提供职业技术学院 智能制造理虚实一体化实训基地 工业物联网数字孪生实训室**

一、工业物联网发展背景... 5

(一) 工业物联网人才需求... 5

(二) 工业企业数字化转型是大势所趋... 6

(三) 新冠疫情催生新技术、新模式... 7

二、工业物联网发展现状... 8

(一) 工业互联网定义... 8

(二) 工业互联网主要应用场景... 8

1、 工业互联网三大业务流... 8

2、 工业互联网应用场景分类... 10

3、 工业互联网垂直行业落地典型场景... 10

4、 工业互联网关键技术... 12

三、工业物联网专业群建设需求... 12

四、项目建设总体规划... 14

(一) 建设目标... 14

1、 创新产教融合平台... 14

2、 以赛代练的技能训练平台... 14

3、 1+X证书服务平台... 14

4、 提升人才培养质量... 15

5、 服务当地支柱产业... 15

(二) 建设原则... 15

(三) 建设优势... 16

(四) 设计理念... 17

(五) 总体设计... 18

五、项目建设内容... 19

(一) 工业物联网1+N实训套件... 19

1、平台概述... 19

2、平台软硬件说明... 19

(二) 工业互联网数字孪生综合实训台... 21

1、 产品概述... 21

(一) 工业物联网人才需求

目前物联网概念下的企业数量非常多，社会需求量也大，但是人才供给量很少，远不成比例。且未来几年，物联网技术会在社会各领域中广泛普及，因此这个专业的就业具有非常广阔的前景。“十三五”期间物联网产业重点领域包括智能交通、智能物流、智能电网、智能医疗、智能工业、智能农业、环境监控与灾害预警、智能家居、公共安全、社会公共事业、金融与服务业、智慧城市、国防与军事等。

未来五年，物联网人才需求量将达到1000万人以上。其中，智能交通、车联网市场人才需求约为20万；智能物流、物流于智能仓储方市场人才需求约20万；智能电网、智能于系能源店里产业人才需求将达百万；智能医疗、智能医疗设备支持于技术服务、智能医护管理等人才需求将超百万。总体来看，由于物联网涉及领域广泛，可以在众多的应用领域实现就业，因此，各个应用领域均对物联网人才有一定的需求，物联网人才的职业前景一片向好。但与此同时，全国开设物联网专业的院校有1000多所，每年毕业生规模不足10万人，供不应求态势很明显。

另一方面，从薪酬水平来看，2019年春招旺季，与物联网相关的嵌入式工程师的平均招聘薪酬达到18132元，部分物联网嵌入式工程师的薪资在2.3万元/月以上，均处于相对较高的水平。而市场愿意给予物联网人才更好的薪资待遇，也与市场上人才相对稀缺密切相关。

从产业需求来看，物联网人才总体上分可以分为研究型人才、工程应用型人才以及技能型人才三个类型：

研究型人才主要为研究生层次或研究型高校所培养的毕业生，是各类“研究型企业”或“高新企业”的研发部、研究院所亟需的人才。我国现在大力强调自主创新，而自主创新最终要落实在企业身上，因此具有研究和创新特色的企业，应该得到大力培育。根据国内的划分，研发投入占销售收入9%以上是“研究型企业”的重要判断标准之一，这类企业主要以物联网政策研究、行业标准制定、咨询顾问、规划测评、技术研发等为主。在高等院校和科研院所物联网研究型人才培养方面，偏重于研究型和创新型，具有跨学科复合型特点，具有创新精神、创造能力和创业才能，具有开放的意识、国际视野以及国际交往能力，具有自主学习及获取信息的能力，具有较完备的知识结构。

工程应用型人才主要为各类本科学校或信息类高职学院毕业生，以从事物联网系统设计、产品开发、物联网项目实施等为主，包括RFID系统设计与开发、嵌入式软件开发、网络安装调试、物联网硬件开发、感技术开发、市场营销、售前售后技术支持等工作。以系统设计、产品开发、工程项目策划与实施为主的这类企业，在我国数量庞大，其需要的工程应用人才除了需要具备必要基础理论知识的同时，更应注重工程应用技术能力的培养，加强工程实践的实际训练，突出技术应用能力、培养创新能力。

技能型人才主要为各类高职院校或信息类中职院校毕业生，如各类物联网业务运营管理人才、市场销售人才、业务应用人才、客户服务人才和系统维护人才等。技能型人才主要服务于物联网服务型企业或物联网系统使用方，如提供物联网业务服务的运营企业、物联网系统集成类企业等。物联网技能型人才往往需要较强的综合能力，对各类高职院校培养物联网高技能型人才提出较高要求，不但需要掌握物联网基础知识、业务知识，更要结合区域的物联网产业情况，培养其技术应用能力、沟通交流能力和管理能力。

(二) 工业企业数字化转型是大势所趋

根据世界银行的数据，按现价美元测算，2010年中国制造业增加值首次超过美国，成为全球制造业第一大国，自此多年稳居全球第一。2018年中国制造业增加值占世界的份额达28%以上，接近美、日、德三国的总和，成为驱动全球工业增长的重要引擎。其中，汽车、电子、钢铁、化纤等制造业的多项指标均位居全球首位。

尽管中国制造业多个领域产值位居全球第一,但是整体而言，制造业大而不强，企业在推动自身业务系统和流程的全面升级时面临一系列挑战：

成本不断提高：IDC2019年工业企业调研数据显示，成本.上升是受访工业企业面临的第一大挑战。 这主要由中国的人口红利期逐渐消失、老龄化时代来临以及环保力度加大，环保成本上升等因素导致。

工业自主创新能力不强：主要表现在自主品牌缺乏，一些关键装备、核心技术依赖进口。以机器人为例，IFR(国际机器人联合会)数据显示，2018年国产工业机器人在市场总销量中的比重为27.88%，市场绝大部分被主要的外资企业占据。在关键的零部件上，国产伺服电机和减速器市占率仅为109%—15%左右，而这些核心零部件占整个工业机器人成本78%以上，也即利润率高的部分主要由国外品牌把控。这表明中国工业自主创新能力不足,这也是中国工业在由大向强转变过程中面临的最大障碍。

产品附加值不高：中国制造业大多处在微笑曲线2的中间，即处在世界制造业价值链的中低端，在国际经济贸易利益分配中处于劣势。工信部数据显示，2018年 中国制造业增加值占全球制造业比重30%左右，位列全球第一，美国以17%比重位列全球第二。但是，中国制造业利润率仅2.59%，远低于美国的12.2%。

(三) 新冠疫情催生新技术、新模式

2020年新冠疫情爆发，使得工业生产因为原材料供应、劳动力不足等造成停滞。在疫情倒逼下，催生了远程办公、无接触经济等新业态新模式，也加速了传统工业数字化、智能化改造。

首先，工厂的智能化改造需求进一步加速。能实现远程控制、自动化生产的产线是后疫情时代工业发展的目标之一。工业机器人的部署、利用人工智能技术改造的生产线将有效代替人工、自主操作，保证工业生产的效率和质量；其次，弹性供应链的打造将是工业制造在新常态下又一发展重点。弹性供应链的打造核心在于供应链的可视化和智能化，通过物联网、人工智能、大数据等技术，实现供应链的实时信息的跟踪以及物流路径的优化，从而实现提高供应链抗风险能力。最后，网络化协同能力也是工业发展的一大重点。通过工业互联网平台等新技术,实现企业内部之间、产业链上下游、跨产业链的企业之间的产业链协同，实现供需的有效对接、资源的智能化调配，从而降低企业的生产和运营成本。

疫情是行业的危机，而数字化转型则是工业企业的机遇。ICT技 术和OT技术的深度融合，并在工业不同场景的应用落地，将加快工业企业的数字化、智能化进程。

该方案采用数字孪生**+** 人机协作+ 科技产线的设计理念，将智能制造的控制技术、机器人技术、工业总线技术以及数字化仿真技术融合，并结合工业互联网大赛的数字化、网络化、智能化的控制需求的设计理念，以仿真、到小型化应用、集成化开发再到创新设计，为高校和人才培养提供完整的实训及创新的实验平台。

TVP数字孪生是以虚拟3D孪生技术与智能控制技术平台的融合，基于数字化双胞胎技术，建立1:1的虚拟数字化与物理信号控制的平行世界，是国内首套AR+制造仿真系统，TVP数字孪生采用“以虚代实、以实控虚”的技术理念，让智能工厂的教学与实训真正做到与行业应用接轨，更易用、更高效、更便携的新一代工科实训平台！

虚拟数字式智慧工厂采用真实/虚拟的机器人示教编程系统，工业机器人运动控制器以及真实的数控系统，通过硬件模拟技术打通控制器与虚拟化的通信，即学生操作实训采用PLC编程控制，工业机器人示教编程应用，MES调度以及数控设备的实操，通过虚拟装备的3D展示，达到与真实的智慧工厂同样的设计效果。

基于TVP数字孪生及虚实互动仿真的特点，结合工业互联网和智能制造控制方向的特点，该软件系统能够贯穿整个智能制造产业示范，能够进行每个单元的虚拟或虚实仿真；

n 模拟：用户自建工厂、虚拟工厂云工程平台

n 仿真：虚拟电气接线、CAD电气接线

n 交互：多屏三维互动 + AR交互 + VR沉浸式体验

n 内容：电气CAD、PLC编程、机器人示教、组态控制

n 资源：虚拟工厂模型库、高端智造虚实转化

n 特点：以实控虚、以虚代实、虚实结合

2、智能制造工业控制套件

综合数字孪生实训平台包含了工业机器人、运动控制器以及工业物联网控制系统等多种控制单元，能够根据真实的智造产线完成各类复杂和综合的开发实训内容，内部配置的控制功能如下：

3、TVP数字孪生仿真资源

为解决资源差，灵活性低，以及教学编程验证困难，实训场景与产业应用脱节等问题，TVP采用与实际的智慧工厂系统完全一致，且PLC系统，数控系统，机器人运动控制器完全一致，通过虚拟工厂编程可直接复制到实际工厂运行的数字化双胞胎系统平台教学，从而解决传统PLC教仪设备“不直观”，“用不好”，“成本高”等难题。

n 半实物仿真

真实的PLC、控制器系统，虚拟的三维场景，应用范围不受限制。不受场地硬件的限制，学员进行虚拟的操作训练，不用担心损坏装备，在操作的过程中如果出现错误还可以给出语音和文字提示。

n 全虚拟模拟

虚拟的软PLC系统，采用博图软件开发，不需要物理PLC即可完成编程，电气接线以及逻辑编程控制及验证。

n 3D**工业产线应用布局**

用数字技术对物理（实体）资产进行数字化，从设计开始，也可以在设备进行运行的时候使用各种类型的传感器来收集运行状态来对它的工况、位置等进行接近实时的采集和分析。

n 全系列控制器仿真

不仅仅是PLC系统，配套有虚拟AGV控制器，虚拟工业机器人示教器以及多轴伺服运动控制器，能够按照工业产线系统一步步搭建及规划整个产线仿真应用。

4、工业互联网MES系统开发平台

该智能制造产线具有一套开源的MES系统，从设备层、控制层、数据层、应用层都具有对应开发及实践内容，通过PLC + 机器人 +计算机软件的模式提供一套完整的数字化产线的，建设、编程、电气再到上层控制的综合型工业互联网开发实训平台。

配合TVP虚拟仿真按照实验室已有的真实化产线可1:1搭建虚拟化系统，并配套完整的从认知到产线应用的阶段化开发课程资源，全面详细的介绍了数字化产线构成以及集成方式，并通过虚拟仿真技术创建与真实完全一致的虚拟产线，直接进行虚拟仿真调试。特色在于，通过将PLC、工业机器人、计算机软件控制技术结合，分单元分层讲解数字化产线的各个层级个功能的实施及编程控制方法，并能够以虚拟仿真加以展示及实现。

该平台主要通过软件个性化下单，完成从网上下单、生产订单解析、工艺编排、智能仓储存取、柔性流程重配和生产、基于激光雕刻和立体装配的全自动化无人加工过程。构建真正意义上的工业4.0新型工作模式和基础平台，便于学生对机器人认知、编程学习以及科研人员开发实验。

TVP-NET数字化3D组态平台提供多协议网关实现各种异构网络的互联互通，并最终与工业云平台进行数据交互。网关内置智联网多网协议网关服务，通过MQTT数据服务与工业互联云平台通信。

本文由 云沃嘉数字化工厂服务商 发布，[点这里] (https://www.yun-360.com) 可以找到我