职业院校工业网络智能控制与维护综合实训系统|工业互联网实训室

一、 前言

随着工业 4.0 的推进，工业互联网成为制造业转型升级的关键。工业互联网融合了物联网、大数据、人工智能等技术，推动了制造业向智能化、柔性化、高效化发展。据工信部数据，2024 年我国工业互联网产业规模已超 1.5 万亿元，预计到 2026 年将突破 2 万亿元，年均复合增长率达 18%。

随着工业互联网的快速发展，对相关专业人才的需求也日益旺盛。然而，当前人才市场上工业互联网领域的专业人才供不应求，这在一定程度上制约了工业互联网的进一步普及和应用。职业院校作为培养技术技能型人才的重要阵地，肩负着为工业互联网产业输送高素质人才的重任。为了满足产业发展对人才的需求，职业院校急需构建一套完善的工业网络智能控制与维护综合实训系统，为学生提供真实、高效的实践环境，提升学生的专业技能和职业素养。

二、职业院校面临的人才培养挑战

随着工业互联网在制造业的广泛应用，行业对专业人才的需求急剧增长。据相关数据显示，预计到 2028 年，我国工业互联网领域人才缺口将达 294 万人 ，智能制造领域人才缺口将达 370 万人。这一庞大的人才缺口严重制约了工业互联网产业的进一步发展，也凸显了职业院校加强相关人才培养的紧迫性。

工业互联网是一个融合了多学科知识和技术的领域，对人才的技能要求极为复杂和多元。工业互联网工程技术人员不仅需要掌握工业互联网网络、平台、安全三大体系的核心技术，还要具备在网络互联、标识解析、平台建设、数据服务、应用开发、安全防护等多个领域进行规划设计、技术研发、测试验证、工程实施、运营管理和运维服务的能力。

对于工业互联网运维员来说，他们既要像 “全科医生” 一样精通设备故障诊断与修复，又要充当 “智能管家”，确保设备联网稳定，实时掌握设备运行状态，实现全生命周期数据的可追溯。这种对人才综合能力的高要求，使得培养合格的工业互联网专业人才成为一项极具挑战性的任务。

然而，当前职业院校在工业互联网相关专业的教学中，存在着诸多与产业需求脱节的问题，尤其是在实践教学环节，存在着明显的不足。一方面，教学设备陈旧、落后，无法模拟真实的工业互联网应用场景，导致学生缺乏对实际工作环境的了解和适应能力。许多职业院校的实训设备仍停留在传统工业自动化阶段，无法满足工业互联网时代对智能化、网络化设备的操作和维护要求。另一方面，实践教学内容与企业实际需求严重脱节，学生在实训中所接触的项目和任务往往过于简单和理想化，缺乏对复杂实际问题的处理能力和创新能力的培养。此外，实践教学师资力量薄弱也是一个突出问题。部分教师缺乏工业互联网领域的实际工作经验，难以将企业的最新技术和实践案例融入到教学中，导致教学质量难以提升。

实训系统作为连接理论教学与企业实际需求的桥梁，对于弥补职业院校现有教学实践环节的不足具有不可替代的重要意义。通过构建工业网络智能控制与维护综合实训系统，职业院校能够为学生提供一个高度仿真的工业互联网实践环境，让学生在模拟真实的工作场景中，进行设备操作、系统维护、故障诊断等实践操作，从而有效提升学生的实际操作能力和问题解决能力。实训系统还能够引入企业实际项目和案例，让学生参与到真实的工业互联网项目开发和实施中，增强学生的项目经验和团队协作能力，使学生在毕业后能够迅速适应企业的工作要求，成为工业互联网产业发展的急需人才。

三、实训系统总体设计

3.1 设计目标与理念

本实训系统旨在培养适应工业互联网发展的高素质技术技能人才，满足职业院校工业网络智能控制与维护专业教学需求。设计遵循以下理念：

产业导向：紧密结合工业互联网实际应用场景，涵盖从设备层到应用层的全链条技术，使学生在实训中积累真实工作经验，毕业后能无缝对接企业岗位。

综合能力培养：打破传统单一技能培养模式，融合网络搭建、智能控制编程、故障诊断与维护等多维度能力训练，提升学生综合职业素养。

可持续发展：系统具备良好的扩展性和升级性，能够适应工业互联网技术快速迭代，持续更新实训内容与设备，保障教学的前瞻性和实用性。

3.2 系统架构与功能模块

实训系统采用分层架构设计，自下而上分为设备层、控制层、数据层、应用层，各层之间通过标准化协议无缝对接，实现数据高效流通与协同工作。

设备层：集成多种工业网络设备，如 PLC、传感器、执行器、交换机等，模拟真实工业现场复杂设备环境，学生可进行设备选型、安装、调试等操作，掌握设备互联互通基础技能。

控制层：以工业控制器为核心，配备多种编程软件，支持主流编程语言，学生可在此层进行智能控制程序开发，实现设备自动化控制，如基于 PLC 的生产流程控制、机器人运动控制等，培养编程与控制能力。

数据层：部署数据采集与处理单元，实时收集设备运行数据，通过数据清洗、存储、分析等操作，挖掘数据价值，为上层应用提供数据支持，同时培养学生大数据处理与分析能力。

应用层：开发工业互联网典型应用场景，如智能生产监控、质量检测、能源管理等，学生可在此层进行系统集成与应用开发，将所学知识综合运用到实际项目中，提升解决复杂问题能力。

四、软件资源与教学支持

4.1 实训软件功能

工业网络智能控制与维护综合实训系统配备的软件资源是实现高效教学与实训的关键工具，其功能设计紧密围绕实训目标展开，具备以下特点：

设备仿真与虚拟化：软件能够模拟各类工业网络设备的运行状态，包括 PLC、传感器、执行器等。通过虚拟化技术，学生可以在软件环境中进行设备的选型、配置和调试操作，无需依赖大量实体设备。

编程与调试支持：软件提供多种主流编程语言的开发环境，支持学生进行智能控制程序的编写和调试。例如，对于 PLC 编程，软件提供梯形图、功能块图、指令表等多种编程方式，学生可以根据自己的习惯选择合适的编程语言。同时，软件具备代码高亮、语法检查、断点调试等功能，帮助学生快速发现和纠正编程错误，提高编程效率和质量。

故障模拟与诊断：软件能够模拟工业网络中常见的故障场景，如硬件故障、软件故障、通信故障等。学生可以在软件环境中进行故障诊断与排除的实训操作，通过观察故障现象、分析故障原因、采取修复措施等步骤，提高故障处理能力。

数据采集与分析：软件具备强大的数据采集功能，能够实时收集设备运行数据，并进行存储和分析。学生可以通过软件界面查看数据的实时变化趋势，利用数据分析工具挖掘数据中的潜在信息。

4.2 教学资源库建设

为确保工业网络智能控制与维护综合实训系统的教学效果，建立完善且丰富的教学资源库至关重要，其内容涵盖以下几个方面：

实训教材与指导书：编写与实训系统配套的教材和指导书，详细阐述实训项目的背景、目标、步骤、注意事项等内容。教材内容结合实际工业案例，采用图文并茂、通俗易懂的方式呈现，使学生能够快速理解和掌握实训要点。

多媒体教学资源：制作大量的多媒体教学资源，如教学视频、动画、课件等。教学视频可以展示设备的实际操作过程、故障排除实例、工业应用场景等，使学生更直观地了解实训内容。案例库与项目库：收集整理大量的实际工业案例，形成案例库。案例库中的案例涵盖不同行业、不同规模的工业网络应用，每个案例都详细描述了项目背景、技术方案、实施过程、效果评估等内容。学生可以通过分析案例，了解工业网络在实际生产中的应用情况，学习先进的技术和管理经验。同时，建立项目库，为学生提供真实的工业网络项目实践机会。项目库中的项目根据难易程度和实训目标进行分类，学生可以根据自己的学习进度选择合适的项目进行实践，提高解决实际问题的能力。

在线学习平台：搭建在线学习平台，将教学资源库中的所有资源进行整合与共享。学生可以通过平台自主学习，观看教学视频、阅读教材、下载课件、参与在线讨论等。平台还具备在线测试功能，学生可以进行自我检测，了解自己的学习进度和掌握程度。教师可以通过平台发布教学任务、布置作业、批改作业、与学生进行互动交流等，实现线上线下混合式教学模式。在线学习平台的使用提高了教学效率和学生的学习积极性，打破了时间和空间的限制，使学生能够随时随地进行学习。

五、工业互联网综合实训室设计效果图