電子信息工程實(shí)驗(yàn)室研究論文
1什么是工業(yè)
“互聯(lián)網(wǎng)+制造”就是工業(yè)4.0。“工業(yè)4.0”是德國(guó)推出的概念，美國(guó)叫“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，我國(guó)叫“中國(guó)制造2025”，這三者本質(zhì)內(nèi)容是一致的，都指向一個(gè)核心，就是智能制造。工業(yè)4.0的特征包括互聯(lián)、數(shù)據(jù)、集成、創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型。技術(shù)支柱包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)機(jī)器人、3D打印、自動(dòng)化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能。
2什么是智慧實(shí)驗(yàn)室
智慧實(shí)驗(yàn)室是指在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的范圍內(nèi)將多個(gè)物品采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及圖形顯示技術(shù)等將其功能化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，建立一個(gè)由實(shí)驗(yàn)室管理中心、信息通信服務(wù)以及實(shí)驗(yàn)室智能化系統(tǒng)組成的“三合一”智慧實(shí)驗(yàn)室集成系統(tǒng)。基于工業(yè)4.0的智慧實(shí)驗(yàn)室是在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上，輔以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧化設(shè)備構(gòu)建起來(lái)的，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放共享深入教學(xué)需求、即插即用系統(tǒng)極速部署、移動(dòng)互聯(lián)打破時(shí)空束縛、全面管控舒適高效安全的智慧化實(shí)驗(yàn)服務(wù)平臺(tái)。在智慧實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程中，注重軟件管理系統(tǒng)與硬件管理系統(tǒng)的合理配置，教師、學(xué)生和管理者全面感知不同的教學(xué)資源，獲得互動(dòng)、共享、協(xié)作的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和科研工作環(huán)境。
3如何構(gòu)建工業(yè)
4.0下的智慧實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建工業(yè)4.0下的智慧實(shí)驗(yàn)室方案包括軟件和硬件兩大部分。軟件技術(shù)包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算平臺(tái)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等，用以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室預(yù)約管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建；硬件技術(shù)包括工業(yè)機(jī)器人、傳感器、RFID等，用以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室智能卡RFID、實(shí)驗(yàn)室智能門(mén)禁終端、實(shí)驗(yàn)室攝像頭終端、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室報(bào)警系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程控電系統(tǒng)的構(gòu)建。智慧實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)圖如圖1所示。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)集成實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各個(gè)智能硬件終端、通信設(shè)施等，同時(shí)運(yùn)用云計(jì)算等技術(shù)構(gòu)成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)。通過(guò)這個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使人與人、人與實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)設(shè)備、以及實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放服務(wù)與學(xué)生服務(wù)之間，能夠形成一個(gè)互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端到端的高度集成。
3.1實(shí)驗(yàn)室管理軟件系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室軟件系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理，教師可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室預(yù)約管理系統(tǒng)，科學(xué)設(shè)置上課時(shí)間、上課地點(diǎn)，排課方式靈活，擺脫時(shí)間束縛。系統(tǒng)可對(duì)教師預(yù)約、學(xué)生預(yù)約、管理員審批等進(jìn)行科學(xué)管理。在實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行考勤管理，非上課時(shí)間段內(nèi)，沒(méi)有預(yù)約師生則無(wú)法完成考勤與開(kāi)門(mén)動(dòng)作。同時(shí)系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程，完成實(shí)驗(yàn)課程管理與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理。實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時(shí)分配、學(xué)分制管理，實(shí)驗(yàn)必做項(xiàng)目和選做項(xiàng)目的分配與管理，學(xué)生實(shí)驗(yàn)后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，都通過(guò)該系統(tǒng)完成。我校使用的極域電子課堂，對(duì)課堂管理包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程命令、學(xué)生策略，課堂互動(dòng)包括分件分發(fā)、文件提交等，可方便的完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系統(tǒng)管理。實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)主要依托校園網(wǎng)絡(luò)，以高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)總結(jié)、實(shí)驗(yàn)通知、實(shí)驗(yàn)門(mén)禁、實(shí)驗(yàn)監(jiān)控以及設(shè)備儀器等構(gòu)建信息化管理平臺(tái)。如圖2所示。
3.2實(shí)驗(yàn)室管理硬件系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室管理硬件系統(tǒng)主要用以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程控電管理、門(mén)禁、安全防護(hù)、實(shí)驗(yàn)室照明通電、實(shí)驗(yàn)臺(tái)通電、智能光感窗簾、投影儀、攝像頭、教師機(jī)通電等，都由系統(tǒng)遠(yuǎn)程智能控制。主要采用了各類(lèi)傳感器、RFID、嵌入式等硬件技術(shù)。教師通過(guò)刷卡可完成實(shí)驗(yàn)室照明、投影儀、教師機(jī)的取電，學(xué)生刷卡可完成所分配的實(shí)驗(yàn)臺(tái)通電，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備取電等。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于構(gòu)建智慧實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，通過(guò)采集窗簾上的傳感器數(shù)據(jù)、室內(nèi)照明光傳感器數(shù)據(jù)，感知環(huán)境光照強(qiáng)度，自動(dòng)調(diào)節(jié)窗簾的開(kāi)關(guān)與室內(nèi)光照亮度；通過(guò)實(shí)時(shí)采集室內(nèi)的溫、濕度傳感器、PM2.5檢測(cè)器的數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制空調(diào)等相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)系統(tǒng)配套有攝像頭終端、煙霧報(bào)警傳感器等設(shè)備，完成智慧實(shí)驗(yàn)室內(nèi)影像的實(shí)時(shí)采集；智能門(mén)禁終端采用目前已經(jīng)非常成熟的RFID技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，可對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)出人員實(shí)施有效控制，避免非法入侵，對(duì)非法卡、門(mén)磁異常等情況實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)并關(guān)閉門(mén)鎖，具有較好的通信功能和報(bào)警功能，可靠性和穩(wěn)定性極好。
4結(jié)語(yǔ)
應(yīng)用型本科院校電子信息工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生最基本要求就是實(shí)踐應(yīng)用能力強(qiáng)，所學(xué)課程均配有相當(dāng)多學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通常情況下，該專(zhuān)業(yè)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)類(lèi)課程學(xué)時(shí)占總授課學(xué)時(shí)的50%左右，可見(jiàn)對(duì)于高校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)亟待解決。而基于工業(yè)4.0的電子信息工程專(zhuān)業(yè)智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，可以很好的解決了電子信息工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)人工實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、實(shí)驗(yàn)室資源分配耗時(shí)又低效的難題，使高校的實(shí)驗(yàn)室管理更為科學(xué)化、規(guī)范化、人性化，很好的實(shí)現(xiàn)了以人為本，這也是工業(yè)4.0的重要體現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
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