互聯網時代下智慧工訓建設的創新研究

牛耀國

摘 要： 工程訓練中心是各高校面向工科學生開放、實踐、學習、研究、創新的學習場所。目前，高校工程訓練中心的設備管控與信息化能力不足以支撐越來越多的實驗室管理和設備管理，加上日益增多的學生實習，導致學生與實驗室安全管控的要求與日益增多的實驗室數量和使用人數不相適應，影響了工程訓練中心教學向更高水平的邁進。為安全、有序、更高效地對場所的教學、社團、環境及開放設備等進行管理、監控，達到準入機制、授權使用、歷史留痕、人員軌跡、設備狀態監控及大數據分析與應用的目的，幫助管理由傳統的記錄本、教師現場看管方式向數字式、智能化方向轉型，因此需提升數字化、網絡化的實驗室管理水平，即通過工業互聯網時代下智慧工訓平臺的建設，完成智慧工訓系統功能實現。

關鍵詞： 工程訓練 智能化 工業互聯網 智慧工訓

中圖分類號： TP393文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2023）12-0032-03

基金項目：浙江省教育廳一般科研項目“基于互聯網“+”的數控車床智能管理系統的研究”（項目編號：Y201942494）。

各高校工程訓練中心的教學模式一直都是教師全程監管，沒有實現信息化智能化管理，無法實現全方位、全流程、全覆蓋監管，因此需要建立數字化管理平臺，來彌補這方面的欠缺。隨著素質教育和教育部辦公廳關于進一步加強高校教學實驗室安全檢查工作的通知文件下發后，全國高校實驗室均加強了實驗室安全管控和準入機制的建設工作，特別是危化品、具有危險性的機械工具、大型實驗設備的安全管理與準入機制的建設更是重點工作。基于以上，在智慧工訓平臺建設中在引入實驗室安全準入與管控系統信息化建設，利用信息化技術管理實驗室，實現實驗室的使用率統計、人群分析、知識共享、準入考核、實驗室規章制度的學習、學生行為分析、權限管控、現場監控、歷史記錄查詢等方面達到全過程的監管[1-2]。使用該系統，管理人員可方便的將準入系統、門禁系統、視頻監控系統、設備管理系統、環境監控系統，以及其他信息化子系統結合起來，形成預約、學習、準入考試、進門、考勤、實踐操作、成績、評教全面結合，成為一整套閉環系統。

綜上所述，可將學生在場所內的安全從教育到考試，從門禁到設備，從實時監控到歷史回放管理起來。達到安全教育、安全實驗、學生行為管控、學生日常表現記錄的效果，從而實現安全教育、過程教育的目的[3]。基于以上論述，建設智慧工訓平臺具有現實意義和創新精神。

1 智慧工訓平臺系統設計

搭建智慧工訓平臺，最終目的是實現全區門禁、電力、設備資源與環境監控的有效管理與應用。實現門禁留痕、設備留痕、電力管控、環境參數監控等相關事件均有歷史記錄和實名制登記。使管理者通過手機或電腦即可控制、檢查全區運行狀態：所有人員的出入狀態、所有設備的使用狀態、所有電力的運行狀態。智慧工訓平臺搭建見圖1。系統方案從以下幾個方面進行設計。

1.1 數控設備的智能管控

本文利用開關電源工作原理，設計一套控制電路，本文以機床12 V開關電源為例，研究NFC卡的工作原理，利用電路理論和有關技術參數設計出通過NFC卡刷卡控制機床電源開關的系統；操作機床只是實驗室管理人員，采用C/S架構就能滿足系統的要求；其他模塊采用B/S 模式，簡單易用，加快了開發的速度；整個系統架構采用了C/S和B/S混合的模式；數控車床智能化管理系統以互聯網技術為基礎，引入RFID、數據庫、ZigBee等技術作為支撐。基于C/S模式的功能命令通過Wi-Fi和ZigBee通信協議發送給控制模塊，監測機床開機使用情況；基于B/S架構的系統能實時對機床使用數據進行調取，并能對機床使用人權限進行增加、刪減，同時能根據學期課程安排進行權限的設置，實現大型實驗設備開放共享。通過學生的使用頻次、人群等信息分析，方便教師在組織活動、參加競賽、創新教育等方面進行差異化教育，將設備的資源最大化[4]。數控設備安全管控系統網絡拓撲圖如圖2所示。

1.2 全場門鎖的使用情況

中心各樓層實訓室、機房等特殊區域的出入控制，門的開啟、關閉狀態，管理人員需要實時掌握其狀態、通行情況，如對每個通道進行巡視，將大大增加管理不可控。因此，在教學樓內的各實訓室中，安裝門禁管理系統是非常有必要的。系統將二維碼識別系統與電子鎖有機結合，進而由二維碼代替鑰匙，配合電腦，實行智能化管理，有效地彌補了傳統門鎖的多種不足，其強大的擴展功能給人們提供了便利。本系統的實施將有效保障學院實訓教學樓內的人、財、物的安全，為學院建立一個安全、高效、舒適、方便的教學環境，為平臺安全教育、開放預約、實訓室管理及教學管理等系統提供支撐。門禁系統可避免場所人多手雜導致的失竊、設備意外啟動等情況，通常門禁卡或鑰匙經常被復制、丟失、轉借、損壞、忘帶以及交接等問題，而且數據不能實時上報。系統采用的智能門禁可使用App實現基于賬戶開門，徹底解決以上問題，給日常工作、管理提供便利，如圖3所示。

1.3 全場電力的使用情況

場所電力使用情況實時檢測與統計，可根據設定切斷制定空間的電力（需安裝電箱），實時檢測三相電電壓、電流、功率、用電功耗等參數，實時掌握全場地的用電情況。可在不需要使用的場地隨手關閉電力供應，保證用電安全。通過以上的管控，運用數字化的手段結合電腦和手機，實現了全場環境的監控工作[5]。如圖4所示。

1.4 電源管理顯示系統

智能插座管控實驗臺、學生社團、教室、辦公室等場所電源插座，實現掃碼授權使用，實現更精細化的電力管控應用。如圖5所示。

1.5 數據分析中心

1.5.1 警告數據分析

自動生成中心違規操作或者異常事件排名，直觀展現主要安全、管控問題。針對性解決問題，自動生成中心違規操作、告警實驗室或者設備排名，直觀展現主要安全、管控常發地點和設備，針對性解決問題。

1.5.2 行為數據分析

包括設備使用時長排名，確定設備使用飽和度；學生、項目組使用實驗室或者設備時長排名，分析學生、項目組活躍度；不同專業學生活躍度分析[6]。

1.6 智慧工訓系統可視化

智慧工訓系統為實現工訓可視化，打造人機交互式體驗方式，推出數智工訓展示板塊，學生可在中心通過移動智能終端的多種設備進行訪問，采用多種網絡連接的方式接入，交互展示系統支持用戶管理、云計算數據管理，根據需求對用戶數據進行備份和恢復。顯示設備集中管理進行統一運維。憑借大數據集中展示讓數據共享服務帶給學生全新的交互體驗。工訓大數據可視化展示通過平臺提供的數據存儲、分析，用圖形化方式讓數據、知識以及信息得到展示，這里可以展示的數據包括實訓室利用率、實訓人數、耗材使用、學生通過率等。

本文通過對本校工程訓練中心的教學管理任務需求分析，明確系統實現的目標和系統功能需求；其次對系統的硬件和軟件做出總體的設計方案；最后完成智慧工訓系統數字化教學、數字管理、學習工廠、物聯集控、工訓可視化等功能的具體實現。

2 結語

本文是對智慧工訓系統的設計與實現，從現代工程訓練教學的探討中研究管理體系的建設，并通過工業互聯網技術實現對設備的實時數據采集，為智慧工訓系統提供真實有效的數據支撐。通過智慧工訓平臺建設，實現將各種現代制造設備教學資源數字化并為實踐教學提供在線服務，提高整個中心實踐教學運行與管理的信息化、智能化。在此系統中對學生進行全流程、多方位的實時管控，將學生從進入實驗場所，到完成整個教學與實踐活動的全周期內的所有信息按時間軸列舉。教師可實時查看整個場所的整體情況，或單獨追查某個學生從進門到出門的所有時間軌跡，使教師無論身在何處，都可以快速了解整個實驗場地情況。因此智慧工訓平臺的建設是服務于數字化、信息化與工業化深度融合發展的戰略需求，從而推進高校實踐教學水平提升到一個新的平臺高度。

參考文獻

[1]余歡樂.基于工業互聯網的智慧工訓系統研究與應用[D].貴陽：貴州大學，2022.

[2]吳東恩，李雪蓮.從“智慧工廠”到“智慧實訓工廠”的開發與設計[J].太原城市職業技術學院學報， 2020（7）：108-110.

[3]張煒.智慧工地云平臺在教學實訓中的應用研究[J].居業，2019（11）：99-100.

[4]張絢艷，王鎮，盛青山.基于物聯網的機床動態信息遠程監控系統開發[J].工業儀表與自動化裝置， 2023（3）：32-36.

[5]尹柏龍，朱丹宸.人工智能視域下的高職院校實訓室智慧化管理平臺設計探索與實踐[J].信息技術時代，2022（9）：25-27.

[6]沈榮成，張秋菊.基于WPF的數控設備聯網管控系統設計[J].機械制造與自動化，2018，47（4）：172-175.