摘要：工業(yè)4.0下的電子信息工程專業(yè)智慧實驗室的構(gòu)建過程是‘互聯(lián)網(wǎng)+’的創(chuàng)新發(fā)展過程，對于我國現(xiàn)有的傳統(tǒng)實驗室建設(shè)而言，轉(zhuǎn)型實際上是從傳統(tǒng)的人工管理的實驗室，轉(zhuǎn)向個性化定制的過程。實驗設(shè)備、運行模式、使用狀態(tài)、實驗組織等方面的創(chuàng)新，將會層出不窮。使整個實驗室課程的課表安排、上課預(yù)約、智能考勤的過程更加柔性化、個性化、定制化，實現(xiàn)以人為本。應(yīng)用型本科院校為了加強本科生的實踐操作能力與創(chuàng)新能力，主要途徑就是不斷加大對智慧實驗室的相關(guān)技術(shù)和設(shè)施的投入和研究。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0，互聯(lián)網(wǎng)+，智慧實驗室

1什么是工業(yè)

“互聯(lián)網(wǎng)+制造”就是工業(yè)4.0。“工業(yè)4.0”是德國推出的概念，美國叫“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，我國叫“中國制造2025”，這三者本質(zhì)內(nèi)容是一致的，都指向一個核心，就是智能制造。工業(yè)4.0的特征包括互聯(lián)、數(shù)據(jù)、集成、創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型。技術(shù)支柱包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)機器人、3D打印、自動化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全、虛擬現(xiàn)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(nèi)將多個物品采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及圖形顯示技術(shù)等將其功能化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，建立一個由實驗室管理中心、信息通信服務(wù)以及實驗室智能化系統(tǒng)組成的“三合一”智慧實驗室集成系統(tǒng)。基于工業(yè)4.0的智慧實驗室是在現(xiàn)有的實驗室基礎(chǔ)上，輔以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧化設(shè)備構(gòu)建起來的，實現(xiàn)了開放共享深入教學(xué)需求、即插即用系統(tǒng)極速部署、移動互聯(lián)打破時空束縛、全面管控舒適高效安全的智慧化實驗服務(wù)平臺。在智慧實驗室系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，注重軟件管理系統(tǒng)與硬件管理系統(tǒng)的合理配置，教師、學(xué)生和管理者全面感知不同的教學(xué)資源，獲得互動、共享、協(xié)作的實驗學(xué)習(xí)和科研工作環(huán)境。

3如何構(gòu)建工業(yè)

4.0下的智慧實驗室構(gòu)建工業(yè)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(shù)包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、云計算平臺、虛擬現(xiàn)實、人工智能等，用以實現(xiàn)實驗教學(xué)管理系統(tǒng)、實驗室預(yù)約管理系統(tǒng)、實驗室信息管理系統(tǒng)、實驗室安全防護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建;硬件技術(shù)包括工業(yè)機器人、傳感器、RFID等，用以實現(xiàn)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(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、實驗室報警系統(tǒng)、實驗室遠(yuǎn)程控電系統(tǒng)的構(gòu)建。智慧實驗室架構(gòu)圖如圖1所示。通過物聯(lián)網(wǎng)集成實驗室內(nèi)各個智能硬件終端、通信設(shè)施等，同時運用云計算等技術(shù)構(gòu)成一個智能網(wǎng)絡(luò)共享平臺。通過這個智能網(wǎng)絡(luò)平臺，使人與人、人與實驗設(shè)備、實驗設(shè)備與實驗設(shè)備、以及實驗室開放服務(wù)與學(xué)生服務(wù)之間，能夠形成一個互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端到端的高度集成。

3.1實驗室管理軟件系統(tǒng)。實驗室軟件系統(tǒng)用以實現(xiàn)實驗教學(xué)管理，教師可進(jìn)入實驗室預(yù)約管理系統(tǒng)，科學(xué)設(shè)置上課時間、上課地點，排課方式靈活，擺脫時間束縛。系統(tǒng)可對教師預(yù)約、學(xué)生預(yù)約、管理員審批等進(jìn)行科學(xué)管理。在實驗課進(jìn)行時間段內(nèi)，通過實驗室門禁對教師和學(xué)生進(jìn)行考勤管理，非上課時間段內(nèi)，沒有預(yù)約師生則無法完成考勤與開門動作。同時系統(tǒng)可根據(jù)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(xué)時分配、學(xué)分制管理，實驗必做項目和選做項目的分配與管理，學(xué)生實驗后提交實驗報告、實驗數(shù)據(jù)等，都通過該系統(tǒng)完成。我校使用的極域電子課堂，對課堂管理包括實時監(jiān)控、遠(yuǎn)程命令、學(xué)生策略，課堂互動包括分件分發(fā)、文件提交等，可方便的完成實驗教學(xué)的系統(tǒng)管理。實驗室信息管理系統(tǒng)主要依托校園網(wǎng)絡(luò)，以高校實驗室建設(shè)、實驗預(yù)約、實驗總結(jié)、實驗通知、實驗門禁、實驗監(jiān)控以及設(shè)備儀器等構(gòu)建信息化管理平臺。如圖2所示。

3.2實驗室管理硬件系統(tǒng)。實驗室管理硬件系統(tǒng)主要用以實現(xiàn)實驗室遠(yuǎn)程控電管理、門禁、安全防護(hù)、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(tǒng)遠(yuǎn)程智能控制。主要采用了各類傳感器、RFID、嵌入式等硬件技術(shù)。教師通過刷卡可完成實驗室照明、投影儀、教師機的取電，學(xué)生刷卡可完成所分配的實驗臺通電，包括實驗設(shè)備取電等。實驗室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)用于構(gòu)建智慧實驗室環(huán)境，通過采集窗簾上的傳感器數(shù)據(jù)、室內(nèi)照明光傳感器數(shù)據(jù)，感知環(huán)境光照強度，自動調(diào)節(jié)窗簾的開關(guān)與室內(nèi)光照亮度;通過實時采集室內(nèi)的溫、濕度傳感器、PM2.5檢測器的數(shù)據(jù)，自動控制空調(diào)等相關(guān)設(shè)備的運行，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。實驗室安全防護(hù)系統(tǒng)配套有攝像頭終端、煙霧報警傳感器等設(shè)備，完成智慧實驗室內(nèi)影像的實時采集;智能門禁終端采用目前已經(jīng)非常成熟的RFID技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，可對實驗室進(jìn)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(tǒng)并關(guān)閉門鎖，具有較好的通信功能和報警功能，可靠性和穩(wěn)定性極好。

4結(jié)語

應(yīng)用型本科院校電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生最基本要求就是實踐應(yīng)用能力強，所學(xué)課程均配有相當(dāng)多學(xué)時的實驗內(nèi)容，通常情況下，該專業(yè)的學(xué)生實驗、實訓(xùn)類課程學(xué)時占總授課學(xué)時的50%左右，可見對于高校電子信息類專業(yè)的智慧實驗室建設(shè)亟待解決。而基于工業(yè)4.0的電子信息工程專業(yè)智慧實驗室的構(gòu)建，可以很好的解決了電子信息工程專業(yè)實驗室傳統(tǒng)人工實驗教學(xué)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(xué)化、規(guī)范化、人性化，很好的實現(xiàn)了以人為本，這也是工業(yè)4.0的重要體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊現(xiàn)民，余勝泉.智慧教育體系架構(gòu)與關(guān)鍵支撐技術(shù)[J].中國電化教育,2015.

[2]賈維丁.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校智慧實驗室構(gòu)建中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016.

[3]賴程鵬.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧實驗室的研究與設(shè)計.華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文,2015.

[4]高永清,商丹.基于ZigBee智慧實驗室系統(tǒng)的設(shè)計[J].電視技術(shù),2015,39(08).

[5]林燕奎,熊貝貝,等.現(xiàn)代智慧實驗室的設(shè)計和應(yīng)用[J].實驗室研究與探索,2014,33(06).

[6]周春月，閆子淇.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧實驗室架構(gòu)研究[J].實驗室研究與探索,2014,33(05).

作者:姜波          單位:黑龍江財經(jīng)學(xué)院