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摘要：工業4.0下的電子信息工程專業智慧實驗室的構建過程是‘互聯網+’的創新發展過程，對于我國現有的傳統實驗室建設而言，轉型實際上是從傳統的人工管理的實驗室，轉向個性化定制的過程。實驗設備、運行模式、使用狀態、實驗組織等方面的創新，將會層出不窮。使整個實驗室課程的課表安排、上課預約、智能考勤的過程更加柔性化、個性化、定制化，實現以人為本。應用型本科院校為了加強本科生的實踐操作能力與創新能力，主要途徑就是不斷加大對智慧實驗室的相關技術和設施的投入和研究。

關鍵詞：工業4.0，互聯網+，智慧實驗室

1什么是工業

“互聯網+制造”就是工業4.0。“工業4.0”是德國推出的概念，美國叫“工業互聯網”，我國叫“中國制造2025”，這三者本質內容是一致的，都指向一個核心，就是智能制造。工業4.0的特征包括互聯、數據、集成、創新和轉型。技術支柱包括工業物聯網、云計算、工業大數據、工業機器人、3D打印、自動化、工業網絡安全、虛擬現實和人工智能。

2什么是智慧實驗室

智慧實驗室是指在一個實驗室的范圍內將多個物品采用計算機網絡技術、通信技術以及圖形顯示技術等將其功能化、網絡化和智能化，建立一個由實驗室管理中心、信息通信服務以及實驗室智能化系統組成的“三合一”智慧實驗室集成系統。基于工業4.0的智慧實驗室是在現有的實驗室基礎上，輔以物聯網技術和智慧化設備構建起來的，實現了開放共享深入教學需求、即插即用系統極速部署、移動互聯打破時空束縛、全面管控舒適高效安全的智慧化實驗服務平臺。在智慧實驗室系統的構建過程中，注重軟件管理系統與硬件管理系統的合理配置，教師、學生和管理者全面感知不同的教學資源，獲得互動、共享、協作的實驗學習和科研工作環境。

3如何構建工業

4.0下的智慧實驗室構建工業4.0下的智慧實驗室方案包括軟件和硬件兩大部分。軟件技術包括工業物聯網、工業大數據、云計算平臺、虛擬現實、人工智能等，用以實現實驗教學管理系統、實驗室預約管理系統、實驗室信息管理系統、實驗室安全防護系統的構建；硬件技術包括工業機器人、傳感器、RFID等，用以實現實驗室智能卡RFID、實驗室智能門禁終端、實驗室攝像頭終端、實驗室環境監測系統、實驗室報警系統、實驗室遠程控電系統的構建。智慧實驗室架構圖如圖1所示。通過物聯網集成實驗室內各個智能硬件終端、通信設施等，同時運用云計算等技術構成一個智能網絡共享平臺。通過這個智能網絡平臺，使人與人、人與實驗設備、實驗設備與實驗設備、以及實驗室開放服務與學生服務之間，能夠形成一個互聯，從而實現橫向、縱向和端到端的高度集成。3.1實驗室管理軟件系統。實驗室軟件系統用以實現實驗教學管理，教師可進入實驗室預約管理系統，科學設置上課時間、上課地點，排課方式靈活，擺脫時間束縛。系統可對教師預約、學生預約、管理員審批等進行科學管理。在實驗課進行時間段內，通過實驗室門禁對教師和學生進行考勤管理，非上課時間段內，沒有預約師生則無法完成考勤與開門動作。同時系統可根據實驗課程，完成實驗課程管理與實驗項目管理。實驗課程的學時分配、學分制管理，實驗必做項目和選做項目的分配與管理，學生實驗后提交實驗報告、實驗數據等，都通過該系統完成。我校使用的極域電子課堂，對課堂管理包括實時監控、遠程命令、學生策略，課堂互動包括分件分發、文件提交等，可方便的完成實驗教學的系統管理。實驗室信息管理系統主要依托校園網絡，以高校實驗室建設、實驗預約、實驗總結、實驗通知、實驗門禁、實驗監控以及設備儀器等構建信息化管理平臺。如圖2所示。3.2實驗室管理硬件系統。實驗室管理硬件系統主要用以實現實驗室遠程控電管理、門禁、安全防護、實驗室照明通電、實驗臺通電、智能光感窗簾、投影儀、攝像頭、教師機通電等，都由系統遠程智能控制。主要采用了各類傳感器、RFID、嵌入式等硬件技術。教師通過刷卡可完成實驗室照明、投影儀、教師機的取電，學生刷卡可完成所分配的實驗臺通電，包括實驗設備取電等。實驗室環境監測系統用于構建智慧實驗室環境，通過采集窗簾上的傳感器數據、室內照明光傳感器數據，感知環境光照強度，自動調節窗簾的開關與室內光照亮度；通過實時采集室內的溫、濕度傳感器、PM2.5檢測器的數據，自動控制空調等相關設備的運行，以達到節能減排的目的。實驗室安全防護系統配套有攝像頭終端、煙霧報警傳感器等設備，完成智慧實驗室內影像的實時采集；智能門禁終端采用目前已經非常成熟的RFID技術和嵌入式系統技術，可對實驗室進出人員實施有效控制，避免非法入侵，對非法卡、門磁異常等情況實時上傳系統并關閉門鎖，具有較好的通信功能和報警功能，可靠性和穩定性極好。

4結語

應用型本科院校電子信息工程專業培養的學生最基本要求就是實踐應用能力強，所學課程均配有相當多學時的實驗內容，通常情況下，該專業的學生實驗、實訓類課程學時占總授課學時的50%左右，可見對于高校電子信息類專業的智慧實驗室建設亟待解決。而基于工業4.0的電子信息工程專業智慧實驗室的構建，可以很好的解決了電子信息工程專業實驗室傳統人工實驗教學管理、實驗室資源分配耗時又低效的難題，使高校的實驗室管理更為科學化、規范化、人性化，很好的實現了以人為本，這也是工業4.0的重要體現。

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作者:姜波 單位:黑龍江財經學院