(lǐng)域進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、測試驗證、工程實施、運(yùn)營管理和運(yùn)維服務(wù)的能力。

對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維員來說，他們既要像 “全科醫(yī)生” 一樣精通設(shè)備故障診斷與修復(fù)，又要充當(dāng) “智能管家”，確保設(shè)備聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定，實時掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)全生命周期數(shù)據(jù)的可追溯。這種對人才綜合能力的高要求，使得培養(yǎng)合格的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才成為一項挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

然而，當(dāng)前職業(yè)院校在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)中，存在著諸多與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)的問題，尤其是在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，存在著明顯的不足。一方面，教學(xué)設(shè)備陳舊、落后，無法模擬真實的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對實際工作環(huán)境的了解和適應(yīng)能力。許多職業(yè)院校的實訓(xùn)設(shè)備仍停留在傳統(tǒng)工業(yè)自動化階段，無法滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代對智能化、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備的操作和維護(hù)要求。另一方面，實踐教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)實際需求嚴(yán)重脫節(jié)，學(xué)生在實訓(xùn)中所接觸的項目和任務(wù)往往過于簡單和理想化，缺乏對復(fù)雜實際問題的處理能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。此外，實踐教學(xué)師資力量薄弱也是一個突出問題。部分教師缺乏工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的實際工作經(jīng)驗，難以將企業(yè)的新技術(shù)和實踐案例融入到教學(xué)中，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量難以提升。

實訓(xùn)系統(tǒng)作為連接理論教學(xué)與企業(yè)實際需求的橋梁，對于彌補(bǔ)職業(yè)院?，F(xiàn)有教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的不足具有不可替代的重要意義。通過構(gòu)建工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)，職業(yè)院校能夠為學(xué)生提供一個高度仿真的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實踐環(huán)境，讓學(xué)生在模擬真實的工作場景中，進(jìn)行設(shè)備操作、系統(tǒng)維護(hù)、故障診斷等實踐操作，從而有效提升學(xué)生的實際操作能力和問題解決能力。實訓(xùn)系統(tǒng)還能夠引入企業(yè)實際項目和案例，讓學(xué)生參與到真實的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目開發(fā)和實施中，增強(qiáng)學(xué)生的項目經(jīng)驗和團(tuán)隊協(xié)作能力，使學(xué)生在畢業(yè)后能夠迅速適應(yīng)企業(yè)的工作要求，成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的急需人才。

三、實訓(xùn)系統(tǒng)總體設(shè)計

3.1 設(shè)計目標(biāo)與理念

本實訓(xùn)系統(tǒng)旨在培養(yǎng)適應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的高素質(zhì)技術(shù)技能人才，滿足職業(yè)院校工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)專業(yè)教學(xué)需求。設(shè)計遵循以下理念：

產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向：緊密結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實際應(yīng)用場景，涵蓋從設(shè)備層到應(yīng)用層的全鏈條技術(shù)，使學(xué)生在實訓(xùn)中積累真實工作經(jīng)驗，畢業(yè)后能無縫對接企業(yè)崗位。

綜合能力培養(yǎng)：打破傳統(tǒng)單一技能培養(yǎng)模式，融合網(wǎng)絡(luò)搭建、智能控制編程、故障診斷與維護(hù)等多維度能力訓(xùn)練，提升學(xué)生綜合職業(yè)素養(yǎng)。

可持續(xù)發(fā)展：系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)展性和升級性，能夠適應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速迭代，持續(xù)更新實訓(xùn)內(nèi)容與設(shè)備，保障教學(xué)的前瞻性和實用性。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)與功能模塊

實訓(xùn)系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計，自下而上分為設(shè)備層、控制層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層，各層之間通過標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議無縫對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效流通與協(xié)同工作。

設(shè)備層：集成多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如 PLC、傳感器、執(zhí)行器、交換機(jī)等，模擬真實工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜設(shè)備環(huán)境，學(xué)生可進(jìn)行設(shè)備選型、安裝、調(diào)試等操作，掌握設(shè)備互聯(lián)互通基礎(chǔ)技能。

控制層：以工業(yè)控制器為核心，配備多種編程軟件，支持主流編程語言，學(xué)生可在此層進(jìn)行智能控制程序開發(fā)，實現(xiàn)設(shè)備自動化控制，如基于 PLC 的生產(chǎn)流程控制、機(jī)器人運(yùn)動控制等，培養(yǎng)編程與控制能力。

數(shù)據(jù)層：部署數(shù)據(jù)采集與處理單元，實時收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)清洗、存儲、分析等操作，挖掘數(shù)據(jù)價值，為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持，同時培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)處理與分析能力。

應(yīng)用層：開發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用場景，如智能生產(chǎn)監(jiān)控、質(zhì)量檢測、能源管理等，學(xué)生可在此層進(jìn)行系統(tǒng)集成與應(yīng)用開發(fā)，將所學(xué)知識綜合運(yùn)用到實際項目中，提升解決復(fù)雜問題能力。

四、軟件資源與教學(xué)支持

4.1 實訓(xùn)軟件功能

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)配備的軟件資源是實現(xiàn)高效教學(xué)與實訓(xùn)的關(guān)鍵工具，其功能設(shè)計緊密圍繞實訓(xùn)目標(biāo)展開，具備以下特點(diǎn)：

設(shè)備仿真與虛擬化：軟件能夠模擬各類工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括 PLC、傳感器、執(zhí)行器等。通過虛擬化技術(shù)，學(xué)生可以在軟件環(huán)境中進(jìn)行設(shè)備的選型、配置和調(diào)試操作，無需依賴大量實體設(shè)備。

編程與調(diào)試支持：軟件提供多種主流編程語言的開發(fā)環(huán)境，支持學(xué)生進(jìn)行智能控制程序的編寫和調(diào)試。例如，對于 PLC 編程，軟件提供梯形圖、功能塊圖、指令表等多種編程方式，學(xué)生可以根據(jù)自己的習(xí)慣選擇合適的編程語言。同時，軟件具備代碼高亮、語法檢查、斷點(diǎn)調(diào)試等功能，幫助學(xué)生快速發(fā)現(xiàn)和糾正編程錯誤，提高編程效率和質(zhì)量。

故障模擬與診斷：軟件能夠模擬工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中常見的故障場景，如硬件故障、軟件故障、通信故障等。學(xué)生可以在軟件環(huán)境中進(jìn)行故障診斷與排除的實訓(xùn)操作，通過觀察故障現(xiàn)象、分析故障原因、采取修復(fù)措施等步驟，提高故障處理能力。

數(shù)據(jù)采集與分析：軟件具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能，能夠?qū)崟r收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲和分析。學(xué)生可以通過軟件界面查看數(shù)據(jù)的實時變化趨勢，利用數(shù)據(jù)分析工具挖掘數(shù)據(jù)中的潛在信息。

4.2 教學(xué)資源庫建設(shè)

為確保工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)的教學(xué)效果，建立完善且豐富的教學(xué)資源庫至關(guān)重要，其內(nèi)容涵蓋以下幾個方面：

實訓(xùn)教材與指導(dǎo)書：編寫與實訓(xùn)系統(tǒng)配套的教材和指導(dǎo)書，詳細(xì)闡述實訓(xùn)項目的背景、目標(biāo)、步驟、注意事項等內(nèi)容。教材內(nèi)容結(jié)合實際工業(yè)案例，采用圖文并茂、通俗易懂的方式呈現(xiàn)，使學(xué)生能夠快速理解和掌握實訓(xùn)要點(diǎn)。

多媒體教學(xué)資源：制作大量的多媒體教學(xué)資源，如教學(xué)視頻、動畫、課件等。教學(xué)視頻可以展示設(shè)備的實際操作過程、故障排除實例、工業(yè)應(yīng)用場景等，使學(xué)生更直觀地了解實訓(xùn)內(nèi)容。案例庫與項目庫：收集整理大量的實際工業(yè)案例，形成案例庫。案例庫中的案例涵蓋不同行業(yè)、不同規(guī)模的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，每個案例都詳細(xì)描述了項目背景、技術(shù)方案、實施過程、效果評估等內(nèi)容。學(xué)生可以通過分析案例，了解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，學(xué)習(xí)技術(shù)和管理經(jīng)驗。同時，建立項目庫，為學(xué)生提供真實的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)項目實踐機(jī)會。項目庫中的項目根據(jù)難易程度和實訓(xùn)目標(biāo)進(jìn)行分類，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度選擇合適的項目進(jìn)行實踐，提高解決實際問題的能力。

在線學(xué)習(xí)平臺：搭建在線學(xué)習(xí)平臺，將教學(xué)資源庫中的所有資源進(jìn)行整合與共享。學(xué)生可以通過平臺自主學(xué)習(xí)，觀看教學(xué)視頻、閱讀教材、下載課件、參與在線討論等。平臺還具備在線測試功能，學(xué)生可以進(jìn)行自我檢測，了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和掌握程度。教師可以通過平臺發(fā)布教學(xué)任務(wù)、布置作業(yè)、批改作業(yè)、與學(xué)生進(jìn)行互動交流等，實現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)模式。在線學(xué)習(xí)平臺的使用提高了教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，打破了時間和空間的限制，使學(xué)生能夠隨時隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

五、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)室設(shè)計效果圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)室效果圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)室效果圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)室效果圖