工业数字孪生的制作与调试（微课版）课程标准

《工业数字李生的制作与调试》

课程标准课程类别： 专业拓展课课程属性： 选修课学分/学时： 3学分/48学时适用专业：工业互联网应用/工业互联网技术表3课程评价所占权重分配表过程性评价（50%）终结性评价（50%）项目一项目二项目三项目四项目五项目六综合实操考试平时考勤纪律5%15%10%10%5%5%40%10%各个综合任务的评价指标与评分标准如表4所示:表4模块评价表姓名考勤任务完成情况综合素质小组评价加分合计规范意识合作沟通意识踏实（四）教学环境建议（主要指教室环境、校内外实验实训设备配置建议，包括实践场地、实训设备配置要求等）为了顺利开展本课程的教学工作，需要提供相应的硬件设备和软件工具，给学生一个真实的实践环境。.硬件设备投影仪一套：实现展示课件、展示实例、演示操作等功能教师/学生用机：21台以上实训室面积：120平米以上.软件工具操作系统：Windows10操作系统实训软件：工业数字挛生配套软件、谷歌浏览器、Office等软件电子教室软件：实现屏幕广播、访问控制等功能局域网：实现教学广播等功能五、其他说明暂无。一、课程概述（一）课程性质与定位《工业数字李生的制作与调试》是一门讲解工业数字挛生仿真的课程。培养目标是让学生掌握工业数字学生的基础知识，工业数字学生体的制作，以及工业数字挛生虚拟仿真典型应用案例的开发调试。课程知识点源自于真实工业现场应用，知识技能讲授由浅入深，配备知识点讲解PPT、微课视频等资源。本课程在整个专业培养方案中的地位：它是工业互联网应用、工业互联网技术的专业拓展课程。（二）课程设计思路数字李生是近几年兴起的非常前沿的新技术，是现实世界（系统）的数字化。作为实现虚实融合重要的复合技术，数字李生在各行业的需求日益高涨，目前已被广泛应用于智慧城市、智能制造、智慧医疗等诸多领域，从事数字挛生工程师、数字李生应用技术等工作的专业技术人才需求也不断增加。本课程是一门专业拓展课，课程内容涉及到工业数字挛生的基础知识，工业数字挛生体的制作，以及工业数字挛生虚拟仿真典型应用案例的开发调试。通过本课程的学习，培养学生利用工业数字挛生平台完成工业虚拟仿真的制作与调试，掌握数字李生安装部署、系统调试、功能开发、技术服务等技术技能。本课程突破传统的学科体系教学框架，融入任务驱动，理实一体化的项目式课程理念。本课程分为六个项目，项目一为工业数字挛生基础知识，项目二为运动类数字李生体制作，项目三为电气类数字李生体制作，项目四为流程建模类数字李生体制作，项目五为十字路口红绿灯系统虚拟仿真，项目六为水塔水位系统虚拟仿真。通过数字李生各应用案例场景的搭建，培养学生综合运用所学专业技能解决实际问题的能力。课程采用项目式教学法引导学生展开自主学习，掌握、建构和内化知识与技能，强化学生自我学习的能力的培养。教学效果评价采取过程考核和期末考评相结合的方式，通过理论与实践相结合，重点评价学生的职业能力。该课程的总学时为48学时，3学分，具体各部分学时的建议分配见课程教学内容。二、课程教学目标（一）总体目标通过本课程的学习，使学生能够了解工业数字李生的基本定义、特征与意义以及发展趋势，掌握工业数字李生场景搭建的基本知识技能，以及工业数字李生体制作，同时通过项目式的课程学习，对工业数字李生平台场景进行虚拟仿真。希望通过本课程的学习，加深对工业数字李生的理解，为进一步研究和从事工业互联网实践提供良好的基础和参考。（二）具体目标.知识目标了解数字李生的本质和特性以及发展数字挛生技术的意义；2）掌握Unity物理系统，能够准确分析场景中各对象的异常原因，完成故障排除并且实现场景物理系统的完善；了解运动类相关指令接口的参数说明；了解电气类相关指令接口的参数说明；了解流程建模类相关指令接口的参数说明；了解直线传送以及旋转传送指令接口相关参数；能按照现实场景中的十字路口红绿灯系统设计出控制方案；能按照现实场景中的水塔水位系统设计出控制方案；能力目标1）掌握Unity软件下载、安装，Unity的基础操作以及工业仿真菜单栏内容和变量的添加与绑定；2）掌握根据运动对象的移动方式与需求，装载合适的移动类、旋转类、缩放类、传送类、组合运动类、轨道导航类数字李生体，并完成指令的参数设置；3）能根据传感器的使用方式与需求，装载合适的传感器类数字学生体，并完成指令的参数设置；4）能根据开关和指示灯的控制方式与需求，装载合适的开关与指示灯类数字李生体，并完成指令的参数设置；5）能根据控制面板所需要的配置，正确地装载控制面板类数字李生体，并完成指令的参数设置；6）能根据物料的使用功能与需求，装载合适的物料类数字学生体，并完成指令的参数设置；7）能根据机械器件对物料的加工需求和抓取需求装载合适的生产工艺类数字李生体，并完成指令的参数设置；8）能根据数据看板中的变量定义和描述，正确地装载数据看板类数字李生体，并完成指令的参数设置；9）在Unity中搭建出虚拟场景并编写PLC控制程序，使用PLC3D指令对模型进行装载，并调试场景，完成PLC程序与Unity场景的仿真通信；3.素质目标1）逐步提高学生走向社会发展所需要的综合职业技能和职业素质；2）培养学生形成良好的安全、质量意识以及严谨细致的工作作风；3）提升学生分析问题和解决实际问题的能力；4）知识传授过程中逐步渗透思政理念，逐步实现人才培养方案中的育人目标；5）提高团队协作意识，更好地促进高职学生成长成材和终身发展。三、课程教学内容（一）教学项目设计与学时分配本课程主要介绍工业数字李生系统的制作和调试，课程内容涉及工业数字挛生概念、运动类数字学生体制作、电气类数字挛生体制作和流程建模类数字挛生体制作以及典型案例的虚拟仿真调试。根据项目任务要求，确定学习任务内容;课程采取项目驱动教学模式，以学生为主体，以任务为导向组织教学考核。表1教学项目设计与学时分配表序号教学项目学习任务参考学时学时小计1工业数字挛生系统基础任务1、认识工业数字挛生系统任务2、Unity场景编辑器应用任务3、Unity物理系统442运动类数字学生体制作任务1、移动类数字挛生体制作218任务2、旋转类数字变生体制作2任务3、缩放类数字挛生体制作2任务4、传送类数字挛生体制作4任务5、组合运动类数字季生体制作4任务6、轨道导航类数字挛生体制作43电气类数字李生体制作任务1、传感器类数字李生体制作410任务2、开关与指示灯类数字挛生体制作4任务3、控制面板类数字享生体制作24流程建模类数字李生体制作任务1、物料类数字挛牛体48任务2、生产工艺类数字李生体制作2任务3、数据看板类数字学生体制作25十字路口红绿灯系统虚拟仿真任务1、搭建与调试十字路口红绿灯场景24任务2、编写十字路口红绿灯系统的PLC程序任务3、十字路口红绿灯场景的仿真通信26水塔水位系统虚拟仿真任务1、搭建与调试水塔水位场景24任务2、编写水塔水位系统的PLC程序任务3、水塔水位场景的仿真通信27期末考核总计48表2学习任务详细设计表教学项目项目一工业数字挛生系统基础4学时学习任务任务1认识工业数字挛生系统任务2Unity场景编辑器应用任务3Unity物理系统4学时知识与技能要求能根据工业数字挛生系统的定义与特点，阐述数字李生的本质和特性。能根据工业数字季生系统的发展态势，了解发展数字挛生技术的意义。能根据Unity软件下载、安装任务，进行软件的下载、安装以及汉化。能根据Unity界面介绍和基础操作知识要点的学习，形成对Unity的基础认识，并能正确完成Unity的基础操作。充分了解Unity物理系统，能够准确分析场景中各对象的异常原因，完成故障排除，完善场景物理系统。了解场景的搭建和PLCCPU的正确添加与变量地址的填写、变量的绑定。教学项目项目二运动类数字享生体制作18学时学习任务任务1移动类数字挛生体制作2学时知识与技能要求能根据运动对象的移动方式与需求，装载合适的移动类数字字生体，并完成指令的参数设置。能根据运动对象的运动控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。学习任务任务2旋转类数字李生体制作2学时知识与技能要求能根据运动对象的旋转方式与需求，装载合适的旋转类数字挛生体，并完成指令的参数设置。能根据运动对象的运动控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。学习任务任务3缩放类数字李生体制作2学时知识与技能要求能根据运动对象的伸缩方式与需求，装载合适的缩放类数字挛生体，并完成指令的参数设置。能根据运动对象的运动控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。学习任务任务4传送类数字挛生体制作4学时知识与技能要求能根据传送器件的传送方式与形状，装载合适的传送类数字挛生体，并完成指令的参数设置。能根据传送器件的运动控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。学习任务任务5组合运动类数字学生体制作4学时知识与技能要求能根据多个运动对象的组合运动方式，装载合适的组合运动类数字挛生体，并完成指令的参数设置。能根据运动对象的运动控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。学习任务任务6轨道导航类数字李生体制作4学时知识与技能要求能根据对象在轨道上的移动方式与需求，装载合适的轨道导航类数字挛生体，并完成指令的参数设置。能根据控制对象运动的导轨指令、导航指令中的运动控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。教学项目项目三电气类数字享生体制作10学时学习任务任务1传感器类数字学生体制作4学时知识与技能要求•能根据传感器的使用方式与需求，装载合适的传感器类数字挛生体，并完成指令的参数设置。•能根据传感器的控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。学习任务任务2开关与指示灯类数字挛生体制作4学时知识与技能要求能根据开关和指示灯的控制方式与需求，装载合适的开关与才旨乐灯类数字李生体，并完成指令的参数设置。能根据开关与指示灯类数字挛生体的控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。学习任务任务3控制面板类数字李生体制作2学时知识与技能要求能根据控制面板所需要的配置，正确地装载控制面板类数字挛生体，并完成指令的参数设置。能根据控制面板指令的控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并将之绑定到指令的变量绑定栏。教学项目项目四流程建模类数字挛生体制作8学时学习任务任务1物料类数字挛生体4学时知识与技能要求能根据物料的使用功能与需求，装载合适的物料类数字季生体，并完成指令的参数设置。能根据物料类指令的控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。学习任务任务2生产工艺类数字李生体制作2学时知识与技能要求能根据机械器件对物料的加工需求和抓取需求装载合适的生产工艺类数字挛生体，并完成指令的参数设置。能根据生产工艺类t旨令的控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。学习任务任务3数据看板类数字李生体制作2学时知识与技能要求能根据数据看板中的变量定义和描述，正确地装载数据看板类数字挛生体，并完成指令的参数设置。能根据数据看板指令的控制命令与状态响应，对应变量的值类型，建立正确的变量，并绑定到指令的变量绑定栏。教学项目项目五十字路口红绿灯系统虚拟仿真4学时学习任务任务1搭建与调试十字路口红绿灯场景2学时知识与技能要求根据实际的十字路口交通灯系统，在Unity中搭建出十字路口红绿灯场景。能根据对象实际作用，使用PLC3D指令对模型进行装载，装载完成还需要对场景进行调试。学习任务任务2编写十字路口红绿灯系统的PLC程序任务3十字路口红绿灯场景的仿真通信2学时知识与技能要求能按照现实场景中的十字路口红绿灯系统设计出控制方案，并根据方案绘制出时序图。能根据时序图和场景变量，使用PLC编程软件GXWorks3编写十字路口红绿灯控制系统。根据任务5.1和任务5.2的实施内容，使用PLC3D工业仿真软件完成本次PLC程序与Unity场景仿真通信。教学项目项目六水塔水位系统虚拟仿真4学时学习任务任务1搭建与调试水塔水位场景2学时知识与技能要求能根据水塔水位系统3D场景图，在Unity平台中正确地搭建水塔水位-IN包以)乐o能根据场景中水塔和水位实际作用，使用PLC3D指令对模型进行装载，装载完成还需要对场景进行调试。学习任务任务2编写水塔水位系统的PLC程序任务3水塔水位场景的仿真通信2学时知识与技能要求能按照现实场景中的水塔水位系统设计出控制方案，并根据方案绘制出顺序流程图。能根据顺序流程图和场景变量，使用PLC编程软件GXWorks3编写水塔水位控制系统。能根据任务6.1和任务6.2的实施内容，使用PLC3D工业仿真软件完成本次PLC程序与水塔水位场景仿真通信任务。四、教学实施建议(一)教学方法与教学组织形式建议.教学方法本课程对接工业互联网相关的科研机构和企事业单位，面向安装部署、项目实施、系统调测、功能开发、技术服务等部门与岗位，本课程建议采用的特色教学方法有以下几种：“设计项目任务驱动”教学法通过在真实的任务中探索学习，不断地提高学生成就感，更大地激发他们的求知欲望，逐步形成一个感知心智活动的良性循环，从而培养出独立探索、勇于开拓进取的创新能力。(2)项目教学法在教学中把知识与技能进行有机的结合，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力，为学