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《智能工厂集成技术》教学大纲

适用范围：202X版本科人才培养方案

课程代码课程性质：专业选修课

学分：3学分

学时：48学时（其中：理论40学时，实验8学时）

先修课程：智能制造工程导论、智能生产系统建模与仿真等

后续课程：智能制造创新能力训练、生产实习、毕业设计等

适用专业：智能制造工程

开课单位：机械工程学院

一、课程说明

《智能工厂集成技术》是智能制造工程专业本科学生的专业选修课。本课程主要针对机械制造业智能工厂的不同设备、技术、功能间系统纵向集成问题，讨论如何把现场层、控制层、车间管理层有机整合在一起，包括智能工厂集成技术的基本理论、集成方法和关键集成技术。通过本课程的学习，使学生掌握智能工厂集成的基本概念与理论基础，系统集成方法，系统集成的数据通信技术，智能控制技术、数据交换与接口技术等内容，提高学生在智能工厂实施过程中的系统集成能力以及企业组织、技术、流程、模式、数据的调研和分析能力。

二、课程目标

通过本课程的学习，使学生达到如下目标：

课程目标1：理解智能工厂集成的基本概念、理论基础；掌握智能工厂集成的体系架构，常用数据通信方式，硬件设备间、软件系统间，以及软硬件间的集成方法，了解工业控制系统功能安全与信息安全的概念，初步具备智能工厂中执行与监控系统体系架构分析能力。

课程目标2：掌握智能工厂集成的工业网络、现场总线等数据通信技术，OPC及OPCUA等工业控制数据交换标准与接口技术，SCADA系统设计与开发步骤，初步具备工业监控系统分析和设计能力，能够对不同方案进行对比分析，得到合理集成方案。融入思政元素，激发学生的学习动力，增强学生的历史使命感。

三、课程目标与毕业要求

《智能工厂集成技术》课程教学目标对智能制造工程专业毕业要求的支撑见表1。

表1课程教学目标与毕业要求关系

毕业要求

指标点

课程目标

支撑

强度

1.工程知识

1.4能够将专业知识用于智能制造相关复杂工程问题解决方案的比较、综合和交流。

课程目标1：理解智能工厂集成的基本概念、理论基础；掌握智能工厂集成的体系架构，常用数据通信方式，硬件设备间、软件系统间，以及软硬件间的集成方法，了解工业控制系统功能安全与信息安全的概念，初步具备智能工厂中执行与监控系统体系架构及组成分析能力。

M

2.问题分析

2.3能够根据数学、自然科学和机械工程科学的基本原理，并结合文献研究，比较不同的解决方案，以获得有效结论。

课程目标2：掌握智能工厂集成的工业网络、现场总线等数据通信技术，OPC及OPCUA等工业控制数据交换标准与接口技术，SCADA系统设计与开发步骤，初步具备工业监控系统分析和设计能力，能够对不同方案进行对比分析，得到合理集成方案。融入思政元素，激发学生的学习动力，增强学生的历史使命感。

M

注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。

四、教学内容、基本要求与学时分配

1.理论部分

理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。

表2教学内容、基本要求与学时分配

教学内容

教学要求，教学重点难点

理论学时

实验

对应的课程目标

1.智能工厂集成概论

1.1智能工厂内涵

1.2系统集成的基本概念、目的与作用

1.3制造系统集成的三个维度

教学要求：理解智能工厂的内涵；了解制造系统集成的目的和作用；掌握制造系统集成的三维度方法。

重点：智能工厂的内涵。

难点：横向集成、纵向集成和端到端集成的含义。

2

0

1

2.智能工厂系统集成分析

2.1智能工厂系统架构

2.2智能工厂建设内容

2.3智能设备及通讯

2.3开放互联协议与关键技术

教学要求：理解并掌握智能工厂五层系统架构划分方法与功能；熟悉智能工厂建设内容；理解智能设备开放互联协议，了解智能工厂集成的关键技术。

重点：智能工厂五层系统架构划分方法。

难点：理解开放互联协议与关键技术。

4

0

1

3.智能工厂系统集成方法

3.1系统集成需求分析与理论基础

3.2子系统并行集成法

3.3OPC系统集成法

3.4数字孪生集成法

教学要求：了解智能工厂常见信息流类型与数据转换需求；理解多维集成空间的表示，集成系统的神经网络表示，基于知识的决策系统等集成理论基础；掌握子系统并行集成法，OPC系统集成法和数字孪生集成法。

重点：子系统并行集成法，OPC系统集成法和数字孪生集成法。

难点：数字孪生集成法。

2

0

1

4.系统集成的数据通信技术

5.1数据通信概述

5.2通用串行通信

5.3现场总线技术

5.4SCADA系统中的网络技术

5.5工业以太网

教学要求：了解系统常用的数据传输方式和传输介质；掌握Modbus串行通信协议；掌握现场总线的概念，了解CAN、Profibus等常见现场总线种类与特点；熟悉TCP/IP协