[发明专利]教学工厂的多维度数字化教学资源库及其构建方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及智能制造教学工厂教学资源库领域，尤其涉及一种智能制造教学工厂多维度数字化教学资源库及其构建方法和应用。

背景技术

当前，以德国工业4.0为代表的新一轮工业革命正在深刻地改变着现代制造业结构。我国也正在实施《中国制造2025》规划，推进制造业的智能化转型。在此背景下，培养具有智能制造创新能力的新型工程技术人才，成为高校工程教育改革的重要命题。

教学工厂(learning factory)的概念起源于上世纪九十年代的美国宾夕法尼亚大学及华盛顿大学的教学实习工厂，多年来对开展工程实践教育起到了独特的作用。随着智能制造技术突飞猛进的发展，工业4.0智能制造教学工厂得到了越来越多的关注。德国智能工厂技术创新协会推出的智能制造教学工厂，引入业界最新技术，覆盖自动化金字塔的所有层级，在展示智能工厂最新技术的同时，还用于智能产品的研究；德国波鸿大学工业4.0教学工厂通过集成商用软硬件系统构成了多层次工厂结构，包括SAP、MES、SCADA、能源监控、PLC、HMI等工具软件；亚琛大学拓宽了教学工厂的应用范式，突出了服务的多样性及复杂性需求。通过设计多种混杂生产场景来满足教学及科研多维度的服务需求；国内同济大学、海尔研究院等与德方合作，也共建了工业4.0实训工厂，配备机器人、智能生产线等系统，为教学培训及科研提供智能加工生产环境。

作为工业4.0智能工厂的原型，以上教学工厂普遍具备ERP-MES-PCS工厂多层级架构，配置了最新的智能工厂软硬件产品，以及网络互联环境。其研究与开发目标各有侧重，分别就产品设计、生产场景设计、教学模式、传统生产线智能化改造、科研成果转移等问题进行讨论，满足了各自的教学科研需求。但随着智能制造技术的快速发展，由于缺少智能制造教学工厂的建设标准及教学资源的建模模型，建设水平参差不齐，设备技术更新与服务需求更新的压力日益凸显。

中国电子技术标准研究院于2016年发布的《中国智能制造成熟度模型白皮书》中，提出了智能制造能力成熟度模型矩阵，从设计、生产、物流、销售、服务、资源要素、互联互通、系统集成、信息融合、新兴业态10大类核心能力以及细化的27个域建立能力评估模型，模型中对相关域进行从低到高5个等级的分级与要求。

申请号为CN201210509728.8的中国发明专利申请文献公开了一种多媒体数字化教学资源系统及建立方法，包括采集模块、预处理模块、数据结构化模块、后处理模块、成品数据模块、教学资源平台模块、网络管理模块及教学互动模块。能够基于因特网、利用多媒体进行数字化备课授课和自主学习。

申请号为CN201710211689.6的中国发明专利申请文献公开了一种在线教学资源库的自动构建方法，利用机器学习SVM算法对在线教学资源进行自动分类；根据在线教学资源库的浏览量、用户评价、参加人数对在线教学资源进行评分，并将评分结果存储于教学资源评分表。

申请号为CN201710204355.6的中国发明专利申请文献公开了一种基于知识图谱和能力测评的个性化教学资源推荐系统，包括知识图谱资源模块、学生学习能力测评模块、学生画像模块、教师画像模块、个性化推荐模块等。基于异构教学资源，满足了不同等级学生的教学需求。

现有的教学资源库不满足对不同层次智能制造人才培养的持续性需求。

发明内容

本发明提供了一种教学工厂的多维度数字化教学资源库，可对不同层次智能制造人才开展针对性的实验教学，满足不同层次智能制造人才培养的持续性需求。

一种教学工厂的多维度数字化教学资源库，包括：

多维度等级人才需求模型，通过企业智能制造能力成熟度模型映射得到；

能力评估器，根据多维度等级人才需求模型进行设计得到，用于评估学生的能力；

数字化教学资源，包括实体资源集和虚拟资源集；

多维度教学场景组态矩阵，表示为RES_sce(P×Q)，其中P表示智能制造数字化交付成熟度等级数量，Q表示不同交付成熟度等级资源可配置数字化教学资源的数量；

教学资源配置集合，表示覆盖全域成熟度等级的不同教学场景所对应教学资源配置的集合。