一、建設背景與意義

1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

隨著工業(yè)4.0和“中國制造2025”戰(zhàn)略的推進，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與邊緣計算技術已成為制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動力。當前，高職院校面臨傳統(tǒng)教學與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)的挑戰(zhàn)，亟需構建以數(shù)據(jù)采集與邊緣服務為核心的實訓平臺，培養(yǎng)具備工業(yè)數(shù)據(jù)全鏈條處理能力的高素質(zhì)人才。國家政策如《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃》明確要求深化產(chǎn)教融合，推動實訓條件優(yōu)化，而企業(yè)端對工業(yè)數(shù)據(jù)采集、實時分析及邊緣的需求缺口巨大。

1.2 人才培養(yǎng)需求

當前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)正處于快速發(fā)展的黃金時期，對數(shù)據(jù)采集與分析人才的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。據(jù)相關機構統(tǒng)計，2023 年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)對數(shù)據(jù)采集與分析相關崗位的人才需求量達到了 50 萬人，預計到 2025 年，這一數(shù)字將飆升至 80 萬人，人才缺口巨大，供不應求。

從崗位需求來看，主要集中在工業(yè)數(shù)據(jù)分析師、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工程師、數(shù)據(jù)挖掘工程師等核心崗位。工業(yè)數(shù)據(jù)分析師猶如企業(yè)的 “數(shù)據(jù)智囊”，需要運用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析技能，深入挖掘工業(yè)數(shù)據(jù)背后的價值，為企業(yè)的生產(chǎn)運營提供精準的決策建議；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工程師則是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的 “搭建者” 和 “維護者”，負責構建和維護工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，保障數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集與傳輸；數(shù)據(jù)挖掘工程師更像是數(shù)據(jù)海洋中的 “尋寶者”，通過數(shù)據(jù)挖掘算法，從海量的工業(yè)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律和趨勢，為企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供有力支撐。

這些崗位對人才的技能要求也極為嚴格。除了扎實的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)分析基礎知識外，還要求具備豐富的實踐經(jīng)驗和解決實際問題的能力。例如，能夠熟練運用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行數(shù)據(jù)采集與分析，熟悉工業(yè)生產(chǎn)流程，能夠?qū)?shù)據(jù)分析結(jié)果與實際生產(chǎn)相結(jié)合，提出切實可行的優(yōu)化方案。此外，具備良好的團隊協(xié)作能力和溝通能力也是非常重要，因為在實際工作中，需要與不同部門的人員密切合作，共同推動項目的順利進行。

二、建設目標與需求分析

2.1 核心培養(yǎng)目標

本實訓室的建設，旨在培養(yǎng)一批能夠適應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)展需求的高素質(zhì)技術技能人才，他們將成為推動工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的中堅力量。

在技術能力方面，學生需要熟練掌握各類工業(yè)數(shù)據(jù)采集設備的操作，就像熟練駕馭各種精密儀器的專家，能夠精準地獲取工業(yè)生產(chǎn)中的關鍵數(shù)據(jù)。同時，他們還要精通通信協(xié)議的配置，如同搭建起順暢溝通橋梁的工程師，確保數(shù)據(jù)在不同設備和系統(tǒng)之間的穩(wěn)定傳輸。此外，對于邊緣計算與數(shù)據(jù)分析工具的應用，他們也需運用自如，能夠從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息，為工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)化提供有力支持。

實踐能力的培養(yǎng)也是重中之重。學生要具備在復雜的工業(yè)場景下搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的能力，就像搭建一座堅固的橋梁，將各個數(shù)據(jù)采集點連接成一個有機的整體。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，他們能夠迅速進行診斷，找出問題的根源，并提出有效的優(yōu)化方案，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

創(chuàng)新能力的激發(fā)同樣重要。通過參與真實的項目實踐，學生將在實踐中不斷探索和創(chuàng)新，培養(yǎng)解決復雜問題的能力。他們將像富有創(chuàng)造力的發(fā)明家一樣，敢于嘗試新的技術和方法，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注入新的活力。

2.2 崗位技能要求

從崗位技能要求來看，主要涵蓋工業(yè)數(shù)據(jù)采集、邊緣服務開發(fā)以及數(shù)據(jù)分析與應用三個關鍵領域。

在工業(yè)數(shù)據(jù)采集領域，學生需要熟練操作傳感器、PLC、智能網(wǎng)關等設備，就像熟練操作各種工具的工匠，能夠根據(jù)不同的工業(yè)場景和需求，選擇合適的設備進行數(shù)據(jù)采集。同時，他們還要支持多協(xié)議數(shù)據(jù)接入，確保不同類型的數(shù)據(jù)能夠順利匯聚到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。

邊緣服務開發(fā)領域，學生要掌握 Java、Python 等編程語言，如同掌握一門流利外語的交流者，能夠運用這些語言實現(xiàn)邊緣側(cè)數(shù)據(jù)的存儲、通信以及接口服務的部署。他們將開發(fā)出高效的程序，讓邊緣設備能夠快速處理和傳輸數(shù)據(jù)，為工業(yè)生產(chǎn)提供實時的支持。

在數(shù)據(jù)分析與應用領域，學生要運用機器學習算法，如同運用精密儀器的科學家，構建設備健康監(jiān)測、生產(chǎn)效率優(yōu)化等模型。通過對大量工業(yè)數(shù)據(jù)的分析，他們能夠預測設備的故障，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的價值。

三、實訓室功能布局

（一）工業(yè)數(shù)據(jù)采集實訓區(qū)

設備安裝與調(diào)試：提供多種工業(yè)數(shù)據(jù)采集設備，如傳感器、PLC、智能網(wǎng)關等，讓學生進行設備的安裝、接線、調(diào)試和故障排除實訓，掌握設備的基本操作技能。

數(shù)據(jù)采集與傳輸：通過模擬工業(yè)生產(chǎn)場景，讓學生學習如何采集不同類型的數(shù)據(jù)（如溫度、壓力、流量等），并掌握數(shù)據(jù)的傳輸方式，包括有線（如以太網(wǎng)、RS485）和無線（如 Wi-Fi、LoRa）通信技術。

數(shù)據(jù)預處理：教授學生對采集到的原始數(shù)據(jù)進行預處理的方法，如數(shù)據(jù)清洗、濾波、歸一化等，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和可用性。

（二）邊緣服務實訓區(qū)

邊緣服務器與網(wǎng)關配置：配備邊緣服務器和網(wǎng)關設備，讓學生學習服務器和網(wǎng)關的安裝、配置和管理，包括操作系統(tǒng)安裝、網(wǎng)絡配置、安全設置等，為邊緣服務的運行提供基礎環(huán)境。

邊緣計算與數(shù)據(jù)處理：通過實際項目，讓學生掌握邊緣計算的基本概念和方法，能夠在邊緣設備上對數(shù)據(jù)進行實時處理和分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地化處理和決策支持，提高系統(tǒng)的響應速度和效率。

邊緣服務開發(fā)與部署：基于開源框架或開發(fā)工具，如 Eclipse、MQTT 等，讓學生進行邊緣服務的開發(fā)和部署實訓，包括通信服務、數(shù)據(jù)存儲服務、接口服務等，培養(yǎng)學生的編程能力和系統(tǒng)集成能力。

（三）綜合應用實訓區(qū)

工業(yè)場景模擬與應用開發(fā)：構建一個綜合的工業(yè)場景模擬平臺，涵蓋多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設備，讓學生在該平臺上進行工業(yè)數(shù)據(jù)采集與邊緣服務的綜合應用開發(fā)，如生產(chǎn)過程監(jiān)控、設備故障診斷、能源管理等，提高學生解決實際問題的綜合能力。

項目實踐與創(chuàng)新：開展項目實踐教學，讓學生以團隊形式完成一個完整的工業(yè)數(shù)據(jù)采集與邊緣服務項目，從需求分析、方案設計、系統(tǒng)開發(fā)到測試驗收，培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)和團隊協(xié)作能力，同時鼓勵學生進行創(chuàng)新實踐，提出新的解決方案和應用模式。

四、課程體系設計

1.基礎模塊：基礎模塊是整個課程體系的基石，旨在為學生奠定堅實的理論基礎，使其對工業(yè)數(shù)據(jù)采集與邊緣服務的核心概念和原理有深入的理解。在工業(yè)數(shù)據(jù)采集原理課程中，學生將系統(tǒng)地學習數(shù)據(jù)采集的基本流程，從傳感器的選擇與部署，到數(shù)據(jù)的傳輸與采集，每一個環(huán)節(jié)都將進行詳細的講解和實踐操作。例如，學生將學習如何根據(jù)不同的工業(yè)場景和需求，選擇合適的傳感器類型，如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等，并掌握傳感器的安裝和調(diào)試方法，確保能夠準確地采集到所需的數(shù)據(jù)。

通信協(xié)議解析課程則專注于工業(yè)領域中常用的通信協(xié)議，如 Modbus、OPC UA、MQTT 等。學生將深入了解這些協(xié)議的工作原理、數(shù)據(jù)格式和通信機制，通過實際案例分析和實驗操作，掌握協(xié)議的配置和應用技巧，實現(xiàn)不同設備之間的數(shù)據(jù)通信和交互。例如，在學習 Modbus 協(xié)議時，學生將學習如何使用 Modbus RTU 或 Modbus TCP 協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，如何配置主站和從站設備，以及如何解決通信過程中出現(xiàn)的問題。

邊緣計算基礎課程將向?qū)W生介紹邊緣計算的基本概念、架構和優(yōu)勢，使學生了解邊緣計算在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的重要作用。學生將學習邊緣計算設備的選型和部署，以及如何在邊緣設備上進行數(shù)據(jù)處理和分析，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和控制。例如，學生將學習如何使用邊緣計算網(wǎng)關對采集到的數(shù)據(jù)進行實時清洗、分析和決策，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高系統(tǒng)的響應速度和可靠性。

2. 技術模塊：技術模塊聚焦于培養(yǎng)學生的實際操作技能和技術應用能力，使學生能夠熟練運用各種技術手段解決工業(yè)數(shù)據(jù)采集與邊緣服務中的實際問題。Wi-Fi/LoRa 組網(wǎng)技術課程將詳細講解 Wi-Fi 和 LoRa 這兩種無線通信技術在工業(yè)領域中的應用，包括網(wǎng)絡架構、設備選型、配置與優(yōu)化等方面。學生將通過實際操作，掌握如何搭建穩(wěn)定可靠的 Wi-Fi 和 LoRa 網(wǎng)絡，實現(xiàn)工業(yè)設備之間的無線數(shù)據(jù)傳輸。例如，在搭建 Wi-Fi 網(wǎng)絡時，學生將學習如何選擇合適的無線接入點（AP）和無線客戶端設備，如何進行網(wǎng)絡參數(shù)配置和安全設置，以及如何優(yōu)化網(wǎng)絡性能，提高數(shù)據(jù)傳輸速率和穩(wěn)定性。在學習 LoRa 組網(wǎng)技術時，學生將了解 LoRa 的特點和優(yōu)勢，掌握 LoRa 網(wǎng)關和終端設備的配置方法，以及如何實現(xiàn) LoRa 網(wǎng)絡的遠距離數(shù)據(jù)傳輸和低功耗運行。

PLC 編程與數(shù)據(jù)交互課程將重點培養(yǎng)學生的 PLC 編程能力，使學生能夠運用梯形圖、指令表等編程語言，實現(xiàn)對工業(yè)設備的自動化控制和數(shù)據(jù)交互。學生將學習 PLC 的基本原理、硬件結(jié)構和編程方法，通過實際項目實踐，掌握如何使用 PLC 進行數(shù)據(jù)采集、處理和控制，以及如何與其他設備進行數(shù)據(jù)通信。例如，在一個自動化生產(chǎn)線上，學生可以使用 PLC 編程實現(xiàn)物料的自動分揀、裝配和包裝，通過 PLC 與傳感器、執(zhí)行器等設備的通信，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和控制。同時，學生還將學習如何使用 PLC 與上位機進行數(shù)據(jù)交互，將采集到的數(shù)據(jù)上傳到上位機進行分析和處理，以及接收上位機發(fā)送的控制指令，實現(xiàn)對設備的遠程控制。

邊緣存儲服務開發(fā)課程將引導學生學習邊緣存儲服務的開發(fā)技術，包括數(shù)據(jù)庫選型、數(shù)據(jù)存儲結(jié)構設計、數(shù)據(jù)備份與恢復等方面。學生將使用 MySQL、Redis 等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的高效存儲和管理。例如，在開發(fā)邊緣存儲服務時，學生將根據(jù)工業(yè)數(shù)據(jù)的特點和需求，選擇合適的數(shù)據(jù)庫類型，設計合理的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構，確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性。同時，學生還將學習如何進行數(shù)據(jù)備份和恢復操作，以保障數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。此外，學生還將掌握如何使用數(shù)據(jù)庫連接池、緩存技術等優(yōu)化手段，提高數(shù)據(jù)存儲和訪問的效率。

3. 應用模塊：應用模塊注重培養(yǎng)學生的綜合應用能力和創(chuàng)新思維，使學生能夠?qū)⑺鶎W的知識和技能應用到實際的工業(yè)場景中，解決復雜的工程問題。工業(yè)大數(shù)據(jù)分析課程將深入講解大數(shù)據(jù)分析技術在工業(yè)領域中的應用，包括數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)分析方法、數(shù)據(jù)可視化等方面。學生將學習如何使用 Python、R 等數(shù)據(jù)分析工具，對工業(yè)大數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和價值。例如，通過對設備運行數(shù)據(jù)的分析，預測設備的故障發(fā)生概率，提前進行維護和保養(yǎng)，減少設備停機時間，提高生產(chǎn)效率。同時，學生還將學習如何使用數(shù)據(jù)可視化工具，將分析結(jié)果以直觀的圖表、報表等形式呈現(xiàn)出來，為企業(yè)的決策提供支持。

設備健康管理課程將介紹設備健康管理的理念和方法，使學生了解如何通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式實現(xiàn)設備的全生命周期管理。學生將學習設備故障診斷、預測性維護等技術，掌握如何利用工業(yè)數(shù)據(jù)采集與邊緣服務技術，實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設備故障隱患，并采取相應的措施進行預防和修復。例如，通過對設備的振動、溫度、壓力等參數(shù)進行實時監(jiān)測和分析，使用機器學習算法建立設備故障預測模型，提前預測設備故障的發(fā)生，為設備維護提供決策依據(jù)。同時，學生還將學習如何制定設備維護計劃，合理安排設備的維護時間和維護內(nèi)容，降低設備維護成本，提高設備的可靠性和使用壽命。

生產(chǎn)優(yōu)化案例實踐課程將以實際的工業(yè)生產(chǎn)案例為載體，引導學生綜合運用所學的知識和技能，對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化和改進。學生將參與到實際項目中，從需求分析、方案設計到實施和優(yōu)化，全程跟進項目的進展，培養(yǎng)解決實際問題的能力和團隊協(xié)作精神。