《工业互联网》教学大纲

1、工业互联网课程教学大纲课程名称：工业互联网课程代码：IMEE1024英文名称：Industrial Internet课程性质：专业必修课程学分/学时：2学分/36学时(30+6)开课学期：第5学期适用专业：智能制造工程先修课程：计算机信息技术、程序设计及应用后续课程：智能制造信息系统、智能工厂设计与仿真、智能制造系统集成实践一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：工业互联网是面向智能制造工程专业设置的一门专业必修课，工业互联网是继大数据、“互联网+”和物联网之后，又一项重要的改革项目，通过本课程的学习，学生能够了解工业互联

2、网的概念及内涵，掌握工业互联网领域内的各关键要素，通过工业互联网的体系架构，对其涉及的各种技术和特点进一步深入探讨，了解大数据与云计算在工业互联网中起的作用，通过工业互联网在各领域的综合应用，开阔工业互联网发展的视野，使学生能够运用创新思维解决处理现实问题，启发学生的创新意识，提高学生在“中国制造2025”强国战略中的意识，使学生的理论知识和实践技能得到共同发展。教学目标：本课程的主要内容是全面、系统地介绍 工业互联网的概念内涵、体系架构、总体技术、基础技术、大数据和云计算等技术，是学生从事相关智能制造工作的重要基础。其具体的课程教学目标为引导并培养学生用计算思维来描述和解决实际问题

3、的能力，增强沟通能力和团队合作意识。到课程结束时，学生应能：1. 具备工业互联网的基础知识，掌握工业互联网的概念和内涵；2. 掌握工业互联网的体系架构，以及工业互联网涉及的各种技术特点，了解总体标准体系和基础共性标准体系；3. 掌握工业互联网的产业模式以及存在的应用价值，以及产业模式的层级划分，探讨基于工业互联网的产业模式创新；4. 掌握工业互联网的基础关键技术物联网技术，了解其内涵和特性，会部署和实现简单的物联网；5. 掌握工业互联网的基础关键技术网络通信技术，了解网络的层级体系，掌握移动互联技术、天地一体网络技术等理论知识，会编写简单的通信协议；6. 掌握工业互联网的基础关键技术云计算技术

4、，了解概念特点，熟悉服务模式，以及技术体系；7. 掌握工业互联网的基础关键技术工业大数据技术，掌握大数据的分类和特点，探讨其价值实现方式，以及部署的关键问题；8. 掌握工业互联网的基础关键技术信息安全技术，掌握信息的防护技术，以及加密和防火墙技术；9. 了解工业互联网的应用技术，如网络化协同制造技术、云制造技术等；10. 掌握工业互联网与CPS 和智能制造之间的关系；11. 能对某种典型的工业互联网应用提供解决方案，如智能工厂等。二、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容。）1、 概述（2学时）Ø 基本教学内容（1）工业互联网的发展与

5、影响；（2）工业互联网的内涵与特征；（3）工业互联网的发展现状；Ø 目标及要求：教学目的：了解工业互联网的发展和影响；了解工业互联网的主要特征，掌握其内涵；了解不同国家的发展现状，以及我们的生态发展现状。教学重点：通过一些实例，加深对其特征和内涵的理解。作业内容：举出身边工业互联网应用的例子。2、 工业互联网的总体技术（4学时）Ø 基本教学内容（1）工业互联网的体系架构；（2）工业互联网的标准体系；（3）工业互联网产业模式及创新；Ø 目标及要求：教学目的：了解工业互联网的体系架构;探讨工业互联网的基础共性标准体系，讨论工业互联引起的产业变革，思考其内在价值，以及模

6、式层级和产业模式创新。教学重点：根据国家公布的工业互联网标准体系白皮书，掌握体系架构和产业模式。作业内容：理论联系实践，根据所学的工业物联网标准体系架构和产业模式创新，映射到身边的实际应用案例，并举例说明。3、 工业互联网的基础技术（6学时）Ø 基本教学内容（1）物联网技术；（2）网络通信技术；(3）云计算技术；(4）工业大数据技术；(5）信息安全技术；Ø 目标及要求：教学目的：掌握从工业技术和互联网技术层面支撑工业互联网系统搭建与应用实施的各类技术，从网络、数据和安全三个维度进行。教学重点：针对物联网技术、网络通信技术、云计算技术、工业大数据技术以及信息安全技术等工业互联

7、网中较为核心的基础技术进行介绍，对相关的内涵、特征和关键技术进行剖析。作业内容：1）列举主要工业互联网设备感知的主要技术，对物体标识、位置定位和传感通信技术分别分析其特点。2）列举大数据处理的关键算法。4、 工业互联网的应用技术（4学时）Ø 基本教学内容(1)网络化协同制造技术；(2)智能制造技术；(3)云制造技术；Ø 目标及要求：教学目的：掌握工业互联网目前应用的三个主要方向：网络化协同制造、智能制造和云制造，针对制造过程不同的阶段和需求，及新型社会化制造模式进行探讨。教学重点：区分这三种主要制造模式的应用需求、技术内涵以及应用部署。作业内容：举例说明云制造技术的典型应用

8、。5、 工业互联网与CPS、智能制造的关系（4学时）Ø 基本教学内容(1)信息物理系统CPS(2) CPS是工业互联网的重要使能(3) 智能制造是工业互联网的关键应用Ø 目标及要求：教学目的：理解工业互联网、信息物理系统（Cyber-Physical Systems,CPS）以及智能制造这三者的内涵，以及它们之间的关系：CPS是工业互联网的重要使能，其核心技术支撑了工业互联网实现物理实体世界与虚拟世界的互联互通；智能制造是工业互联网的关键应用，通过工业互联网实现设备、资源与能力的接入、调度与协同，驱动制造活动的智能化实施。教学重点：信息物理系统的概念、技术特征以及关键技术进

9、行分析，并从系统与技术角度，分别阐述与工业互联网与CPS、智能制造的关系。作业内容：以航天云为例，综述某智能工厂的系统架构，分析相应的网络与通信模块、信息采集模块，以及控制单元等。6、 工业互联网的应用解决方案（4学时）Ø 基本教学内容(1)基于云平台的智能云工厂解决方案；(2)面向行业应用的行业云解决方案；(3)面向区域应用的工业云解决方案；Ø 目标及要求：教学目的：了解智能制造以发展智能设备为基础，以智能云工厂为突破口，同时依赖于实现从设计、供应链、制造到服务的产业协作，掌握智能工厂的组成、价值和部署建设，了解行业云的价值、技术架构和应用技术体系，了解工业云的技术内涵，

10、掌握其体系架构和服务体系。教学重点：智能工厂的解决方案、工业云在面向区域应用的解决方案。作业内容：举例说明智能工厂的例子，从中分析智能工厂的关键要素：数字化车间、智能质检设备、管理数据和人机协同操作模式等。7、 工业互联网应用案例（4学时）Ø 基本教学内容(1)企业应用案例；(2) 行业应用案例；(3)工业云应用案例。Ø 目标及要求：教学目的：工业互联网由于其便捷性、统一的网络通信和实时的数据分析特点，可以为企业带来很多利益，同时工业互联网的服务也不断扩展，目前已基本覆盖了制造业、汽车行业、医疗行业、能源和公共事业、运输行业等多个领域，并在这些领域得到了大规模发展，本章从中

11、选出取得成效的典型案例进行分析，加深对工业互联网的深入理解。教学重点：理论联系实际，对取得成效的典型应用案例进行分析。作业内容：以新能源的开发利用为例，举例说明工业互联网的应用。8、 工业互联网展望（2学时）Ø 基本教学内容(1)工业互联网技术体系不断完善；(2) 工业互联网不断推动产业变革；Ø 目标及要求：教学目的：了解边缘计算、区块链、新一代人工智能技术的不断出现和发展，工业互联网技术体系不断完善，同时基于工业互联网的社会化协同制造、柔性化生产、个性化定制等云制造新模式更加广泛地应用于制造企业，不断延伸制造产业链，重塑制造业的生态系统，展望工业互联网的未来发展。教学重点

12、：了解工业互联网与高端制造业的关系，“互联网+”下的分布式战略等。作业内容：阅读相关文献，书写调研报告。9、 实验一：工业互联网设备感知的主要通信技术（2学时）Ø 目标及要求：了解设备感知的主要通信技术：物体标识技术条码技术、IC卡技术、RIFD射频识别、光学符号识别、语音识别等；位置定位技术GPS定位、TOA 定位；传感通信技术有线与无线、移动5G 、蓝牙、红外等。10、 实验二：工业互联网的智能算法（2学时）Ø 目标及要求：了解工业互联网与智能制造的关系，通过智能算法进行数据挖掘：属性筛选、分类和预测、回归分析、聚类分析、关联分析和时间序列。11、 实验三：工业互联网与

13、智能工厂（2学时）Ø 目标及要求：调研并学习一个智能工厂的典型应用，分析智能工厂的4个基本要素，探讨其关键技术应用方案。三、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。在目前的实验教学条件基础上，及时采用实验练习法，强化所学知识的理解和运用，培养学生解决实际问题的能力。在实验教学过程中，引导学生发现问题，思考解决方案，为后续教学内容作铺垫。结合具体教学内容，本课程所采用的教学方法说明如下：1. 深入浅出地进行

14、理论知识讲解： 工业互联网是一门涉及面很广的专业必修课，理论性强，知识点多，比较抽象，需要有一定社会工作经验，因此讲授过程中，多融入多媒体教学，多以案例和实例为依托，对理论知识特别是重点难点理论知识及其提出的背景、实践应用情况等进行阐述、介绍和分析。 2. 开展以学生为本的多维互动教学： 以提问、作业和讨论等方式，让学生主动地加入教学环节中，通过师生互动，生生互动，生本互动，从而达到预期的教学目标。多维互动学习是以学生发展为本而进行的一种教学活动。在具体的教学活动中，将班级学生分成若干学习小组，鼓励学生主动参与，合理分工，积极展示，认真完成教学任务。通过积分，小组

15、评比，适当奖励等手段，调动学生学习的积极性，使其真正成为学习的主人。3. 注重团队协作能力的培养，多进行学生间、师生间的讨论。单纯的老师教学生学不利于知识的传达和掌握。在课程设计的时候有很多学生动手实践的时间，这个时候可以充分发挥学生之间的互帮互助能力，让学生以小组进行讨论，共同解决遇到的困难，这样的方式更有利于激发学生自己思考，自己探索的能力，这样解决的问题学生印象深刻，同时可以起到培养学生团队协作能力，倾听其他人意见，与团队成员共享信息的能力，对今后踏入工作岗位也有益处。老师也可以参与学生的讨论，帮组他们分析问题，引导式的启发他们解决问题。在教学方法的实际执行过程中，每个教学环节都应具有明确的目的性。同时，以上教学方法需要根据教学过程中的实际效果、学生对知识点的掌握和应用情况不断改进。教学效果不好、学生对知识点理解程度不高时，应适当调整教学方法，适当增加演示法，或在讲授后续教学内容时，引导学生前后联系，结合前置难点内容进行讨论，强化知识掌握。在学生对知识掌握情况较好，系统性较好的情况下，适当提高教学内容的难度，或增加发现学习法和自学指导法，设置具体应用问题，引导学生探索解决方案。四、考核及成绩评定方式考核方式：开卷笔试，平时测验及作业，实验报告成绩评定方式：笔试成绩60%，平时成绩20%，实验报告20%五、教材及参考书