基于智能制造挑戰(zhàn)賽的高職院校工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)課程教學改革

陳元凱 劉魏晉

摘? 要：“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽作為我國智能制造領(lǐng)域級別最高的賽事，無論是在競賽要求還是在競賽賽題上均以企業(yè)中的實際項目、實際設(shè)備為背景，全面鍛煉學生技能和工程創(chuàng)新能力。本文依托智能制造挑戰(zhàn)賽，結(jié)合高職院?！肮I(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”課程的實際情況，從課堂教學內(nèi)容和實踐教學內(nèi)容兩方面探索了“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”課程的教學改革。

關(guān)鍵詞：智能制造挑戰(zhàn)賽? 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)? 高職院校? 教學改革

中圖分類號：G71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）09（c）-0202-03

Abstract： As the highest level event in the field of Intelligent Manufacturing in China， "Siemens Cup" China intelligent manufacturing challenge is based on the actual projects and equipment in the enterprise to comprehensively exercise students' skills and engineering innovation ability， whether in competition requirements or in competition topics. Based on the intelligent manufacturing challenge and the actual situation of "industrial control network" course in higher vocational colleges， this paper explores the teaching reform of "industrial control network" course from two aspects of classroom teaching content and practical teaching content.

Key Words： China intelligent manufacturing challenge; Industrial control network; High vocational colleges; Teaching reform

1? 中國智能制造挑戰(zhàn)賽簡介

培養(yǎng)創(chuàng)新人才是我國實現(xiàn)從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國轉(zhuǎn)型以及“中國制造 2025”國家發(fā)展戰(zhàn)略目標的重要支撐和保障[1-2]。在這一大的背景下“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽（以下簡稱智能制造挑戰(zhàn)賽）應運而生。智能制造挑戰(zhàn)賽自2006年發(fā)展至今已經(jīng)成功舉辦13屆，全國有近600所高校、1000余個學院參加，大賽已成為中國智能制造領(lǐng)域規(guī)模最大、規(guī)格最高的國家A類競賽[3]。競賽內(nèi)容涉及智能制造領(lǐng)域中前沿的科技創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計和智能應用等，包含邏輯控制、工業(yè)運動控制、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、過程控制、智能創(chuàng)新等多個賽項。

以工業(yè)網(wǎng)絡(luò)賽項為例，該賽項分為本科組和高職組，其中高職組是以實際企業(yè)中的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)項目作為競賽賽題，以真實的工業(yè)設(shè)備和工業(yè)環(huán)境作為賽場，全面鍛煉學生的網(wǎng)絡(luò)操作技能以及各類網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、組態(tài)、配置和調(diào)試等能力[3]。

2? 參加智能制造挑戰(zhàn)賽暴露的問題與解決方法

我校一貫鼓勵大學生積極參與各類競賽，重視提高他們的實踐動手能力，堅持理論聯(lián)系實際培養(yǎng)符合企業(yè)需求的技能型人才。以筆者所在電子工程學院為例，自2017年以來，已經(jīng)連續(xù)多年參加智能制造挑戰(zhàn)賽工業(yè)網(wǎng)絡(luò)賽項，取得挑戰(zhàn)賽國家級特等獎一項、國家級二等獎一項、省級獎項多項，但在獲獎的同時也暴露了幾個明顯的問題。首先，智能制造挑戰(zhàn)賽只能選拔少數(shù)學生參加，不能使所有同專業(yè)學生受益，這勢必會導致學生之間能力水平產(chǎn)生分化;其次，為了獲得好成績，參賽學生往往需要花費大量時間進行競賽訓練，時間一長容易導致學生的課堂學習效率低下，甚至會影響其他課程的學習，這也是高職學生參加各類競賽所暴露的普遍性問題。

解決這類問題的關(guān)鍵在于需要在課堂教學與競賽訓練之間找到一個平衡點[4]，即將競賽內(nèi)容細化為多個所有學生都能參與的教學項目，把常規(guī)的競賽訓練融入到平時的教學之中，這樣可有效地避免參賽學生與不參賽學生之間能力的分化，又能兼顧競賽訓練與課堂教學，因此課程教學內(nèi)容和實踐教學內(nèi)容的改革至關(guān)重要。

3? 基于智能制造挑戰(zhàn)賽，推動工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)課程的教學改革

作為新型基建的核心科技領(lǐng)域之一，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在中國制造2025重大戰(zhàn)略部署中占有舉足輕重的地位。在這一大的背景下工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了長足的發(fā)展，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)課程也成為了高職院校機電一體化、電氣自動化等工科專業(yè)一門重要的專業(yè)課。下面將依托智能制造挑戰(zhàn)賽工業(yè)網(wǎng)絡(luò)賽項，具體探索工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)課程的教學改革。

3.1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)課堂教學內(nèi)容改革

“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”課程是一門專業(yè)性較強的課程，旨在培養(yǎng)學生運用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識分析和解決工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?qū)嶋H生產(chǎn)中各種工程性問題的能力，強調(diào)理論與實際相結(jié)合[5]?！肮I(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”課程是從工業(yè)通信及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本概念和原理出發(fā)，按照深入淺出的原則，具體地將課程內(nèi)容細化為了包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)及應用、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)及應用及工業(yè)觸摸屏控制技術(shù)在內(nèi)的四大模塊，具體的模塊劃分情況如圖1所示。

其中，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)及應用模塊主要包括Profinet以太網(wǎng)通信、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定與安全三大部分。具體而言，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換部分包括工業(yè)以太網(wǎng)交換機軟硬件及配置、工業(yè)以太網(wǎng)無線通信、三層工業(yè)網(wǎng)絡(luò)路由等內(nèi)容;工業(yè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定與安全部分則包括交換機口令與訪問控制、工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)、虛擬網(wǎng)絡(luò)VLAN以及工業(yè)防火墻等內(nèi)容。

“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”課程幾乎覆蓋了所有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)，各個技術(shù)通過各種方式組合即可適應于不同的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境[5]。而智能制造挑戰(zhàn)賽工業(yè)網(wǎng)絡(luò)賽項的賽題正是以各類智能工廠、智能車間、智能產(chǎn)線中實際工業(yè)網(wǎng)絡(luò)為應用背景，重點考核學生面向?qū)嶋H工業(yè)生產(chǎn)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)需求分析、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計、工業(yè)信息安全設(shè)計以及網(wǎng)絡(luò)故障處理等能力。因此，將“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”課程內(nèi)容劃分為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和工業(yè)觸摸屏控制技術(shù)四個模塊，既可緊密與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，又能將智能制造挑戰(zhàn)賽的相關(guān)競賽要求貫穿于課堂教學之中，有助于學生深入掌握各類工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)，進行工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與維護。

3.2 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實踐教學內(nèi)容改革

“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”課程內(nèi)容涉及的理論知識較多，學生在課堂教學中主要接受的是理論知識的學習，所接觸到的各類工業(yè)網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等均為書本上的內(nèi)容，認識的網(wǎng)絡(luò)線路、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、工業(yè)無線通信模塊等都是圖紙上的線條和符號，與實際工業(yè)現(xiàn)場脫節(jié)嚴重。而按照智能制造挑戰(zhàn)賽的競賽要求大到智能工廠、 車間、生產(chǎn)線的設(shè)計，小到設(shè)備的選型、IP地址的規(guī)劃、虛擬局域網(wǎng)的配置和甚至網(wǎng)線的制作等都要與實際生產(chǎn)相符[6]。因此，在“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”理論課程講述的同時，必須大量引入“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”相關(guān)實踐項目，在實踐中增加學生對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)各單元操作的直觀認識，使學生將理論和實踐相結(jié)合，牢固掌握所學知識。

“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)”課程以前共安排了3個實驗項目和一個實訓項目，分別為西門子S7-300現(xiàn)場總線通信實驗、西門子S7-1200工業(yè)以太網(wǎng)通信實驗、工業(yè)交換機網(wǎng)絡(luò)配置實驗以及針對西門子S7-1200PLC的工業(yè)觸摸屏遠程監(jiān)控實訓項目。通過參考智能制造挑戰(zhàn)賽工業(yè)網(wǎng)絡(luò)賽項的要求，對課程的實踐項目進行改革，保留原有實踐項目并新增工業(yè)以太網(wǎng)線制作、工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)搭建、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)通信、虛擬網(wǎng)絡(luò)VLAN劃分等實驗，具體的實踐項目如表1所示。

4? 結(jié)語

“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的內(nèi)容和要求無論是對于課堂教學還是實踐教學都可以給予一定的啟示，只有積極利用智能制造挑戰(zhàn)賽的相關(guān)資源并針對實際問題，才能真正實現(xiàn)以賽促教、以賽促改，充分發(fā)揮智能制造挑戰(zhàn)賽對于職業(yè)教育的推動作用。

參考文獻

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