摘 "要：該文基于智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)字技術，將先進制造專業(yè)群各專業(yè)離散型實踐中心教儀進行數(shù)字孿生，實現(xiàn)專業(yè)群各數(shù)字資源的重構、整合、聯(lián)接和集成，打通專業(yè)群中各專業(yè)物理壁壘，實現(xiàn)專業(yè)群教儀數(shù)據(jù)和資源共建、共管、共用和共享，促進專業(yè)群教學模式的改革，實現(xiàn)教學管理、教學過程、教學評價的數(shù)據(jù)量化，助推教育教學數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。

關鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)；數(shù)字孿生；資源重構；教學模式；先進制造

中圖分類號：G642 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）S2-0005-04

Abstract： Based on the intelligent network digital technology， this paper integrates the digital twin of teaching instrument in discrete practice center of each specialty in advanced manufacturing professional group to realizes the reconstruction， integration， connection and integration of digital resources in the professional group， penetrates the barriers of each specialty in the professional group. We finally realize the co-construction， co-management， sharing and sharing of data and resources of the professional group teaching instrument， and promotes the reform of the teaching mode of the professional group. To realize the data quantification of teaching management， teaching process and teaching evaluation， and promote the digital transformation and upgrading of education and teaching.

Keywords： intelligent networking; digital twin; resource restructuring; teaching mode; Advanced Manufacturing

教育數(shù)字化是開辟教育發(fā)展新賽道和塑造教育發(fā)展新優(yōu)勢的重要突破口[1]，根據(jù)黨的二十大報告關于加快建設數(shù)字教育的系列部署和教育部加快建設教育強國的文件精神，強調(diào)了教育數(shù)字化的重要性和緊迫性，提出了具體的目標和措施。按照《中國教育現(xiàn)代化2035》的引領和指導，參照《職業(yè)院校數(shù)字校園規(guī)范》，要深入推進教育數(shù)字化，大力推進教育新型基礎設施建設，構建數(shù)據(jù)驅(qū)動的教育治理新模式，不斷健全教育信息化標準規(guī)范體系，深化國家智慧教育公共服務平臺建設和應用，服務教育教學模式變革與創(chuàng)新，實現(xiàn)教育、科技、人才深度融合的引領作用。

為加快推進教育數(shù)字化改革，數(shù)智教育引領未來，強化人工智能模型在教育教學中的探索與實踐、教育教學智能化與人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新[2-3]，教育部聯(lián)合中國高等教育學會召開“2024高等教育數(shù)字化發(fā)展大會”，構建教育資源網(wǎng)絡化、數(shù)字化、個性化的教育體系，形成方式更加靈活、資源更加豐富的教學資源，推動國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，提升教育質(zhì)量。

文章利用物聯(lián)網(wǎng)技術采集先進制造專業(yè)群中數(shù)控加工中心、焊接中心、三坐標檢測中心、CAD機房和智能裝備中心的實時數(shù)據(jù)，并通過SCADA系統(tǒng)與MES教學管理系統(tǒng)集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化管理。通過MES管理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字資源與教學管理、教學評價等功能的整合，形成統(tǒng)一的教學服務平臺，確保該平臺能夠為師生提供一站式的教學服務，提升教學體驗和效果。

一 先進制造專業(yè)群數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景

（一） 專業(yè)群數(shù)字孿生發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外對于數(shù)字孿生技術在高校專業(yè)群中的應用研究尚處于探索階段，盡管已有一些積極的嘗試和初步成效，但整體而言，該領域的研究仍然充滿了挑戰(zhàn)與機遇[4-5]。

1）實踐教學方面。江南大學在智能制造學院機器人工程專業(yè)已經(jīng)開始了對數(shù)字孿生技術的嘗試[6]，它們將這一技術引入教學資源中，構建了機器人虛擬仿真教學平臺。這些平臺為學生提供了更加真實、直觀的學習體驗，使他們能夠在虛擬環(huán)境中進行實踐操作，從而更深入地理解和掌握先進制造技術。這些嘗試不僅提高了教學效果，也激發(fā)了學生的學習興趣和積極性，為高校先進制造專業(yè)群的教學改革注入了新的活力。

2）學術研究方面。重慶大學李恒等也開始關注數(shù)字孿生技術在先進制造領域的應用前景和潛力[7]。他們通過數(shù)字孿生對傳動系統(tǒng)軸承與傳動軸故障診斷開展了初步的研究工作，探索數(shù)字孿生技術在先進制造過程中的優(yōu)化和升級作用。這些研究不僅為數(shù)字孿生技術的發(fā)展提供了理論支持，也為行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了新的思路和方法。

然而，目前的研究還存在一些問題和挑戰(zhàn)。首先，數(shù)字孿生技術的應用需要大量的數(shù)據(jù)支持和計算資源。如何獲取和處理這些數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性和實時性，是一個需要解決的問題。其次，數(shù)字孿生技術的實現(xiàn)涉及計算機科學、機械工程、控制理論等多個學科領域的知識和技術，如何實現(xiàn)跨學科的合作和創(chuàng)新，充分利用各個領域的優(yōu)勢，也是一個需要克服的難題。此外，數(shù)字孿生技術的應用還需要考慮到實際生產(chǎn)中的安全性和可靠性問題。如何確保數(shù)字孿生系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，防止數(shù)據(jù)泄露和系統(tǒng)故障，保障生產(chǎn)過程的安全和效率，也是一個需要關注的問題。

（二） "行業(yè)發(fā)展需求

隨著信息化、智能化技術的快速發(fā)展，教育行業(yè)面臨數(shù)字化技術的轉(zhuǎn)型沖擊。數(shù)字孿生技術作為一種新型的制造技術，在制造業(yè)中的應用逐漸廣泛，對于提升高校先進制造專業(yè)群的教學質(zhì)量和科研水平具有重要意義[8-9]。

先進制造專業(yè)群作為培養(yǎng)高素質(zhì)先進制造人才的重要基地，需要緊跟行業(yè)發(fā)展趨勢，引入先進的技術手段，提升學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。數(shù)字孿生技術作為制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關鍵技術，可以為高校先進制造專業(yè)群提供新的教學方法和實驗手段，幫助學生更好地理解和掌握先進制造技術。

隨著制造業(yè)對人才需求的不斷變化，先進制造專業(yè)群需要不斷優(yōu)化課程設置和教學內(nèi)容，以適應行業(yè)發(fā)展的需求[10-11]。數(shù)字孿生技術可以為高校先進制造專業(yè)群提供新的研究方向和課題，促進產(chǎn)學研深度融合，推動高校先進制造專業(yè)群的創(chuàng)新發(fā)展。

（三） "專業(yè)群現(xiàn)有基礎

先進制造專業(yè)群擁有先進裝備制造、智能焊接2個省級虛擬仿真基地，實訓資源集成得到一定程度數(shù)字化；擁有數(shù)控技術、機械設計與制造2個省級示范實訓基地，教儀智能化程度較高；擁有數(shù)控技術、智能制造裝備技術2個省級教學資源庫，教學數(shù)字量豐富。其次，五軸加工中心已經(jīng)完成數(shù)字孿生集成，留有對外數(shù)據(jù)拓展接口；三坐標檢測中心數(shù)據(jù)接口對外開放；智能制造裝備技術專業(yè)的工業(yè)4.0自動化裝配線具有局域網(wǎng)通信接口；設備專業(yè)8套機械裝調(diào)設備都留有RS232串行通信接口等，專業(yè)群教學資源數(shù)字化得到部分集成。這將有助于實現(xiàn)MES教學系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成與數(shù)字孿生。

二 "專業(yè)群數(shù)字孿生的內(nèi)涵要義

高校先進制造專業(yè)群數(shù)字孿生的引入，不僅代表了技術的革新，更是對傳統(tǒng)教育模式的深刻挑戰(zhàn)與革新[12-13]。數(shù)字孿生技術的應用，能夠極大地推動高校先進制造專業(yè)群的教學改革，為師生提供前所未有的學習體驗與成果。

（一） "教學層面

數(shù)字孿生技術為先進制造專業(yè)群帶來了教學方法和手段的創(chuàng)新。傳統(tǒng)的實驗教學受限于場地、設備等因素，難以為學生提供全面、真實的學習體驗。而數(shù)字孿生技術的引入，使得構建虛擬實驗室和仿真教學平臺成為可能。這些平臺能夠模擬真實的先進制造環(huán)境和操作過程，讓學生在虛擬環(huán)境中進行實踐操作，從而更直觀地理解和掌握先進制造技術。這不僅提高了教學效果和質(zhì)量，也極大地激發(fā)了學生的學習興趣和積極性。

（二） "科研層面

數(shù)字孿生技術為高校先進制造專業(yè)群提供了新的研究方向和課題。通過對數(shù)字孿生技術在先進制造領域的應用進行深入研究，不僅能夠推動產(chǎn)學研的深度融合，還有助于實現(xiàn)科研成果的轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化不僅能夠提升高校的科研實力，也能為先進制造行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供有力的技術支持。

（三） "人才培養(yǎng)層面

數(shù)字孿生技術的應用還能有效提升高校先進制造專業(yè)群的人才培養(yǎng)質(zhì)量。隨著制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，對人才的需求也發(fā)生了變化。具備數(shù)字孿生技術應用能力的高素質(zhì)人才，將成為行業(yè)發(fā)展的中堅力量。通過培養(yǎng)這類人才，高校不僅能夠滿足制造業(yè)對人才的需求，還能為行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供強有力的人才保障。

隨著技術的不斷進步和應用的深入，數(shù)字孿生技術將在高校先進制造專業(yè)群中發(fā)揮更加重要的作用。未來，我們可以期待數(shù)字孿生技術在更多領域得到應用，如智能制造、產(chǎn)品設計優(yōu)化、生產(chǎn)流程改進等，進一步推動高校先進制造專業(yè)群的創(chuàng)新與發(fā)展。同時，高校也應積極適應這一變革趨勢，加強數(shù)字孿生技術的研究和應用，不斷提升自身的教育水平和科研實力，為培養(yǎng)更多具備數(shù)字孿生技術應用能力的高素質(zhì)人才貢獻力量。

三 "專業(yè)群開展數(shù)字孿生面臨的現(xiàn)實問題

（一） "專業(yè)群實踐資源交互集成與監(jiān)控困難的問題

如何將智能傳感、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和區(qū)塊鏈等數(shù)字化技術有效地整合在一起，利用物聯(lián)網(wǎng)技術采集數(shù)控加工中心、焊接中心、三坐標檢測中心、CAD機房和智能裝備中心的實時數(shù)據(jù)，并通過SCADA系統(tǒng)與MES教學管理系統(tǒng)集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化管理。這需要對各種專業(yè)設備的通信協(xié)議進行深入研究，開發(fā)相應的數(shù)據(jù)采集和處理程序，探索它們之間的協(xié)同作用機制，并設計合理的系統(tǒng)架構和接口，確保數(shù)據(jù)的準確傳輸和高效處理。同時方便管理人員對實踐教學計劃、實驗實訓過程、設備運行情況和學生成績等進行全面監(jiān)控和分析。

（二） "專業(yè)群實踐教學活動未能數(shù)字量化問題

MES教學系統(tǒng)的建設涉及制造中心的圖紙和模型、機電設備中心的下料、數(shù)控中心的加工、智能檢測中心的精度測量、智能焊接中心的焊接拼接、智能裝備中心的裝配和打包等全過程的互聯(lián)互通和工作協(xié)同。如何通過MES管理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字資源與教學管理、教學評價等功能的整合，形成統(tǒng)一的教學服務平臺，確保該平臺能夠為師生提供一站式的教學服務，提升教學體驗和效果。

四 "專業(yè)群開展數(shù)字孿生的路徑

基于智能傳感、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和區(qū)塊鏈等數(shù)字化技術，將焊接中心、數(shù)控加工中心、三坐標檢測中心、智能制造裝備中心和機電設備中心等離散型實訓中心匯總到集成數(shù)字孿生實訓大廳，通過搭建可視化展示屏和手機APP，隨時隨地對專業(yè)群各實訓設備實施有效監(jiān)測與控制，實現(xiàn)專業(yè)群教學資源與管理資源的共用共享。研究技術路線思路圖如圖1所示。

圖1 "研究技術路線思路圖

（一） "建設一套SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

將模具設計與制造專業(yè)設計的圖紙和模型、機電一體化專業(yè)上下料、數(shù)控技術專業(yè)的加工、機械設計與制造專業(yè)的智能檢測、智能焊接技術專業(yè)的焊接拼接、智能制造裝備技術專業(yè)的裝配和打包全過程數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通，實現(xiàn)設計、加工、焊接、檢驗和裝配等制造工藝的在線檢測與監(jiān)控閉環(huán)管理。

（二） "建立一套可視化看板系統(tǒng)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術，采集數(shù)控加工中心、焊接中心、三坐標檢測中心、CAD機房和智能裝備中心的實時數(shù)據(jù)，通過拓展數(shù)據(jù)接口，使SCADA系統(tǒng)與MES集成，可將模具設計與制造專業(yè)圖紙設計—機電設備技術專業(yè)備料下料—數(shù)控技術專業(yè)車銑加工—機械設計與制造專業(yè)的三坐標在線檢測—智能焊接技術專業(yè)智能焊接-智能制造裝備技術專業(yè)裝配包裝等一整套工藝流程數(shù)字化展現(xiàn)在數(shù)字孿生實訓中心，通過PC和手機APP實現(xiàn)專業(yè)群各實踐中心教學計劃、實驗實訓過程、設備運行情況、學生成績分析等的可視化管理。

（三） "建立一套MES教學管理系統(tǒng)

通過實現(xiàn)專業(yè)群各教學實訓中心的互聯(lián)互通，有助于實現(xiàn)教學資源的優(yōu)化配置和高效利用。教學管理系統(tǒng)可實現(xiàn)群組織架構管理、師生信息管理、課程信息管理和成績管理和教學質(zhì)量分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、資源共建、共管、共用和共享，促進專業(yè)群教學模式的改革，實現(xiàn)教學管理的數(shù)據(jù)量化，助推專業(yè)群教育教學的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和升級。

（四） "重構課崗證賽協(xié)同育人模式

緊跟制造業(yè)智能化的步伐，按照智能操作、智能維修與數(shù)字控制等核心崗位能力需求，與企業(yè)共同精心打造智能制造虛擬仿真、智能制造單元數(shù)字集成應用實訓等一系列數(shù)字化前沿課程，提供實戰(zhàn)化、情景化的學習平臺，更直觀地了解和掌握專業(yè)課程的知識技能。同時，指導學生參與職業(yè)院校技能大賽2024年高職組新增賽項“生產(chǎn)單元數(shù)字化改造”，檢驗學習成果，加深同行交流切磋，共同提升。此外，申報教育部“1+X”生產(chǎn)線數(shù)字化仿真應用職業(yè)技能等級證書試點，為學生們提供更多元、更權威的職業(yè)技能認證渠道。

（五） "筑牢產(chǎn)學研用深度融合主線

通過實現(xiàn)專業(yè)群各教學實踐中心的互聯(lián)互通，加強專業(yè)群與制造行業(yè)的科研與合作，以項目研究為樞紐與企業(yè)共同開展實踐教學、技術研發(fā)等活動，聯(lián)合申報廣西壯族自治區(qū)科學技術廳廣西重點研發(fā)計劃、工業(yè)和信息化廳數(shù)字化車間項目，協(xié)助企業(yè)開展數(shù)字化升級改造，實現(xiàn)產(chǎn)學研用的深度融合，推動技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，為社會經(jīng)濟發(fā)展提供有力支持。

（六） "強化專業(yè)群人才鏈的有機銜接

利用數(shù)字孿生技術，模擬真實生產(chǎn)環(huán)境，創(chuàng)建與行業(yè)企業(yè)緊密關聯(lián)的虛擬實訓場景，增強學生對實際工作環(huán)境的認知與適應能力。同時，與廣西柳工集團有限公司、廣西玉柴機器集團有限公司等行業(yè)領軍企業(yè)建立長期合作關系，依托企業(yè)數(shù)字化車間、智能工廠等項目與案例，共同開發(fā)實訓課程，確保課題研究方向、內(nèi)容與行業(yè)前沿接軌，實現(xiàn)人才培養(yǎng)與企業(yè)需求精準對接，縮短畢業(yè)生就業(yè)適應期。通過這種模式，構建教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的深度融合體系，致力于培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢、具備高技能和創(chuàng)新精神的應用型人才。

五 "專業(yè)群開展數(shù)字孿生的創(chuàng)新性

（一） "基于數(shù)字化技術的專業(yè)群實踐資源交互集成與智能監(jiān)控體系

項目研究將突破傳統(tǒng)專業(yè)群實踐資源分散、管理困難的局限，創(chuàng)新性地構建基于智能傳感、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和區(qū)塊鏈等數(shù)字化技術的專業(yè)群實踐資源交互集成與智能監(jiān)控體系。通過SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)資源的集成與可視化展示，打破專業(yè)壁壘，促進學科交叉與融合。同時，利用物聯(lián)網(wǎng)技術實時采集實訓中心的運行數(shù)據(jù)，通過MES管理系統(tǒng)實現(xiàn)教學管理與資源利用的數(shù)字化和智能化。這一創(chuàng)新體系將大幅提高實踐教學的效率和質(zhì)量，為專業(yè)群教育教學的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和升級提供有力支撐。

（二） "一體化數(shù)字孿生實踐教學平臺的開發(fā)與應用

本項目將構建專業(yè)群實踐中心的數(shù)字孿生，創(chuàng)新性地開發(fā)一體化數(shù)字孿生實踐教學平臺。該平臺將焊接中心、數(shù)控加工中心、三坐標檢測中心等多個離散型實訓中心集成到數(shù)字孿生實訓大廳，實現(xiàn)教學資源的共建、共管、共用和共享。通過可視化看板系統(tǒng)和MES教學管理系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)教學計劃、實驗實訓過程、設備運行情況和學生成績等的全面可視化管理。此外，該平臺還將加強專業(yè)群與制造行業(yè)的產(chǎn)學研用深度融合，推動技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。這一創(chuàng)新平臺將有力推動專業(yè)群教育教學的現(xiàn)代化和智能化發(fā)展，為社會經(jīng)濟發(fā)展提供有力的人才和技術支持。

六 "專業(yè)群開展數(shù)字孿生的必要性

實現(xiàn)專業(yè)群實踐中心數(shù)字資源的重構、整合、聯(lián)接和集成，打通專業(yè)群各專業(yè)壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、資源共建、共管、共用和共享，促進專業(yè)群教學模式的改革，實現(xiàn)教學管理、教學過程、教學評價的數(shù)據(jù)量化，助推專業(yè)群教育教學的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和升級[14-15]。

（一） "專業(yè)群實踐資源的交互集成

通過SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)將各類數(shù)據(jù)資源進行集成，形成數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)中心，為數(shù)據(jù)分析、挖掘提供支撐。有利于打破各專業(yè)壁壘，將不同學科、不同專業(yè)的數(shù)字資源進行有效整合，促進學科交叉和融合，并協(xié)助管理人員更好地監(jiān)控和管理實踐中心，確保教儀的安全性、可用性。

（二） "專業(yè)群教學功能的系統(tǒng)管理

通過MES管理系統(tǒng)將數(shù)字資源與教學管理、教學評價等功能進行整合，形成統(tǒng)一的教學服務平臺，為師生提供一站式的教學服務。如將實踐活動、實踐監(jiān)控、教學評價、自動排課、成績分析和設備故障率等形成一體化的實踐教學管理系統(tǒng)。

（三） "專業(yè)群人才鏈的有機銜接

通過構建專業(yè)群實踐中心的數(shù)字孿生，銜接制造行業(yè)數(shù)字化工廠建設模式，強化與行業(yè)企業(yè)的深度合作，推動產(chǎn)教融合，提前讓學生接觸并適應未來的工作環(huán)境，縮短從學校到工作崗位的適應期，為社會輸送更多符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的高技能應用型人才，實現(xiàn)教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈有機銜接。

七 "結(jié)束語

通過先進制造專業(yè)群數(shù)字孿生，全面優(yōu)化了專業(yè)群的實踐教學環(huán)境，梳理專業(yè)群實踐資源的交互集成方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、整合與分析的一體化管理，打破各專業(yè)壁壘，提升了實踐中心的安全與效率。同時，我們構建了教學功能管理系統(tǒng)，將數(shù)字資源與教學管理、評價等深度整合，提供便捷的教學服務，滿足專業(yè)群的教學需求。打通了專業(yè)群人才鏈的有機銜接，利用數(shù)字孿生技術模擬真實生產(chǎn)環(huán)境，引入企業(yè)實際項目，探索產(chǎn)教融合新模式，培養(yǎng)出符合產(chǎn)業(yè)需求的高技能創(chuàng)新人才。有效提升了教學效率與質(zhì)量，實現(xiàn)了教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的深度融合。

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