基于物联网技术的实训实验室建设

朱耀勤， 郑成武

(青岛黄海学院 管理学院, 山东 青岛 266427)

基于物联网技术的实训实验室建设

朱耀勤， 郑成武

(青岛黄海学院 管理学院, 山东 青岛 266427)

介绍了物联网的发展背景以及目前实训实验室存在的一些问题。以青岛黄海学院为例,分析了基于物联网技术建设实训实验室的重要性和必要性；提出了智能实训实验室建设的目标以及所需要的软硬件和系统配置方案,从而使物联网能够更好地应用于实训实验室的建设,在培养应用型人才方面发挥积极的作用。

物联网技术； 实训实验室； 实验室建设

1 物联网技术实训实验室建设的必要性

温家宝总理在2009年提出“感知中国”以来,物联网作为国家新兴战略性产业,写入了“政府工作报告”。 至此,物联网作为一个新型产业受到了物流业极大的关注和应用。当前,国内物联网产业快速发展,物联网市场如今已全面进入公共服务领域,并初步形成产业链。

1.1 物联网的发展与人才培养

物联网是互联网业务和应用端,也是网络的延深和扩展,其含义是任何设备、货物和人之间通过新的智能技术进行信息交换和通信控制[1]。根据中国物流与采购联合会报道,到2015中国互联网形成的物流技术规模,即物联网市场达到7 500亿元[2]。

目前信息物流与智能物流方面的技术人才不足。随着物联网市场的开放,物联网行业有10万人以上的人才缺口,而今后10年,每年将以20%增加。这就要求高校培养出来的物流专业人才是专业型的核心人才。高校开发以项目为导向的物联网实训,是人才培养的途径,也是培养优秀人才的方法。实践教学是教学体系的重要组成部分,建立符合人才市场需求的实训实验室已成为物流专业建设的重要任务。

实训实验室的建设目标是培养更多具有物流信息技术和管理能力的高技能人才,为社会输送更多的产业型人才。构建物联网信息平台下的实训实验室是培养物联网人才的基础和关键。智能实训实验室也就是物联网实训实验室,它主要依靠物流信息的应用和技能操作。在物联网实训实验室的建设中,要兼顾当前物流技术的快速发展,同时注重物联网技术的融合与灵活应用,以使得高职院校的物流实验项目能进行理论和实践的应用。高校的物联网实训实验室,不仅要满足日常教学的要求,也要注重实训和实践创新,把物联网信息真正融入到物流的行业领域。因此,应以物联网实训实验室建设促进物流实训信息化。

物联网实训实验室建设以物联网市场对人才的需求为依据,结合高校物流管理专业人才培养计划,满足物联网应用市场的紧缺人才需要,使其具有市场前瞻性的实训开发环境和社会服务的拓展性的技术实训。青岛市委2014年工作报告中提出:今年工作重点之一是，大力发展开放型经济,建设国际贸易中心城市,坚持“走出去”与“引进来”相结合的开放战略,打造“21世纪海上丝绸之路”的枢纽城市。坚持世界眼光、国际标准,发挥本土优势,深入实施蓝色引领、全域统筹、创新驱动战略[3]。为了适应山东半岛蓝色经济区物流人才需求,依据青岛物流业总体发展规划,结合高校物流专业教学的特点,我校建成物联网信息平台下的实训实验室。物联网信息平台下实训实验室的建设是为了培养服务于区域经济、专业素养与职业能力相融合的物流人才。

1.2 现有实训实验室存在的问题

随着物联网信息技术的发展、物流人才培养模式的改革、课程体系的优化和重构,现有实训实验室存在着以下一些问题。

(1) 实训实验室设备兼容性不高。现有实训实验室在建设中没有进行系统、整套流程的规划。实训实验室现有自动化立体仓库、流利货架、传输机、电子标签和电动叉车等大量硬件设备。设备相互独立,无法进行集成和一体化操作,因而实训实验室利用率较低。

(2) 实训实验室智能化水平低。现有的实训实验室规模小、专业化程度低,仍然是传统的仓储形式。实训实验室只能进行一些最基本的课程实验,硬件设备运行独立、智能化程度低。实训实验室设备间没有进行信息共享,无法进行信息资源的科学管理和整合共享。实训实验室要摆脱目前的现状,让先进的软硬件设备与信息化管理流程结合起来,建设物联网信息平台下的实训实验室是必要的。

(3) 实训实验室模块集成化水平低。现有实训实验室各模块自成体系,自动化立库实训与电子拣选、包装实训等各自独立实训,未能以供应链管理为基础集成。通过物联网及一系列看板系统把各子模块集成起来,形成一个可视化、系统化的有机体。

2 物联网实训实验室建设

随着信息化的加速,高校物流人才培养目标和定位发生着变化。实训实验室建设的思路也要进行相应的改变,智能实训实验室的定位是建立在“三整合”和“四加强”的基础上。“三整合”即整合教学资源、整合课程体系、整合教学内容；“四加强”的是加强学生的技能训练、加强实训操作、加强学生的创新能力、加强学生的可持续发展能力[4]。物联网实训实验室的建设要教学与科研相结合、动态与静态相结合。在对现有软件产品更新换代、硬件升级改造中,实现物联网实训实验室实训和教学资源整合、操作和应用集成。让物联网实训实验室成为物流基地,形成“实习、实训、咨询、技术鉴定、仿真模拟”的多元化发展区[5]，为物流业培养实战型信息人才。

2.1 物联网实训实验室的建设目标

物流行业的快速发展,离不开物流信息技术的大力支持,依据《物联网“十二五”发展规划》,建设物联网信息平台下的实训实验室是增强学生的实战经验、减少学生就业压力、提升学校竞争能力的主要途径。物联网实训实验室全面提高教学质量,提升物流专业学生的社会服务能力。

(1) 激发学生学习的兴趣,培养实战型人才。建设物联网实训实验室,是培养学生对知识实践应用,将现代化的信息技术和物流知识融合起来,增强学生在物流领域中的创新能力。在物联网实训实验室教学中采用模块化和项目驱动式教学法,教学形式自由、灵活，激发了学生学习专业知识的兴趣,提高了学生实训操作能力。物联网实训实验室作为一个开放的网络平台,为学生提供了自由开发的环境,可扩展性强。学生的自主创新能力得到了更好的施展,实现了物流专业人才的实战培养。

(2) 作为学校科研项目的平台,实现校企合作。物联网实训实验室建设是融合了信息、电子电路、传感智能等多技术广泛整合应用的结果,若脱离了实际应用,物联网实训实验室的建设是毫无意义的。物联网实训实验室是学校教学成果展示的平台,也是学科进行科研项目开发的中心。物联网实训实验室提供了物流专业和跨学科研究的理论支持,使物流相关技术创新成为新的可能。物联网实训实验室作为技术的应用,连接着物流业和其他行业,相互间更加紧密,为学校实现良好的校企合作打下坚实的基础。学校制定的人才培养目标离不开企业的支持和参与,企业根据市场发展为学校提供高端物联网技术方案,让学校培养出符合市场需求的人才,更有利于实现校企合作。

2.2 物联网实训实验室的建设思路

现有实训实验室面积小、布局不合理、新老系统不兼容,无法满足实训的要求。建设物联网实训实验室要整合现有资源,在现有设备的基础上对软硬件进行升级改造。具体思路是先建立全方位的系统架构,根据实训实验室所需的软硬件,规划物联网实训实验室系统；然后根据所需的硬件,列出需采购的硬件设备和参数,最后根据专业和课程的优化、重构,建设物联网实训项目。

物联网实训实验室有大量的自动化硬件设备,包括自动化立体仓库、AGV小车、自动分拣、RFID设备等；还有相关的物联网和信息技术。物联网实训实验室结合智能RFID物流技术、无线传感器网络技术、条码技术和相关软件和硬件,实现了信息集成和动态的相互作用。在物联网实训实验室内,合理进行库存管理,使得运输路径更加优化、配货方案更合理,GPS/GIS车辆监控调度更科学。各类嵌入式智能技术、数据转换技术与物流管理技术结合起来应用。将物联网实训实验室实训项目转化为先进生产力,为社会带来强大的经济价值和广阔的发展空间。物联网实训实验室的系统架构如图1所示。

图1 物联网实训实验室设备架构图

(1) 物联网视频监控系统。采集物联网内部视频数据,对实验实训场地中的场景进行实时监控。出现异常情况,进行自动报警功能。

(2) 物联网门禁管理系统。对进出门口货物和人员进行信息采集。实训实验室通过RFID读写器,整合分析相关采集设备所采集到的信息,最终汇总到中控系统,中控系统进行相应的反馈和记录,实现货物的出入库。

(3) 温湿度数据采集设备。采集室内温湿度数据。在物联网实训实验室中温湿度采集模块是必不可少的。常见的温湿度模块有3种,第一种是单总线方式,第二种是串口方式,第三种就是AD方式。

(4) GPS/GIS车辆监控调度系统。通过全球卫星定位,实现对车辆的监控和调度运行，包含了控制中心、电子地图、车辆、监控、回放、预警控制系统[6]。

(5) 自动出入库和看板系统。在箱式货物的出入库中,系统要求高度可视化,每个看板站点可单独工作,也可联网工作。

(6) 货物分拣、包装看板系统。将货物分拣和包装信息实时显示在看板上,实现即时控制。

(7) 相关物流软件。与物联网实训实验室中硬件设备配合使用,对整个实训实验室进行整体控制和管理。

2.3 物联网实训实验室设备架构

物联网实训实验室设备的采购应具有科学合理性；根据人才培养目标,构建适合学校自身的实验平台。物流专业要建设成具有青岛蓝色经济特色、省内领先,并具有一定影响力的专业。根据专业特点,在物联网实训实验室建设中，硬件是非常关键的,主要有传感器、智能终端、RFID、GPS/GIS、网络通信设备等。设备架构如图1所示。

物联网实训在生产装配区完成作业计划的管理，物品通过门禁系统入库系统自动完成条码扫描和入库信息的管理。然后物品通过立体库进行自动存取。在分拣区进行自动有序的出仓分拣。所有上述流程都需要物联网技术和物流相关软硬件配套应用。在以上系统和硬件设备的配合使用下,完成物联网实训实验室的建设。

3 物联网实训实验室建设的基础

物联网实训实验室的建设离不开物流专业、学校师资队伍、课程和专业的支持,有了这些做坚强的后盾,物联网实训实验室的建设才能更快、更好。

3.1 物流管理专业

(1) 基础扎实。我校物流管理专业有资深的学科带头人,本专业被评为校级特色专业和校级优秀教学团队,2011年被评为省级特色专业,“现代物流设施与设备”评为省级精品课程,5门核心专业课为省级精品课程群,公开出版教材20余本,各级别课题16项,近2年发表论文30余篇,与12家企业紧密合作,成为学校物联网实训实验室建设的坚实基础。

(2) 发展空间大。西海岸周边有1 000多家物流相关企业,企业提供了各类物流管理教学案例、素材。增强了专业课程内容的实用性、代表性和先进性,也及时跟踪着物流前沿的开放性[7]。

3.2 师资队伍建设

物联网实训实验室建设期内,实施人才引进和培养工程,引进和培养专业带头人,培养骨干教师；实施双师素质优化工程,双师素质教师比例达到80%；聘请行业的业务骨干和技术专家作为实训教师,进行“校企双向兼职培训”体系建设。物流专业课程根据所需知识和技能的不同,选择物流企业的一线专家作为兼职教师。从而建立了具有现代教育理念、结构合理、专业水平高、实践能力强、适应职业教育发展的优秀教学团队[8]。物联网实训实验室的操作员进行重点培养,并聘用有丰富实践经验的行业专家、企业技术人员指导。安排实验技术人员到企业进行实践锻炼；举办专业技术能力专题培训,组织物流专业教师和管理人员参加职业教育进修学习和职业高职之间教育教学的交流、研讨活动,建立由教授、副教授、企业专家组成的教学指导小组,重点培养年轻教师。

3.3 课程和专业支撑

物联网实训实验室的建设是基于地方经济对物流专业人才的需求,为地方经济作支撑。物联网实训实验室的建设,是重构“教学实训一体”“理论实践一体”的课程体系,基于工作过程的模块化课程体系,突显“产、学、研、做”一体化教学特色[9]。物联网实训实验室是课程间进行整合和信息化应用的平台，支持和应用的课程分别如下:

(1) 物流运输管理。物流运输路径选择的最优化管理,进行货物装载定位。

(2) 供应链管理。物流每个链上进行最有效的管理。

(3) 集装箱运输管理实务。港口和物流运输作业,实现集装箱堆场作业。

(4) 采购与仓储管理。采购与仓储的流程,自动立体库的操作、应用。

(5) 物流信息技术。信息技术在物流行业中的应用。有RFID标签、条形码、物联网等。

(6) 外贸运输与保险。国际货运和相关条款在物流业中的应用。

物联网实训实验室是多学科交叉、多专业融合的应用实训实验室,实训实验室建设涉及物联网技术、网络通信技术、电子电路等技术[10]。所以,以物流专业为核心,推进了港口、报关报检、国际贸易、工商管理、市场营销、电子技术等相关专业的深度对接、融合发展,提高了各专业的办学水平和人才培养质量。

4 物联网实训实验室建设中注意事项

物联网实训实验室建设有了以上各项目的支持,相信在建设中更加顺利。注意事项列举如下:

(1) 物联网实训实验室层次架构。在物联网实训实验室建设中，层次架构要明确。物联网是架构在传感器感知层、互联网信息传输层、用户接口应用层3个层次上[11]。感知层是通过传感器设备对数据进行识别,对信息进行处理。互联网层经由网络设备将感知层获得的数据信息进行传送和处理。应用层是行业接口层,也是用户应用层,实现物联网智能应用。

(2) 物联网实训实验室的智能性。建设信息化平台下的物联网实训实验室,当前先进的信息技术和自动化设备是必不可少的。先进的物流技术是物联网实训实验室智能化的根本,只有应用现代化的技术,物联网实训实验室才能实现前沿的应用。当然,自动化的设备配套是不可或缺的。同时,还要注意先进的管理理念和管理方法,物联网实训实验室要遵循科学、安全、高效、规范的管理,才能成为一个开放的实训平台。

(3) 软硬件的升级和耗材费预留。随着信息时代的发展,软硬件都有可能会落后。所以物联网实训实验室建设要吸取之前的经验,预留出升级接口,为下次设备和软件的换代做准备。实训实验室在使用中,材料的耗费和设备的维护都产生一定的费用,这些都是物联网实训实验室建设中需要注意的问题。

5 社会服务能力建设

物联网实训实验室的建设是建立在现有物流研究所及与多家企业深入合作的资源与经验基础之上的。对物流信息系统、企业物流规划、物流业务流程、物流运输调度的优化,进行规划和指导。继续配合地方政府,让行业和企业进行深度对接,进行劳务输出,培训技术人员。搭建高校校企人才对接通道,让物联网实训实验室成为毕业生终身业务指导的场所。

结合大青岛蓝色经济发展的需要,按照地方经济的特点修订人才培养方案与课程设置,使人才培养模式对接蓝色经济；建立二级的职业培训,以对本科生进行的三级教育衔接模式。物联网实训实验室成为区域经济和学校业务的嫁接。

在现有的基础上,依托企业构建物联网实训实验室,在技术上与社会共享,在高职院校间进行校内外实验基地的交流。完善高职物流人才培养模式,促进与企业合作,创造一个良好的培训环境。

在现有“物流仓储实训实验室”“物流软件实训实验室”“国际实训实验室”的基础上,学院将进一步加强与青岛港、青岛金宇物流、山东邮政速递物流等公司合作。物联网实训实验室成为校企合作,互惠互利,共同发展的模式。港口物流、信息化建设、智能集装箱技术都是实训实验室进行培训的基础。物流软件实验室、物流信息技术实验室、物流运输与配送调度实训实验室3个校内实训场地作为物联网实训实验室建设的基础,并拓展了2个校外实训基地。

6 物联网实训实验室建设的意义

物联网实训实验室建设优化了学校的资源配置,为学校各专业提供了更多的培训项目,满足了学校多个专业的教学和实训的需要。实训实验室建设提高了物流专业的理论教学和实践教学水平,也为相关专业的信息应用架构了平台。物联网实训实验室建设基于课程体系改进为重点,以校内生产性实训基地建设为支撑,深化了校企合作,全面提高了物流教学质量,提升了物流业为社会服务的能力。物联网实训实验室建设也是培养面向港口物流、具有创新意识、熟悉物流岗位实操能力，掌握现代物流运营规划、市场开发、管理知识与技术,能初步设计和解决实施物流方案的高素质技能型人才[12]。因此建设物联网信息平台下的实训实验室,是高校培养物流专业人才的有效方式之一。

物联网实训实验室的建设构建了:专业实训实验室+校内实训基地+校外实习基地实训一套完整的实践教学体系；完善了物流与其他行业的对接,支撑了理论教学与实训对接,进一步加强校企合作、提升学生职业素养,建立了社会服务平台,最大限度地开展社会培训,服务于地方经济。物联网实训实验室的建设紧紧扣住地方经济发展的需要,使教师对物流信息的前沿发展掌握更全面,提高了学生适应信息时代实战操作能力。

References)

[1] 科普中国. 物联网[RB/OL].[2016-08-12]. http://baike.baidu.com/link-Qpq.

[2] 王红梅. 浅谈高等高职物联网教育和物联网实训实验室建设现状及对策[J].太原城市职业技术学院学报, 2012,2(3):1-3.

[3] 中共青岛市委. 中共青岛市委2014年工作要点[RB/OL].[2016-08-12]. http://sd.ce.cn/xw/sd/201312/25/t20131225_1272942.shtml.

[4] 杨仁柱.加强实验室管理教育 提高学生的创新能力[J]. 唐山师范学院学报, 2002, 24(2):28-30.

[5] 林秋平.基于物联网的高校智能实训实验室建设研究[J]. 实验技术与管理, 2013, 30(6):55-56.

[6] 周建国,桑玉坤, 庄苏. 高等学校院级实验教学中心平台建设探索[J].中国现代教育装备, 2011(3):10-12.

[7] 胡忠望.“物联网工程”新专业课程体系的设计[J].中国电力教育,2010(22):101-102.

[8] 付永贵.基于分组教学的高校物联网实训实验室构建研究[J].中国教育信息化,2013(3):32-33.

[9] 吴莲贵,易瑜.基于岗位需求的高职软件技术专业模块化课程体系的构建与实践[J].职教与经济研究,2012,10(1):53-236.

[10] 于继明,张燕,蔡琳.高校物联网实训实验室建设思路[J].科学大众(科学教育),2011(3):170-171.

[11] 戴定一.物联网与智能物流在2011年中国物流发展报告会上的讲话[RB/OL]. (2011-09-12)[2016-08-12].http://www.clb.org.cnprintinfoprint.aspx?ID=30563.

[12] 吴远征,张智光.应用型本科高职实训实验室建设探索[J].中国物流与采购,2012(6):70-71.

Construction on practical training laboratory based on technology of Internet of things

Zhu Yaoqin， Zheng Chengwu

(School of Management, Qingdao Huanghai University, Qingdao 266427, China)

The development background of the Internet of things and some problems existing in the current practical training laboratories are introduced. Taking Qingdao Huanghai University as an example, this paper analyzes the importance and necessity of the construction of the practical training laboratory based on the technology of Internet of things, and puts forward the goal of the construction for the intelligent practical training laboratory, the required hardware and software, and system configuration scheme so that the Internet of things can be better applied to the construction of practical training laboratory, and play an active role in cultivating application-oriented talents.

technology of Internet of things; practical training laboratory; laboratory construction

10.16791/j.cnki.sjg.2017.03.060

2016-09-05 修改日期：2016-11-08

2015年山东省本科高校教学改革研究项目(2015M082)

朱耀勤(1978—),女,甘肃通渭,硕士,副教授,主要从事物流信息技术实验中心的管理及规划工作,研究方向为计算机应用.

E-mail：zhuyaoqin86@sohu.com

G58.3

A

1002-4956(2017)3-0232-05