工业互联网基础-智能制造-课程教学大纲

《工业互联网基础》本科课程教学大纲一、课程基本信息课程名称（中文）工业互联网基础（英文）FundamentalsofIndustrialInternet课程代码2080480课程学分2课程学时32理论学时28实践学时4开课学院机电学院适用专业与年级智能制造工程，二年级课程类别与性质专业基础必修课考核方式考试选用教材工业互联网技术及应用华中科技大学出版社2021年12月第1版是否为马工程教材否先修课程智能制造概论2080478（3学分）课程简介工业互联网作为互联网和新一代信息技术与制造业深度融合的产物，是加速数字化转型的基石。本课程汇聚互联网基础原理、系统技术、全面性平台应用等多方面知识点，系统地介绍了工业互联网的体系架构、关键技术和典型工业互联网平台与应用实践案例，帮助同学们全面了解工业互联网概念、技术及应用。着重介绍：(1)工业互联网的概念、工业互联网与互联网、物联网、智能制造之间的关系；(2)工业互联网基础技术物联网技术、网络通信技术、云计算技术、工业大数据技术、信息安全技术；(3)工业互联网体系架构工业互联网体系架构、网络架构、数据体系和安全体系(4)工业互联网的网络连接技术工厂内外网络、工业设备/产品接入与联网、工业互联网的标识解析，5G与工业互联网；(5)工业互联网平台边缘层技术边缘计算、工业大数据采集；(6)工业互联网平台数据层技术工业互联网大数据管理、工业互联网大数据分析；(7)工业互联网融合层技术数字孪生、工业互联网与数字孪生、信息物理系统（CPS）；(8)工业互联网平台应用层技术工业软件应用开发技术、微服务技术(9)工业互联网安全技术接入安全技术、平台安全技术、访问安全技术、工业互联网与区块链(10)典型工业互联网平台和应用实践国外工业互联网平台、国内工业互联网平台、工业互联网典型应用、工业互联网行业应用。本课程理论联系实际，从智能制造的角度，讲述工业互联网具体概念和技术，同时辅以对应的工业实际产品介绍和应用案例分析，以加深同学们的课堂理解，培养实际工程应用能力。选课建议与学习要求本课程适合于智能制造、机械设计制造及自动化等专业二、三年级的本科生修学，要求学生具有高等数学、大学物理、电工基础、信息技术、智能制造概论等方面的基础知识和技能，能基本掌握常见网络连接、边缘计算、大数据、数字孪生和安全等技术，对网络平台及应用有一个基本的了解。二、课程目标与毕业要求（一）课程目标类型序号内容知识目标1了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析。技能目标3综合运用所学知识，正确选用设备进行系统集成、功能仿真、测试验证和解决实际问题的能力4具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力素养目标(含课程思政目标)5培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力6培养科学严谨、求真务实的学习态度和工作作风，及创新精神和工匠精神（二）课程支撑的毕业要求1工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决机械产品设计、制造和运行控制等有关的机械领域复杂工程问题。（能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决智能制造工程领域的复杂工程问题。）1-3：具有解决机械设计制造及其自动化（智能制造工程）问题所需的专业基础知识及其应用能力。2问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献分析机械设计制造及其自动化（智能制造工程）领域的复杂工程问题，以获得有效结论。2-1：能够运用专业基础知识等相关理论，识别和判断复杂机械设计制造及其自动化（智能制造工程）问题的关键技术和关键参数。2-2：能认识到解决复杂机械设计制造及其自动化（智能制造工程）问题有多种方案，并能通过文献研究分析寻求（工程问题的）有效解决方案。4研究：能够基于科学原理并采用科学方法对机械设计制造及其自动化（智能制造工程）领域的复杂工程技术问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。4-2：能够根据实验方案构建实验系统或过程，并能进行实验。（三）毕业要求与课程目标的关系毕业要求指标点支撑度课程目标对指标点的贡献度1工程知识1-3H1了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。60%2熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析30%4具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力10%2问题分析2-1H3综合运用所学知识，正确选用设备进行系统集成、功能仿真、测试验证和解决实际问题的能力100%2-2M100%4研究4-2L5培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力50%L6培养科学严谨、求真务实的学习态度和工作作风，及创新精神和工匠精神50%三、课程内容与教学设计（一）各教学单元预期学习成果与教学内容第1章.工业互联网概论（2课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力3）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力4）培养科学严谨、求真务实的学习态度和工作作风，及创新精神和工匠精神2.教学内容1）工业互联网的基本概念和发展现状2）工业互联网与普通互联网、物联网和智能制造的区别和联系第2章.工业互联网基础技术介绍（2课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力3）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力2.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）信息安全技术工业互联网体系架构（2课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析。3）综合运用所学知识，正确选用设备进行系统集成、功能仿真、测试验证和解决实际问题的能力4）具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力5）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力2.教学内容1）工业互联网体系架构2）工业互联网网络架构3）工业互联网数据体系4）工业互联网安全体系工业互联网网络连接技术（6课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析3）具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力4）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力2.教学内容1）工厂网络架构（1课时）2）工厂设备接入与并网（2课时）3）工业互联网标识解析（1课时）4）5G与工业互联网（2课时）工业互联网平台边缘层技术（2课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析3）具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力4）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力2.教学内容1）边缘计算2）工业大数据采集工业互联网平台数据层技术（2课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析3）具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力4）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力2.教学内容1）工业互联网大数据管理2）工业互联网大数据分析工业互联网平台融合层技术（2课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析3）具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力4）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力2.教学内容1）数字孪生的关键技术和实际应用2）信息物理系统（CPS）的概念、特点和关键技术工业互联网平台应用层技术（2课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析3）具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力4）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力2.教学内容1）工业软件开发技术（以一个实际软件开发流程为例）2）工业APP开发技术工业互联网的安全技术（2课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析3）具有查阅相关设备技术规格、使用维护手册的能力4）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力2.教学内容1）接入安全技术2）平台安全技术3）访问安全技术4）区块链技术典型工业互联网平台和行业实践（2课时理论）1.预期学习成果1）了解工业互联网的基础技术和系统架构，熟悉各种基础技术的基本原理、实现方法和具体现场实施。2）熟悉常用设备的使用，可对不同规模大小的网络系统进行初步的定性分析3)综合运用所学知识，正确选用设备进行系统集成、功能仿真、测试验证和解决实际问题的能力4）培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力5）培养科学严谨、求真务实的学习态度和工作作风，及创新精神和工匠精神2.教学内容1）国内外工业互联网平台介绍2）典型工业互联网应用案例（二）教学单元对课程目标的支撑关系课程目标教学单元123456第1章.工业互联网概论√√√√第2章.工业互联网基础技术介绍√√√√第3章.工业互联网体系架构√√√√√√第4章.工业互联网网络连接技术√√√√√第5章.工业互联网平台边缘层技术√√√√√第6章.工业互联网平台数据层技术√√√√√第7章.工业互联网平台融合层技术√√√√√第8章.工业互联网平台应用层技术√√√√√第9章.工业互联网的安全技术√√√√√第10章.典型工业互联网平台和行业实践√√√√√（三）课程教学方法与学时分配教学单元教与学方式考核方式学时分配理论实践小计第1章.工业互联网概论1.讲授法（授课）2.自主学习1.作业评价2.期末考试202第2章.工业互联网基础技术介绍1.讲授法（授课）2.讨论法（对几个主要基础技术进行主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.期末考试202第3章.工业互联网体系架构1.讲授法（授课）2.自主学习1.作业评价2.期末考试202第4章.工业互联网网络连接技术1.讲授法（授课）2.讨论法（对有线和无线两大主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.期末考试606第5章.工业互联网平台边缘层技术1.讲授法（授课）2.自主学习1.作业评价2.期末考试202第6章.工业互联网平台数据层技术讲授法（授课）讨论法（主题讨论)自主学习1.作业评价2.期末考试202第7章.工业互联网平台融合层技术1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.期末考试202第8章.工业互联网平台应用层技术1.讲授法（授课）2.自主学习1.作业评价2.期末考试202第9章.工业互联网的安全技术1.讲授法（授课）2.讨论法（几种基本安全技术的主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.期末考试202第10章.典型工业互联网平台和行业实践1.讲授法（授课）2.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价202期中小结和期末复习讨论提问,老师即时评价讨论提问,导师即时评价404合计28028（四）课内实验项目与基本要求序号实验项目名称目标要求与主要内容实验时数实验类型1大数据采集实践教学基于低代码平台，向学生展示传感器建模、数据驱动和图形显示等环节2演示型2无线连接技术实践教学设计和验证一个4G/5G+工业互联网最小化实验系统2设计型/验证型实验类型：①演示型②验证型③设计型④综合型四、课程思政教学设计课程教学过程中在教、学、成果评价三个层次上融入思政元素，通过展示我国在工业互联网领域的成就和贡献，激发学生的爱国情怀和创新意识；通过介绍工匠精神在工业互联网领域的应用，培养学生的职业素养和社会责任感。为有效发挥专业课的立德树人作用，从单个设备，各功能子系统以及整个工业互联网体系