工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中的關(guān)鍵點(diǎn)在于能與實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景對(duì)接，面對(duì)海量的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入以及復(fù)雜度越來(lái)越高的工業(yè)場(chǎng)景，單一方面的概念講授以及基礎(chǔ)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不足以培養(yǎng)出具備實(shí)際工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)能力的學(xué)生。

如何能從現(xiàn)有的概念性、本地化的教學(xué)方法中突破，從真正的工業(yè)應(yīng)用出發(fā)，將實(shí)際的工業(yè)對(duì)象與功能完備的工業(yè)云平臺(tái)帶入到教學(xué)當(dāng)中是當(dāng)前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的一大挑戰(zhàn)。NI幫助天津大學(xué)成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)在教學(xué)領(lǐng)域的落地

天津大學(xué)是如何開(kāi)展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)計(jì)劃的？

作為新工科建設(shè)的發(fā)起者之一的天津大學(xué)十分重視工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)在教學(xué)領(lǐng)域的落地。依托精密儀器與光電子工程學(xué)院，建立遠(yuǎn)程監(jiān)控開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)提供現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

以模擬實(shí)際工況的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷試驗(yàn)臺(tái)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用具有多核處理器及FPGA資源的邊緣計(jì)算硬件對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，利用工業(yè)級(jí)的系統(tǒng)管理軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。

從而，在教學(xué)過(guò)程中取得最好的效果：

一方面能兼顧傳感器、執(zhí)行器、數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)概念的傳達(dá)；

另一方面能夠幫助學(xué)生體驗(yàn)復(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、大數(shù)據(jù)分析以及云平臺(tái)的應(yīng)用，通過(guò)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象終端。

項(xiàng)目如何繼續(xù)開(kāi)展下去？

首先確定核心方向——遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)兩大核心板塊：具有實(shí)際對(duì)象的工業(yè)聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與工業(yè)級(jí)的系統(tǒng)管理軟件。

3個(gè)角度透視 NI 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1、NI工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與實(shí)際教學(xué)深度融合

NI的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由傳感器與試驗(yàn)臺(tái)、cRIO采集設(shè)備、SystemLink軟件平臺(tái)三部分組成。

其中傳感器與試驗(yàn)臺(tái)用于演示整個(gè)系統(tǒng)工作過(guò)程。cRIO硬件平臺(tái)包括采集和控制兩套設(shè)備，其中采集設(shè)備連接試驗(yàn)臺(tái)，用來(lái)采集試驗(yàn)臺(tái)傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)cRIO嵌入式操作系統(tǒng)中部署的軟件，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給SystemLink軟件平臺(tái)，該軟件平臺(tái)安裝運(yùn)行在PC機(jī)上，可以實(shí)現(xiàn)基于WEB頁(yè)面的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、部署、顯示及預(yù)警。

具有實(shí)際對(duì)象的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

cRIO硬件平臺(tái)具有搭載實(shí)時(shí)系統(tǒng)的多核處理器及可重配置的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列（FPGA）及相應(yīng)的模塊I/O硬件，通過(guò)圖形化的編程方式，實(shí)現(xiàn)高速邊緣計(jì)算。借助該硬件平臺(tái)，可獲得高性能I/O和前所未有的系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制靈活性，從而構(gòu)建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的終端架構(gòu)。

總而言之，基于RIO架構(gòu)的智能終端可以通過(guò)通用的工業(yè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，拓展成為大規(guī)模、分布式的工業(yè)系統(tǒng)集群，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的需求。

在該系統(tǒng)中，上位機(jī)PC與下位機(jī)cRIO系統(tǒng)之間通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊，通過(guò)人機(jī)交互或系統(tǒng)設(shè)定，PC機(jī)發(fā)送命令序列至cRIO，進(jìn)而控制cRIO上運(yùn)行的軟件以及驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的操作以得到數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，數(shù)據(jù)采集、諧波分析等功能都在cRIO數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上完成。與此同時(shí)模塊化程度極高的c模塊可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信號(hào)的高效采集，與傳感器無(wú)縫連接。

2、北京中航科訊提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障仿真模型

此外，在此工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，還采用了由北京中航科訊技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障仿真模型，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障仿真模型由包括電機(jī)、控制器、臺(tái)架、轉(zhuǎn)子試驗(yàn)件等組成。

通過(guò)安裝在平臺(tái)上的加速度傳感器、編碼器、渦流傳感器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可進(jìn)行機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)本地與遠(yuǎn)程控制兩種模式，輸出軸荷載可自定義調(diào)節(jié)。該模型展現(xiàn)的是一個(gè)典型的工業(yè)應(yīng)用問(wèn)題，包含了故障呈現(xiàn)、傳感器監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等多個(gè)環(huán)節(jié)。

基于工業(yè)級(jí)系統(tǒng)管理軟件：可遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)靈活配置

接下來(lái)聊一下軟件部分，該系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)系統(tǒng)管理軟件SystemLink，底層使用LabVIEW進(jìn)行邊緣算法的定義，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能控制、加速度曲線(xiàn)顯示、速度均方根值顯示、位移曲線(xiàn)顯示、振動(dòng)信號(hào)軸心顯示、振動(dòng)信號(hào)頻譜分析等分析功能。

SystemLink功能到底有多強(qiáng)大，繼續(xù)往下看就知道了：

SystemLink系統(tǒng)管理軟件，為分布式測(cè)試測(cè)量和控制解決方案提供了集中管理功能。直觀的Web應(yīng)用程序可讓您使用包含軟件部署、設(shè)備配置和診斷在內(nèi)的功能來(lái)管理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。

SystemLink還提供安全、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)服務(wù)和LabVIEWAPI?？芍С值挠布≒XI（Windows操作系統(tǒng)）、 CompactRIO（NI Linux Real-Time操作系統(tǒng)）和Windows PC 。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)Web頁(yè)面進(jìn)行分布式設(shè)備管理、軟件發(fā)布與管理、數(shù)據(jù)通信與文件傳輸。同時(shí)，可在SystemLink上自定義用戶(hù)界面，與實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行交互。

SystemLink提供了兼容范圍廣的開(kāi)箱即用硬件設(shè)備，具有一系列靈活的模擬和數(shù)字傳感器輸入選項(xiàng)。借助CompactRIO平臺(tái)，能夠以經(jīng)濟(jì)高效的方式將設(shè)備進(jìn)行批量部署，具有系統(tǒng)可擴(kuò)展的特性。

SystemLink軟件可支持多用戶(hù)登陸瀏覽以及云端訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)控平臺(tái)，該平臺(tái)可根據(jù)被測(cè)對(duì)象的數(shù)量靈活配置增加硬件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)量。

另外，基于本平臺(tái)還可將人工智能與工業(yè)對(duì)象進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，通過(guò)LabVIEW中的聲音與振動(dòng)工具包以及機(jī)器學(xué)習(xí)工具包，將系統(tǒng)中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度深層次的分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)。

天津大學(xué)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)虛擬仿真項(xiàng)目成績(jī)斐然

在以實(shí)際工況為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及工業(yè)級(jí)的系統(tǒng)管理與監(jiān)測(cè)環(huán)境下，天津大學(xué)基于cRIO、LabVIEW、SystemLink組建了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，該系統(tǒng)由北京中航科訊技術(shù)有限公司(www.bjzhkx.com)開(kāi)發(fā)，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)方案的打造填上了濃墨重彩的一筆。

這樣的教學(xué)系統(tǒng)幫助老師提供了測(cè)控類(lèi)教學(xué)的通用場(chǎng)景，滿(mǎn)足了老師對(duì)于高性能的教學(xué)展示平臺(tái)的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了測(cè)控系統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)發(fā)布，從而時(shí)學(xué)生可以隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)到教學(xué)平臺(tái)，增進(jìn)了教學(xué)的效率。

NI的SystemLink系統(tǒng)在教學(xué)領(lǐng)域上實(shí)現(xiàn)了開(kāi)創(chuàng)性的創(chuàng)新，將傳統(tǒng)工業(yè)化領(lǐng)域中晦澀難以描述的數(shù)據(jù)以更加直觀現(xiàn)代化的方式實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)與數(shù)據(jù)的交互，也給予我們高校使用中很大的啟發(fā)。