工業(yè)APP課程對(duì)高職智能制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)教育的影響及對(duì)策

□周 虹

目前，國(guó)內(nèi)高職院校開(kāi)設(shè)的智能制造相關(guān)專(zhuān)業(yè)，課程體系中很少涉及工業(yè)APP類(lèi)的課程。相較于國(guó)際，我國(guó)工業(yè)APP無(wú)論是理論研究還是實(shí)踐操作，已處于提出和發(fā)展較晚的境地。如何在高校智能制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)中開(kāi)設(shè)工業(yè)APP類(lèi)課程，抓住啟動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的“金鑰匙”，由此打開(kāi)“人工智能先進(jìn)制造”入口，緊跟國(guó)際形式，成為當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。

一、工業(yè)APP國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

(一)國(guó)內(nèi)研究狀況。2017年12月，中國(guó)工業(yè)APP聯(lián)盟揭牌。發(fā)起單位包括阿里云、樹(shù)根互聯(lián)等IT企業(yè)以及船舶、航空、電子、核工業(yè)等領(lǐng)域的軍工巨頭，充分說(shuō)明具有最強(qiáng)研制實(shí)力的中國(guó)制造企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到工業(yè)APP的重要性。2018年5月，中國(guó)第一屆工業(yè)App創(chuàng)新應(yīng)用大賽在天津舉行，對(duì)于推動(dòng)工業(yè)APP培育，具有重要的促進(jìn)作用。2018年4月25日，“工業(yè)互聯(lián)智造未來(lái)——2018工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)高峰論壇·湖南站”在長(zhǎng)沙舉行。此次論壇是在國(guó)家大力推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)、支撐智能制造戰(zhàn)略落地的大背景下進(jìn)行的。會(huì)議明確提出，以工業(yè)APP為實(shí)現(xiàn)價(jià)值的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是智能制造支撐的重點(diǎn)所在。

(二)國(guó)外研究狀況。2016年，德國(guó)人Kulvatunyou在其論文中首先提出工業(yè)APP應(yīng)該成為智能制造的組成部分(Smart Manufacturing-enabling composable apps)[1]。隨后，美國(guó)人Dinar將工業(yè)APP在智能制造體系中的地位提升到新的高度：工業(yè)APP是將推動(dòng)智能制造發(fā)生新的革命。從2016年開(kāi)始，美國(guó)開(kāi)始提出融入工業(yè)APP后的智能制造新框架。Lawson拿到了工業(yè)APP商店的專(zhuān)利，Barkley提出了工業(yè)APP數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新模型-流式機(jī)器數(shù)據(jù)，Volkmann提出了全新的智能制造體系，并將工業(yè)APP的用途劃分為設(shè)計(jì)輔助、制造輔助、物流輔助和銷(xiāo)售輔助4個(gè)模塊。

二、工業(yè)APP高職課程對(duì)策研究

(一)適合高職學(xué)生學(xué)習(xí)的工業(yè)APP知識(shí)體系研究。按照建構(gòu)主義課程開(kāi)發(fā)思想，挖掘出目前較為流行的工業(yè)APP開(kāi)發(fā)平臺(tái)，如美國(guó)GE的Predix、德國(guó)西門(mén)子公司的MindSphere、中國(guó)航天科工的INDICS、三一重工的樹(shù)根、以及阿里云的supET APP背后的知識(shí)和技術(shù)體系，為工業(yè)APP課程內(nèi)容開(kāi)發(fā)做準(zhǔn)備。工業(yè)APP是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)云平臺(tái)、移動(dòng)APP三大技術(shù)的綜合運(yùn)用。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的類(lèi)型和接口、工業(yè)云平臺(tái)應(yīng)用將主要涵蓋數(shù)據(jù)接口與轉(zhuǎn)換技術(shù)以及基于大數(shù)據(jù)的人工智能工具應(yīng)用。移動(dòng)APP應(yīng)用開(kāi)發(fā)作為展示層，重點(diǎn)要掌握基本的程序邏輯設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)技術(shù)。在此架構(gòu)體系下，按照夠用、實(shí)用的高職教學(xué)理念進(jìn)行知識(shí)過(guò)濾，得到適合高職學(xué)生學(xué)習(xí)的工業(yè)APP開(kāi)發(fā)知識(shí)體系。

(二)《工業(yè)APP應(yīng)用與開(kāi)發(fā)》課程在智能制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)中的定位與課程內(nèi)容重構(gòu)。得到知識(shí)和技術(shù)體系架構(gòu)后，將進(jìn)行課程定位和內(nèi)容重構(gòu)。《工業(yè)APP應(yīng)用與開(kāi)發(fā)》課程是一門(mén)典型的包含網(wǎng)絡(luò)、軟件和數(shù)據(jù)的綜合課程。目前智能制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)包括機(jī)電一體化技術(shù)、智能控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)等專(zhuān)業(yè)。與工業(yè)APP相關(guān)的課程主要有PLC控制技術(shù)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、工業(yè)視覺(jué)應(yīng)用技術(shù)等課程。通過(guò)分析橫向和縱向相關(guān)課程，得到《工業(yè)APP應(yīng)用與開(kāi)發(fā)》課程在專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)體系中的準(zhǔn)確定位，并由此進(jìn)行內(nèi)容重構(gòu)，得到更科學(xué)、合理的融合工業(yè)APP的智能制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程架構(gòu)。

(三)《工業(yè)APP應(yīng)用與開(kāi)發(fā)》課程的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)搭建。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，課題組經(jīng)過(guò)一年多的探索，已初步建成簡(jiǎn)易工業(yè)云平臺(tái)。第四項(xiàng)研究任務(wù)便是在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)展平臺(tái)建設(shè)，以保證3個(gè)班級(jí)能同時(shí)在線(xiàn)使用，滿(mǎn)足課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求。圖1圖2為自主開(kāi)發(fā)工業(yè)云平臺(tái)首頁(yè)截圖和二維碼圖片。

(四)《工業(yè)APP應(yīng)用與開(kāi)發(fā)》課程學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建。以研究得出的課程體系和課程標(biāo)準(zhǔn)作理論依據(jù)、以自主開(kāi)發(fā)的工業(yè)云平臺(tái)作實(shí)訓(xùn)保障、以工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專(zhuān)業(yè)的班級(jí)為試點(diǎn)進(jìn)行具體的教學(xué)實(shí)施。在實(shí)施過(guò)程中將根據(jù)教學(xué)效果隨時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，得到最優(yōu)的課程學(xué)習(xí)模型。

圖2 自主開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易工業(yè)云平臺(tái)首頁(yè)二維碼

三、實(shí)現(xiàn)方法及創(chuàng)新點(diǎn)

經(jīng)過(guò)在學(xué)校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行教學(xué)試點(diǎn)，根據(jù)實(shí)踐情況和學(xué)習(xí)效果分析，不斷對(duì)學(xué)習(xí)模型進(jìn)行修正改進(jìn)，以探究本學(xué)習(xí)模型的有效性。

(一)技術(shù)創(chuàng)新。課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的工業(yè)云平臺(tái)，雖然有5大商業(yè)化工業(yè)云平臺(tái)，但收費(fèi)很高，不可能直接用于教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，自主架設(shè)了簡(jiǎn)易云平臺(tái)。以Python為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，在Django軟件架構(gòu)和騰訊云平臺(tái)上搭建簡(jiǎn)易工業(yè)云服務(wù)器；利用ModbusTcp-python工具，搭建工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；利用Google開(kāi)源人工智能工具sklearn搭建工業(yè)大數(shù)據(jù)分析模塊；利用APP Inventor在線(xiàn)APP開(kāi)發(fā)平臺(tái)，把云平臺(tái)與手機(jī)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的使用手機(jī)進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的查詢(xún)與控制。

(二)研究方法和應(yīng)用創(chuàng)新。利用泛雅、學(xué)習(xí)通和自建的工業(yè)云等多個(gè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)深度學(xué)習(xí)。在校內(nèi)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)《工業(yè)APP應(yīng)用與開(kāi)發(fā)》課程的實(shí)施來(lái)驗(yàn)證課程學(xué)習(xí)模型的有效性和科學(xué)性。并根據(jù)教學(xué)評(píng)價(jià)反饋不斷改進(jìn)，最終得到適合的教學(xué)模式。