廖永红 杨铭 宋瑞

摘  要 简述IT+CT与OT的融合发展及工业互联网的融合创新，从OT、IT技术边界演变，分析工业互联网创新型人才的技能要求，提出利用院校已有智慧化设施、OT实训装置、IT云平台资源等，学院间跨专业协同，构建工业互联网技术实训体系。按照工业互联网技术架构，以“无线鼠标智能制造缩简版组装生产线”为例，设计工业互联网实训装备，并给出教学设计示例。

关键词 IT;CT;OT;工业4.0;智能制造;实训装备;实训室;工业互联网

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）06-0123-04

1 OT、IT技术融合发展及人才需求

智能制造、工业4.0、工业互联网  工业4.0、智能制造，其精髓是精益生产和信息互联，具有生产高度数字化、网络化、机器自组织等特征。工业4.0体系将信息技术（IT）及通信技术（CT）的数字世界、运行技术（OT）的物理世界连接起来，实现IT+CT（ICT）与OT的融合发展。

工业互联网实现ICT与OT的融合，通过人、机、物的全面互联，全要素、全产业链、全价值链的全面连接，对各类数据进行采集、传输、分析并形成智能反馈，推动形成全新的生产制造和服务体系，优化资源要素配置效率，充分发挥制造装备、工艺和材料的潜能，提高企业生产效率，创造差异化的产品并提供增值服务[1]。智能制造、工业互联网关键要素如图1所示。

传统IT、OT专业人才的技术边界  传统意义上，IT、OT有边界，岗位是分离的，分属于两个不同的专业大类：IT属于电子信息技术专业大类，核心是计算机相关的专业，面向数字世界，代表信息与计算机技术的发展，包括软件、互联网、云计算、大数据、人工智能等;OT属于机电技术专业大类，核心是机电一体化等相关专业，代表运行与自动化技术的发展，包括PLC机器人、自动化协议、以太网、传感器、电动气动液压等。

为适应生产制造业、信息技术业的明显分工，传统上，IT、OT人才的定位也是割裂的，IT与OT人才定位有交集，但没有明显的跨界融合。在工业领域，IT岗位主要面向上层业务，如企业资源规划系统（ERP）、供应链管理系统（SCM）、客户关系管理系统（CRM）、產品生命周期管理系统（PLM）、办公室自动化系统（OA）等，特别是基于互联网的信息系统技术等岗位;OT岗位主要面向自动化、机电设计、生产线装备安装调试、生产线故障检测等。

由于产业数字化转型升级、新兴技术的应用，IT、OT技术在工业领域已出现明显的融合：IT人员需要了解OT的需求、接口、设备技术、设备运行、生产过程等，OT人员需要了解编程技术、网络通信、数据处理等。现实中，制造行业的企业内部为实现更高级的自动化、智能化，有大量OT人员向IT领域渗透，学习信息技术，开发实用的、混合技术的控制系统、业务应用系统等。

IT、OT的融合发展与工业互联网  进入工业4.0时代，随着云计算、大数据、人工智能、5G技术、物联网等新兴技术的发展，引发了工艺参数上云等典型的技术变革需求，由OT领域的传感器获取数据，上传IT领域的云端中心执行大数据分析，繁衍出各种创新应用。IT、OT融合发展，不仅是技术边界的模糊、相互渗透，更是技术体系的交叉、一体化融合，进一步演化为工业互联网技术体系，如图2所示。

面向工业互联网技术体系建设，2019年工信部国家标准化管理委员会印发《工业互联网综合标准化体系建设指南》，中国信息通信研究院、中国工业互联网研究院发布一系列关于工业互联网、工业大数据的技术框架、实施规范白皮书，有力推动了工业互联网产业快速发展。根据白皮书规范的工业互联网技术体系，阿里云、华为云、航天云、树根互联，这些云服务运营商提供符合标准规范的工业互联网公共平台服务、工业大数据技术服务，其技术服务包含信息物理系统（CPS，Cyber-Physical Systems）、边缘计算（EC，Edge Computing）技术、工业数据上云、数字孪生（DT，Digital Twin）虚拟工厂、工业大数据分析等。技术服务成熟稳定，在政府的政策扶持及大力推动下，“工业互联网+”的产业升级、智能化改造已形成以点带面的发展趋势。

工业互联网融合创新型人才  随着工业互联网的应用发展，IT、OT人才不再独善其身，固守边界。一方面，业务已融合，IT必须了解生产过程、系统目标、工艺数据、信息物理系统等，掌握一定的OT技术;OT人员也要知道大数据、人工智能、物联网等IT领域技术，基于新兴技术进行思维创新。另一方面，IT、OT融合成新的工业互联网体系，OT、IT的技术内涵也发生变化，工业互联网的融合创新、新技术应用特点，决定了工业互联网相关专业技能人才必须突破原有的IT、OT专业大类边界，掌握融合创新技术。工业互联网人才培养的课程教材设计包括信息物理系统、工业云平台与安全、工业互联网平台、工业大数据技术、工业组态及VR/AR技术、智能制造执行系统、云制造技术、工业应用APP等。

2 工业互联网技术实训装备

多专业的实训室协同建设路径  工业互联网具有鲜明的跨界融合特点，培养工业互联网融合创新型人才，工业互联网技术体系相关的实训教学装备也要跨界融合，兼有OT及IT的功能设施。OT功能设施是基础、重资产，可以选择采用多专业的实训室协同建设路径，即智能化改造已有的各类生产、实验设备，融入工业互联网技术体系。以广东轻工职业技术学院为例，为了建设工业互联网专业群，成立由信息技术学院与机电技术学院组成的“智能制造—工业互联网协同创新中心”，主要任务之一是智能化改造机电技术学院的生产性实训设施，安装传感器，设置边缘网关，采集设备数据，数据上云，将信息技术学院的云计算、系统资源与机电技术学院的生产装备设施进行技术融合、创新应用，实现工业互联网技术体系的实训教学功能。另外，将学校的智慧课室、智能门禁、人脸识别闸机、智慧后勤各类传感器看成OT层的基础生产设施，按工业互联网技术体系进行边缘计算改造，数据规范化并上云，实现工业互联网技术体系的实训教学功能。

生产线示范性工业互联网实训装备  选择典型的企业生产案例，以智能化企业产品生产线为原型场景，设计简化版的生产线实训装备，设计设备传感层、信息物理层，选择阿里云、华为云、航天云或其他公司的工业互联网云平台，数据上云，聚焦工业互联网技术体系，设计实践教学内容，教学内容覆盖自动化设备层、数据采集层、生产信息处理层、工业云平台层、应用层等工业互联网五层架构技术，涉及工业感知技术、智能控制技术、互联通信网技术、视觉检测技术、机器人应用技术、运动控制技术、PLC控制技术、物联网技术、边缘计算、软件开发技术、大数据及云计算技术、云组态与创新开发技术等。

这里以一个“无线鼠标智能制造缩简版组装生产线”为案例设备，它集成了产品的部件传送、组装、检测、包装、仓储等典型生产工序，同时具备智能化排产管理、仓库物料管理等智能制造执行系统（MES）的生产调度模块，实现客户下单、虚拟仿真设计、产品生产、质量监控、产品配送等各环节信息化与智能化。

在实训指导书的帮助下，学生从组装模块化的示范性生产线开始，首先了解生产线工作原理，了解OT及IT需求，重点关注工业互联网平台与边缘计算技术，实现工业互联网平台接入生产线，采集生产线设备组态数据，工业数据上云，数据建模与分析，通过工业互联网平台，由智能制造执行系统控制生产线运行，实施产品工艺，实现生产智能化。工业互联网生产线示范与实训平台应由多个典型应用案例设备支撑系列应用实训。

3 实训教学内容设计示例

场景设计1：工业数据建模与数据上云  以惠普无线鼠标智能制组装生产线为例，阅读产品生产线装备的生产功能说明书及系统设计说明书，了解生产流程、机件运作、组件状态等，了解PLC、仓储及生产环节各传感器、条码读取器、運动系统、视觉系统、产品（鼠标）性能检测组件、能耗检测组件的接入及传输方法，按任务的特定要求（出题时具体选择给出），在工业互联网平台上创建项目，设计生产线数据组态格式，并实施工业数据模型，根据生产线各器件配置它们的数据采集参数、数据清洗规则、数据生命周期管理，并调通数据采集上云，在工业互联网平台按要求分析、处理，设置数据策略，按要求提取数据分发到工业互联网应用系统，按要求进行数据可视化、数据双胞胎同步配置，如图3所示。

任务1：工业互联网云平台与设备通信设置。进行用户端SaaS软件配置、工业APP配置;创建项目，设置工业互联网云平台用户;阅读设备的设计说明书，设置云平台通信参数，测试通信情况。

任务2：工业数据建模。按给定数据格式要求实施工业数据模型，包括信息模型、数据组态、数字孪生模型。

任务3：数据采集与清洗、数据规则。在用户端SaaS软件进行配置，从各PLC、仓储及生产环节各传感器、条码读取器、运动系统、能耗检测组件采集数据，拖入或创建系统提供的各类标准数据交互组件，按数据组态的要求配置数据预处理规划，如阈值、合并、时隙、语义解释转译、函数处理等，匹配信息模型的要求，并开始采集数据上云。

任务4：数据策略执行与分发。在云平台上按类型要求进行数据生命周期管理，按要求提取关键数据、组态解释，设置数据策略，AI/BI大数据存储，配置分发信息到工业互联网应用系统。

任务5：数据可视化与数据孪生。按要求进行数据可视化，展示报表，对接系统已准备好、提供给选手调用的设备3D虚拟模型，完成数据双胞胎同步配置，同步模型组态与设备组态。

任务6：生产线故障自动诊断。人为在生产线上统一设置故障，数据可视化或设备3D虚拟模型，能跟踪故障，提示诊断结果。程序自动查询系统提供的设备制造商零件库发出远程运维服务申请，指明损坏器件的型号、厂家、价格、供货期。

任务7：工业大数据分析。系统提前准备好统一的工业大数据（惠普无线鼠标生产数据，特别是性能测试数据），按要求进行AI/BI大数据计算及分析，报表格式提交分析结果。

场景设计2：开放设计、边缘计算开发  生产线所组装产品（鼠标）无线通信性能检测、计算机视觉检测，数据量大、有实时要求、逻辑较复杂，不宜云端实现，应该采用边缘计算技术。边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求，如图4所示。本场景任务要求：在开放边缘计算架构上，编程实现产品（鼠标）通信性能检测或某一品牌的PLC接入边缘组件。

任务1：工业边缘计算服务开发、配置、调试。编写并调试目标对象（产品通信USE接口或非主流PLC），在边缘计算架构约束下，调用平台提供的模型化开放接口，编写逻辑控制程序;编写管控一体化系统界面程序与调试、测试，在云端布置管控一体化边缘计算程序，上云配置、运行。完成工业边缘计算网关及网络通信配置、综合调试。

任务2：文档能力的相关考核。根据项目需求和实施成果，编写系统的设计、编程规范和项目文档，重点在工业边缘计算服务开发、配置、调试，编写实训报告，阐述工业边缘计算服务的功能和结构、设计要点、实施过程、测试计划等。

4 结束语

工业互联网应用是新一代信息技术、先进制造技术的融合发展，是物联网及5G、云计算、大数据、人工智能等新兴技术推动的新热点技术领域，也是高等职业教育的前沿领域，应加紧探索，将其融入教育教学，培养学生掌握前沿科技，提高综合素养。本文按照工业互联网技术架构，以“无线鼠标智能制造缩简版组装生产线”为例，设计工业互联网实训装备，并给出教学设计示例，希望对相关教学探索有所帮助。

参考文献

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[4]中国工业互联网研究院.工业互联网人才白皮书（2020年版）[R/OL].（2020-07-29）（2020-10-02）.https：//www.chinaaii.com/index.php？m=content&c=index&a=show&catid=26&id=30.

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[6]中国信息通信研究院工业互联网产业联盟.2019年工业互联网案例汇编：垂直行业应用案例[EB/OL].（2020-09-01）（2020-10-02）.http：//www.aii-alliance.org/bps/20200908/4250.html.

[7]中国信息通信研究院工业互联网产业联盟.工业互联网体系架构白皮书（版本2.0）[R/OL].（2020-04-23）（2020-10-02）.http：//www.aii-alliance.org/bps/20200430/2063.html.

*项目来源：广东省教育科学创新类项目“电路单元喷印制造及工艺设计软件”（项目编号：2018GKTSCX108）。

作者：廖永红，广东轻工职业技术学院，教授，研究方向为计算机应用技术、智能制造;杨铭，广东轻工职业技术学院，高级工程师，研究方向为轻化工程技术（510300）;宋瑞，佛山市智慧电子科技有限公司，工程师，研究方向为电子信息工程、智能制造（528251）。