基于區塊鏈技術的工程訓練云資源庫設計與思考

朱玉斌，郎超男，于如信

（江蘇師范大學，江蘇徐州 221116）

區塊鏈技術在快速發展，已廣泛應用于金融、支付、物聯網、能源等領域[1-2]。同時，云計算技術作為新興的互聯網服務的使用和交付模式，常用于通過互聯網來提供動態的、可擴展的虛擬化資源。工程訓練作為人才培養計劃及教學活動的重要環節，在教育改革中占據十分重要的地位。利用區塊鏈技術建立的工程訓練云資源庫可以更好地幫助學生在實訓過程中熟悉一線企業的數字化工作及工業制造環境，為企業培養能夠迅速適應工作要求的應屆畢業生。

1 傳統工程訓練模式存在的問題

目前大學生的專業水平與企業的用工需求有較大的差距，這也是教育部進行工程訓練教學改革的重要原因，但是，進行改革需要將高校的工程訓練實踐教學支撐材料進行收集、匯總及分析。工程訓練課程作為高校人才培養計劃以及實踐教學活動的一個重要環節，在整個教育改革中占據重要地位[3]。但是，目前在學生工程訓練的過程中，管理環節薄弱，包括：溝通困難、信息散亂、過程管理缺少規范；人工處理、數據不分享、考核評價缺乏依據；歸檔困難、數據價值無法利用、優秀成果無法推廣等。從前期調研所掌握的情況來看，高校的工程訓練云資源庫還存在一些亟須解決的問題：

1.1 教學資源管理模式落后

現在很多高校的工程訓練中心沒有專門用于教學的信息化管理平臺，很多教學資源，如CAD 文檔管理、數控加工工藝資料及NC 代碼的管理等還停留在用紙質文檔手工保存階段，學生的課程設計、畢業設計、實踐材料等都還是紙制文檔，不同工種的加工圖紙等都保存在各自工種指導教師手中，沒有實現教學資源的集中管理，也沒有實現工種之間的加工工序聯動[4]。如果能利用自主架構的全校級的工程訓練智慧管理云平臺，將上述的教學資料進行統一管理，更有利于實訓教學的開展及教學計劃的制定。

1.2 實訓教學設備監管存在漏洞

工程訓練教學面向全校所有工科專業學生和部分理科專業學生，不同學科專業開設的工程訓練課程不同，訓練場所內的設備、儀器種類較多，這些設備從采購、入庫、出庫、更新、盤查清點均為人工方式，不僅工作量大、容易出錯，更重要的是不能對實訓服役的設備進行實時狀態跟蹤，由此也會帶來監管與維護不及時等問題，給管理者、使用者都帶來不便，也會給學校造成資產浪費和經濟損失[5-7]。此外，在對工程訓練中心的實訓設備長期監測的過程中，由于工程訓練的設備眾多，而且每臺設備上的流壓力傳感器、溫度傳感器和其他多個傳感器采集到的數據量相當龐大，而現有實訓設備監測系統的計算能力和存儲能力難以滿足要求。基于區塊鏈技術的云平臺作為一種新興的計算存儲方式，具有性能穩定、擴展性強、虛擬化和運行成本低等特點，其強大的計算和存儲能力也可以滿足海量數據處理與分析的要求[8-10]。

1.3 云資源庫覆蓋面不足

隨著實踐教學的不斷深化，高校中目前全部工科專業、大部分理科專業、少部分文科專業均開設了工程訓練課程。同一時間內，工程訓練中心的場所會有不同專業、不同實訓任務。不同學科專業開設的實訓工種和實訓時間不同，對實訓教學的課程安排、設備管理、場地協調等都提出了較高要求，單一的實訓教學管理模式已無法滿足實訓教學的需求，需要一個綜合性平臺，以實現實訓設備使用狀態實時監測顯示，最大化利用各實訓教學場地和儀器，避免出現實訓器材重復購置、空閑擱置、無人管理等問題。

2 基于區塊鏈技術進行工程訓練云資源庫建設的必要性

隨著區塊鏈技術、“互聯網+”、云計算及大數據技術越來越成熟，可以利用區塊鏈技術研究、探索工程訓練云資源庫建設，實現整個工程訓練中心實訓教學物資的分配、實訓服役設備的檢測、實習實訓學生與教師安全監管以及智能的實訓教學安排，逐漸提高工程訓練中心的管理效率和智能化水平。

2.1 實現傳統工程訓練教學與現代信息技術的融合

近年來，先進的數字化技術被逐漸引入云資源庫構建技術中，但未實現與傳統教學管理的融合。構建基于區塊鏈技術工程訓練云資源庫，改變機械設計、工程訓練等較為傳統的教學現狀，能夠把原來相互獨立的實驗實習串成一個相互聯系的有機整體。

2.2 營造仿真企業數字化設計與制造環境

利用現有的教學條件與實習設備，借助基于區塊鏈技術的工程訓練云資源庫，把一線車間的生產工作模式抽象成為更有利于教學的數字化應用平臺，使得整個實習實訓過程按照企業工作流程進行組織，學生在平臺上獲取實習任務，完成任務后，再通過平臺提交作業到數據管理服務器進行電子審核。通過營造仿真企業數字化設計與制造環境，讓學生切身體會并掌握企業真實的生產流程與現代化企業的管理模式[11-12]。

3 實現基于區塊鏈技術的云資源庫需要解決的關鍵問題

3.1 系統技術架構設計

在對一個系統進行開發之前，首先要對開發技術進行選擇，制定合適的技術方案，不僅能幫助開發者理清系統前后端邏輯，而且能大大提高開發效率，本系統中所選取的技術均是目前主流且較為穩定的開發技術[13-14]。系統的技術架構如圖1 所示。

圖1 系統技術架構

3.2 平臺業務功能優化

本方案引入區塊鏈技術，做到教師、物料、教學資源、學生以及前端設備多系統間的信息共享，使信息化水平達到一個很高的標準，使系統建設邁向智慧化、一體化、制度化、標準化、服務化，將平臺打造成聯合各方力量的智慧化信息場所。通過區塊鏈智能合約來解決管理效率低下問題，通過分布式賬本來解決教學質量與個人信息安全問題。為了保證數據安全可靠，需要對區塊鏈賬本信息進行備份，加強信息安全管理，優化后的業務功能架構如圖2 所示。

圖2 平臺功能架構

3.3 豐富工程訓練云資源庫內容

該管理平臺覆蓋工程訓練的所有工種，并且面向全校不同專業和學科的學生，針對不同的基礎學科有不同的管理方案。因為不同專業、不同學科的實踐教學有著不同的教學目的、教學標準，所以設計構建基于區塊鏈技術的工程訓練云資源庫，必須進行全盤考慮，有效地組織實訓教學，讓學生在實踐教學中體驗現代制造業的制造流程與工作模式。

3.4 實現云資源庫的全方位系統檢測功能

針對老舊實訓設備長時間服役而經常產生故障的問題，在智慧管理云平臺添加基于區塊鏈技術的實訓設備傳感器監測系統，實現監測數據自動化采集與低功耗、實時傳輸，以及低成本、實時動態的智能監測的新要求。面對實訓設備的各種損傷老化、安全隱患、人為使用不當等問題，不再采用傳統人工巡視排查方式，而設計了工業級智能機和巡檢App 軟件，實現無紙化、高效、便捷、全面的工程訓練中心安全智能巡檢，并利用無線傳輸網絡和地圖定位功能，滿足巡檢任務與信息實時更新的要求。

3.5 工程訓練云資源庫全面對接智慧校園管理系統

實現實訓教學與智慧校園管理系統對接和信息傳遞，如圖3 所示，可以實時查詢到設備、耗材、工具使用信息、設備運行狀態信息、各實訓工種課程安排信息等。同時，為各專業的實訓教學安排提供科學的分配方案，使各實訓室的硬件環境和設施設備能夠得到最合理的利用和科學的維護保養，進而保障師生實訓教學效果和人身安全。

圖3 工程訓練云資源庫示意圖

4 結語

構建完整的基于區塊鏈技術的工程訓練云資源庫，方便教師的教學、學生的學習，讓學生能夠在訓練期間，有條不紊地參與各種教學活動。

（1）傳統的工程訓練模式存在一定的問題，實訓的管理模式比較落后，教學實訓設備的監控也存在一定漏洞，另外，資源庫內容不夠豐富。

（2）建立基于區塊鏈技術的工程訓練云資源庫，不僅與現代信息技術融合在一起，還使得學生提前適應生產流程與現代化企業的管理模式。

（3）建立基于區塊鏈技術的工程訓練云資源庫，要科學研究計劃步驟，逐步解決技術問題，并根據實踐教學情況，優化整體構架，合理刪減業務板塊。