牛耀國(guó)

摘 要： 工程訓(xùn)練中心是各高校面向工科學(xué)生開放、實(shí)踐、學(xué)習(xí)、研究、創(chuàng)新的學(xué)習(xí)場(chǎng)所。目前，高校工程訓(xùn)練中心的設(shè)備管控與信息化能力不足以支撐越來越多的實(shí)驗(yàn)室管理和設(shè)備管理，加上日益增多的學(xué)生實(shí)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生與實(shí)驗(yàn)室安全管控的要求與日益增多的實(shí)驗(yàn)室數(shù)量和使用人數(shù)不相適應(yīng)，影響了工程訓(xùn)練中心教學(xué)向更高水平的邁進(jìn)。為安全、有序、更高效地對(duì)場(chǎng)所的教學(xué)、社團(tuán)、環(huán)境及開放設(shè)備等進(jìn)行管理、監(jiān)控，達(dá)到準(zhǔn)入機(jī)制、授權(quán)使用、歷史留痕、人員軌跡、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用的目的，幫助管理由傳統(tǒng)的記錄本、教師現(xiàn)場(chǎng)看管方式向數(shù)字式、智能化方向轉(zhuǎn)型，因此需提升數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)室管理水平，即通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下智慧工訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)，完成智慧工訓(xùn)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 工程訓(xùn)練 智能化 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 智慧工訓(xùn)

中圖分類號(hào)： TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2023）12-0032-03

基金項(xiàng)目：浙江省教育廳一般科研項(xiàng)目“基于互聯(lián)網(wǎng)“+”的數(shù)控車床智能管理系統(tǒng)的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：Y201942494）。

各高校工程訓(xùn)練中心的教學(xué)模式一直都是教師全程監(jiān)管，沒有實(shí)現(xiàn)信息化智能化管理，無法實(shí)現(xiàn)全方位、全流程、全覆蓋監(jiān)管，因此需要建立數(shù)字化管理平臺(tái)，來彌補(bǔ)這方面的欠缺。隨著素質(zhì)教育和教育部辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全檢查工作的通知文件下發(fā)后，全國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室均加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室安全管控和準(zhǔn)入機(jī)制的建設(shè)工作，特別是?；?、具有危險(xiǎn)性的機(jī)械工具、大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全管理與準(zhǔn)入機(jī)制的建設(shè)更是重點(diǎn)工作。基于以上，在智慧工訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)中在引入實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入與管控系統(tǒng)信息化建設(shè)，利用信息化技術(shù)管理實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的使用率統(tǒng)計(jì)、人群分析、知識(shí)共享、準(zhǔn)入考核、實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度的學(xué)習(xí)、學(xué)生行為分析、權(quán)限管控、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、歷史記錄查詢等方面達(dá)到全過程的監(jiān)管[1-2]。使用該系統(tǒng)，管理人員可方便的將準(zhǔn)入系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，以及其他信息化子系統(tǒng)結(jié)合起來，形成預(yù)約、學(xué)習(xí)、準(zhǔn)入考試、進(jìn)門、考勤、實(shí)踐操作、成績(jī)、評(píng)教全面結(jié)合，成為一整套閉環(huán)系統(tǒng)。

綜上所述，可將學(xué)生在場(chǎng)所內(nèi)的安全從教育到考試，從門禁到設(shè)備，從實(shí)時(shí)監(jiān)控到歷史回放管理起來。達(dá)到安全教育、安全實(shí)驗(yàn)、學(xué)生行為管控、學(xué)生日常表現(xiàn)記錄的效果，從而實(shí)現(xiàn)安全教育、過程教育的目的[3]?；谝陨险撌?，建設(shè)智慧工訓(xùn)平臺(tái)具有現(xiàn)實(shí)意義和創(chuàng)新精神。

1 智慧工訓(xùn)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

搭建智慧工訓(xùn)平臺(tái)，最終目的是實(shí)現(xiàn)全區(qū)門禁、電力、設(shè)備資源與環(huán)境監(jiān)控的有效管理與應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)門禁留痕、設(shè)備留痕、電力管控、環(huán)境參數(shù)監(jiān)控等相關(guān)事件均有歷史記錄和實(shí)名制登記。使管理者通過手機(jī)或電腦即可控制、檢查全區(qū)運(yùn)行狀態(tài)：所有人員的出入狀態(tài)、所有設(shè)備的使用狀態(tài)、所有電力的運(yùn)行狀態(tài)。智慧工訓(xùn)平臺(tái)搭建見圖1。系統(tǒng)方案從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1 數(shù)控設(shè)備的智能管控

本文利用開關(guān)電源工作原理，設(shè)計(jì)一套控制電路，本文以機(jī)床12 V開關(guān)電源為例，研究NFC卡的工作原理，利用電路理論和有關(guān)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)出通過NFC卡刷卡控制機(jī)床電源開關(guān)的系統(tǒng)；操作機(jī)床只是實(shí)驗(yàn)室管理人員，采用C/S架構(gòu)就能滿足系統(tǒng)的要求；其他模塊采用B/S 模式，簡(jiǎn)單易用，加快了開發(fā)的速度；整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)采用了C/S和B/S混合的模式；數(shù)控車床智能化管理系統(tǒng)以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，引入RFID、數(shù)據(jù)庫、ZigBee等技術(shù)作為支撐?；贑/S模式的功能命令通過Wi-Fi和ZigBee通信協(xié)議發(fā)送給控制模塊，監(jiān)測(cè)機(jī)床開機(jī)使用情況；基于B/S架構(gòu)的系統(tǒng)能實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)床使用數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取，并能對(duì)機(jī)床使用人權(quán)限進(jìn)行增加、刪減，同時(shí)能根據(jù)學(xué)期課程安排進(jìn)行權(quán)限的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備開放共享。通過學(xué)生的使用頻次、人群等信息分析，方便教師在組織活動(dòng)、參加競(jìng)賽、創(chuàng)新教育等方面進(jìn)行差異化教育，將設(shè)備的資源最大化[4]。數(shù)控設(shè)備安全管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

1.2 全場(chǎng)門鎖的使用情況

中心各樓層實(shí)訓(xùn)室、機(jī)房等特殊區(qū)域的出入控制，門的開啟、關(guān)閉狀態(tài)，管理人員需要實(shí)時(shí)掌握其狀態(tài)、通行情況，如對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行巡視，將大大增加管理不可控。因此，在教學(xué)樓內(nèi)的各實(shí)訓(xùn)室中，安裝門禁管理系統(tǒng)是非常有必要的。系統(tǒng)將二維碼識(shí)別系統(tǒng)與電子鎖有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而由二維碼代替鑰匙，配合電腦，實(shí)行智能化管理，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)門鎖的多種不足，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能給人們提供了便利。本系統(tǒng)的實(shí)施將有效保障學(xué)院實(shí)訓(xùn)教學(xué)樓內(nèi)的人、財(cái)、物的安全，為學(xué)院建立一個(gè)安全、高效、舒適、方便的教學(xué)環(huán)境，為平臺(tái)安全教育、開放預(yù)約、實(shí)訓(xùn)室管理及教學(xué)管理等系統(tǒng)提供支撐。門禁系統(tǒng)可避免場(chǎng)所人多手雜導(dǎo)致的失竊、設(shè)備意外啟動(dòng)等情況，通常門禁卡或鑰匙經(jīng)常被復(fù)制、丟失、轉(zhuǎn)借、損壞、忘帶以及交接等問題，而且數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)上報(bào)。系統(tǒng)采用的智能門禁可使用App實(shí)現(xiàn)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(chǎng)電力的使用情況

場(chǎng)所電力使用情況實(shí)時(shí)檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)，可根據(jù)設(shè)定切斷制定空間的電力（需安裝電箱），實(shí)時(shí)檢測(cè)三相電電壓、電流、功率、用電功耗等參數(shù)，實(shí)時(shí)掌握全場(chǎng)地的用電情況。可在不需要使用的場(chǎng)地隨手關(guān)閉電力供應(yīng)，保證用電安全。通過以上的管控，運(yùn)用數(shù)字化的手段結(jié)合電腦和手機(jī)，實(shí)現(xiàn)了全場(chǎng)環(huán)境的監(jiān)控工作[5]。如圖4所示。

1.4 電源管理顯示系統(tǒng)

智能插座管控實(shí)驗(yàn)臺(tái)、學(xué)生社團(tuán)、教室、辦公室等場(chǎng)所電源插座，實(shí)現(xiàn)掃碼授權(quán)使用，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的電力管控應(yīng)用。如圖5所示。

1.5 數(shù)據(jù)分析中心

1.5.1 警告數(shù)據(jù)分析

自動(dòng)生成中心違規(guī)操作或者異常事件排名，直觀展現(xiàn)主要安全、管控問題。針對(duì)性解決問題，自動(dòng)生成中心違規(guī)操作、告警實(shí)驗(yàn)室或者設(shè)備排名，直觀展現(xiàn)主要安全、管控常發(fā)地點(diǎn)和設(shè)備，針對(duì)性解決問題。

1.5.2 行為數(shù)據(jù)分析

包括設(shè)備使用時(shí)長(zhǎng)排名，確定設(shè)備使用飽和度；學(xué)生、項(xiàng)目組使用實(shí)驗(yàn)室或者設(shè)備時(shí)長(zhǎng)排名，分析學(xué)生、項(xiàng)目組活躍度；不同專業(yè)學(xué)生活躍度分析[6]。

1.6 智慧工訓(xùn)系統(tǒng)可視化

智慧工訓(xùn)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)工訓(xùn)可視化，打造人機(jī)交互式體驗(yàn)方式，推出數(shù)智工訓(xùn)展示板塊，學(xué)生可在中心通過移動(dòng)智能終端的多種設(shè)備進(jìn)行訪問，采用多種網(wǎng)絡(luò)連接的方式接入，交互展示系統(tǒng)支持用戶管理、云計(jì)算數(shù)據(jù)管理，根據(jù)需求對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和恢復(fù)。顯示設(shè)備集中管理進(jìn)行統(tǒng)一運(yùn)維。憑借大數(shù)據(jù)集中展示讓數(shù)據(jù)共享服務(wù)帶給學(xué)生全新的交互體驗(yàn)。工訓(xùn)大數(shù)據(jù)可視化展示通過平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析，用圖形化方式讓數(shù)據(jù)、知識(shí)以及信息得到展示，這里可以展示的數(shù)據(jù)包括實(shí)訓(xùn)室利用率、實(shí)訓(xùn)人數(shù)、耗材使用、學(xué)生通過率等。

本文通過對(duì)本校工程訓(xùn)練中心的教學(xué)管理任務(wù)需求分析，明確系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和系統(tǒng)功能需求；其次對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件做出總體的設(shè)計(jì)方案；最后完成智慧工訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)字化教學(xué)、數(shù)字管理、學(xué)習(xí)工廠、物聯(lián)集控、工訓(xùn)可視化等功能的具體實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)語

本文是對(duì)智慧工訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，從現(xiàn)代工程訓(xùn)練教學(xué)的探討中研究管理體系的建設(shè)，并通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，為智慧工訓(xùn)系統(tǒng)提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)支撐。通過智慧工訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)將各種現(xiàn)代制造設(shè)備教學(xué)資源數(shù)字化并為實(shí)踐教學(xué)提供在線服務(wù)，提高整個(gè)中心實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行與管理的信息化、智能化。在此系統(tǒng)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行全流程、多方位的實(shí)時(shí)管控，將學(xué)生從進(jìn)入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，到完成整個(gè)教學(xué)與實(shí)踐活動(dòng)的全周期內(nèi)的所有信息按時(shí)間軸列舉。教師可實(shí)時(shí)查看整個(gè)場(chǎng)所的整體情況，或單獨(dú)追查某個(gè)學(xué)生從進(jìn)門到出門的所有時(shí)間軌跡，使教師無論身在何處，都可以快速了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地情況。因此智慧工訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)是服務(wù)于數(shù)字化、信息化與工業(yè)化深度融合發(fā)展的戰(zhàn)略需求，從而推進(jìn)高校實(shí)踐教學(xué)水平提升到一個(gè)新的平臺(tái)高度。

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