互联网时代下智慧工训建设的创新研究

牛耀国

摘 要： 工程训练中心是各高校面向工科学生开放、实践、学习、研究、创新的学习场所。目前，高校工程训练中心的设备管控与信息化能力不足以支撑越来越多的实验室管理和设备管理，加上日益增多的学生实习，导致学生与实验室安全管控的要求与日益增多的实验室数量和使用人数不相适应，影响了工程训练中心教学向更高水平的迈进。为安全、有序、更高效地对场所的教学、社团、环境及开放设备等进行管理、监控，达到准入机制、授权使用、历史留痕、人员轨迹、设备状态监控及大数据分析与应用的目的，帮助管理由传统的记录本、教师现场看管方式向数字式、智能化方向转型，因此需提升数字化、网络化的实验室管理水平，即通过工业互联网时代下智慧工训平台的建设，完成智慧工训系统功能实现。

关键词： 工程训练 智能化 工业互联网 智慧工训

中图分类号： TP393文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2023）12-0032-03

基金项目：浙江省教育厅一般科研项目“基于互联网“+”的数控车床智能管理系统的研究”（项目编号：Y201942494）。

各高校工程训练中心的教学模式一直都是教师全程监管，没有实现信息化智能化管理，无法实现全方位、全流程、全覆盖监管，因此需要建立数字化管理平台，来弥补这方面的欠缺。随着素质教育和教育部办公厅关于进一步加强高校教学实验室安全检查工作的通知文件下发后，全国高校实验室均加强了实验室安全管控和准入机制的建设工作，特别是危化品、具有危险性的机械工具、大型实验设备的安全管理与准入机制的建设更是重点工作。基于以上，在智慧工训平台建设中在引入实验室安全准入与管控系统信息化建设，利用信息化技术管理实验室，实现实验室的使用率统计、人群分析、知识共享、准入考核、实验室规章制度的学习、学生行为分析、权限管控、现场监控、历史记录查询等方面达到全过程的监管[1-2]。使用该系统，管理人员可方便的将准入系统、门禁系统、视频监控系统、设备管理系统、环境监控系统，以及其他信息化子系统结合起来，形成预约、学习、准入考试、进门、考勤、实践操作、成绩、评教全面结合，成为一整套闭环系统。

综上所述，可将学生在场所内的安全从教育到考试，从门禁到设备，从实时监控到历史回放管理起来。达到安全教育、安全实验、学生行为管控、学生日常表现记录的效果，从而实现安全教育、过程教育的目的[3]。基于以上论述，建设智慧工训平台具有现实意义和创新精神。

1 智慧工训平台系统设计

搭建智慧工训平台，最终目的是实现全区门禁、电力、设备资源与环境监控的有效管理与应用。实现门禁留痕、设备留痕、电力管控、环境参数监控等相关事件均有历史记录和实名制登记。使管理者通过手机或电脑即可控制、检查全区运行状态：所有人员的出入状态、所有设备的使用状态、所有电力的运行状态。智慧工训平台搭建见图1。系统方案从以下几个方面进行设计。

1.1 数控设备的智能管控

本文利用开关电源工作原理，设计一套控制电路，本文以机床12 V开关电源为例，研究NFC卡的工作原理，利用电路理论和有关技术参数设计出通过NFC卡刷卡控制机床电源开关的系统；操作机床只是实验室管理人员，采用C/S架构就能满足系统的要求；其他模块采用B/S 模式，简单易用，加快了开发的速度；整个系统架构采用了C/S和B/S混合的模式；数控车床智能化管理系统以互联网技术为基础，引入RFID、数据库、ZigBee等技术作为支撑。基于C/S模式的功能命令通过Wi-Fi和ZigBee通信协议发送给控制模块，监测机床开机使用情况；基于B/S架构的系统能实时对机床使用数据进行调取，并能对机床使用人权限进行增加、删减，同时能根据学期课程安排进行权限的设置，实现大型实验设备开放共享。通过学生的使用频次、人群等信息分析，方便教师在组织活动、参加竞赛、创新教育等方面进行差异化教育，将设备的资源最大化[4]。数控设备安全管控系统网络拓扑图如图2所示。

1.2 全场门锁的使用情况

中心各楼层实训室、机房等特殊区域的出入控制，门的开启、关闭状态，管理人员需要实时掌握其状态、通行情况，如对每个通道进行巡视，将大大增加管理不可控。因此，在教学楼内的各实训室中，安装门禁管理系统是非常有必要的。系统将二维码识别系统与电子锁有机结合，进而由二维码代替钥匙，配合电脑，实行智能化管理，有效地弥补了传统门锁的多种不足，其强大的扩展功能给人们提供了便利。本系统的实施将有效保障学院实训教学楼内的人、财、物的安全，为学院建立一个安全、高效、舒适、方便的教学环境，为平台安全教育、开放预约、实训室管理及教学管理等系统提供支撑。门禁系统可避免场所人多手杂导致的失窃、设备意外启动等情况，通常门禁卡或钥匙经常被复制、丢失、转借、损坏、忘带以及交接等问题，而且数据不能实时上报。系统采用的智能门禁可使用App实现基于账户开门，彻底解决以上问题，给日常工作、管理提供便利，如图3所示。

1.3 全场电力的使用情况

场所电力使用情况实时检测与统计，可根据设定切断制定空间的电力（需安装电箱），实时检测三相电电压、电流、功率、用电功耗等参数，实时掌握全场地的用电情况。可在不需要使用的場地随手关闭电力供应，保证用电安全。通过以上的管控，运用数字化的手段结合电脑和手机，实现了全场环境的监控工作[5]。如图4所示。

1.4 电源管理显示系统

智能插座管控实验台、学生社团、教室、办公室等场所电源插座，实现扫码授权使用，实现更精细化的电力管控应用。如图5所示。

1.5 数据分析中心

1.5.1 警告数据分析

自动生成中心违规操作或者异常事件排名，直观展现主要安全、管控问题。针对性解决问题，自动生成中心违规操作、告警实验室或者设备排名，直观展现主要安全、管控常发地点和设备，针对性解决问题。

1.5.2 行为数据分析

包括设备使用时长排名，确定设备使用饱和度；学生、项目组使用实验室或者设备时长排名，分析学生、项目组活跃度；不同专业学生活跃度分析[6]。

1.6 智慧工训系统可视化

智慧工训系统为实现工训可视化，打造人机交互式体验方式，推出数智工训展示板块，学生可在中心通过移动智能终端的多种设备进行访问，采用多种网络连接的方式接入，交互展示系统支持用户管理、云计算数据管理，根据需求对用户数据进行备份和恢复。显示设备集中管理进行统一运维。凭借大数据集中展示让数据共享服务带给学生全新的交互体验。工训大数据可视化展示通过平台提供的数据存储、分析，用图形化方式让数据、知识以及信息得到展示，这里可以展示的数据包括实训室利用率、实训人数、耗材使用、学生通过率等。

本文通过对本校工程训练中心的教学管理任务需求分析，明确系统实现的目标和系统功能需求；其次对系统的硬件和软件做出总体的设计方案；最后完成智慧工训系统数字化教学、数字管理、学习工厂、物联集控、工训可视化等功能的具体实现。

2 结语

本文是对智慧工训系统的设计与实现，从现代工程训练教学的探讨中研究管理体系的建设，并通过工业互联网技术实现对设备的实时数据采集，为智慧工训系统提供真实有效的数据支撑。通过智慧工训平台建设，实现将各种现代制造设备教学资源数字化并为实践教学提供在线服务，提高整个中心实践教学运行与管理的信息化、智能化。在此系统中对学生进行全流程、多方位的实时管控，将学生从进入实验场所，到完成整个教学与实践活动的全周期内的所有信息按时间轴列举。教师可实时查看整个场所的整体情况，或单独追查某个学生从进门到出门的所有时间轨迹，使教师无论身在何处，都可以快速了解整个实验场地情况。因此智慧工训平台的建设是服务于数字化、信息化与工业化深度融合发展的战略需求，从而推进高校实践教学水平提升到一个新的平台高度。

参考文献

[1]余欢乐.基于工业互联网的智慧工训系统研究与应用[D].贵阳：贵州大学，2022.

[2]吴东恩，李雪莲.从“智慧工厂”到“智慧實训工厂”的开发与设计[J].太原城市职业技术学院学报， 2020（7）：108-110.

[3]张炜.智慧工地云平台在教学实训中的应用研究[J].居业，2019（11）：99-100.

[4]张绚艳，王镇，盛青山.基于物联网的机床动态信息远程监控系统开发[J].工业仪表与自动化装置， 2023（3）：32-36.

[5]尹柏龙，朱丹宸.人工智能视域下的高职院校实训室智慧化管理平台设计探索与实践[J].信息技术时代，2022（9）：25-27.

[6]沈荣成，张秋菊.基于WPF的数控设备联网管控系统设计[J].机械制造与自动化，2018，47（4）：172-175.