基于区块链技术的工程训练云资源库设计与思考

朱玉斌，郎超男，于如信

（江苏师范大学，江苏徐州 221116）

区块链技术在快速发展，已广泛应用于金融、支付、物联网、能源等领域[1-2]。同时，云计算技术作为新兴的互联网服务的使用和交付模式，常用于通过互联网来提供动态的、可扩展的虚拟化资源。工程训练作为人才培养计划及教学活动的重要环节，在教育改革中占据十分重要的地位。利用区块链技术建立的工程训练云资源库可以更好地帮助学生在实训过程中熟悉一线企业的数字化工作及工业制造环境，为企业培养能够迅速适应工作要求的应届毕业生。

1 传统工程训练模式存在的问题

目前大学生的专业水平与企业的用工需求有较大的差距，这也是教育部进行工程训练教学改革的重要原因，但是，进行改革需要将高校的工程训练实践教学支撑材料进行收集、汇总及分析。工程训练课程作为高校人才培养计划以及实践教学活动的一个重要环节，在整个教育改革中占据重要地位[3]。但是，目前在学生工程训练的过程中，管理环节薄弱，包括：沟通困难、信息散乱、过程管理缺少规范；人工处理、数据不分享、考核评价缺乏依据；归档困难、数据价值无法利用、优秀成果无法推广等。从前期调研所掌握的情况来看，高校的工程训练云资源库还存在一些亟须解决的问题：

1.1 教学资源管理模式落后

现在很多高校的工程训练中心没有专门用于教学的信息化管理平台，很多教学资源，如CAD 文档管理、数控加工工艺资料及NC 代码的管理等还停留在用纸质文档手工保存阶段，学生的课程设计、毕业设计、实践材料等都还是纸制文档，不同工种的加工图纸等都保存在各自工种指导教师手中，没有实现教学资源的集中管理，也没有实现工种之间的加工工序联动[4]。如果能利用自主架构的全校级的工程训练智慧管理云平台，将上述的教学资料进行统一管理，更有利于实训教学的开展及教学计划的制定。

1.2 实训教学设备监管存在漏洞

工程训练教学面向全校所有工科专业学生和部分理科专业学生，不同学科专业开设的工程训练课程不同，训练场所内的设备、仪器种类较多，这些设备从采购、入库、出库、更新、盘查清点均为人工方式，不仅工作量大、容易出错，更重要的是不能对实训服役的设备进行实时状态跟踪，由此也会带来监管与维护不及时等问题，给管理者、使用者都带来不便，也会给学校造成资产浪费和经济损失[5-7]。此外，在对工程训练中心的实训设备长期监测的过程中，由于工程训练的设备众多，而且每台设备上的流压力传感器、温度传感器和其他多个传感器采集到的数据量相当庞大，而现有实训设备监测系统的计算能力和存储能力难以满足要求。基于区块链技术的云平台作为一种新兴的计算存储方式，具有性能稳定、扩展性强、虚拟化和运行成本低等特点，其强大的计算和存储能力也可以满足海量数据处理与分析的要求[8-10]。

1.3 云资源库覆盖面不足

随着实践教学的不断深化，高校中目前全部工科专业、大部分理科专业、少部分文科专业均开设了工程训练课程。同一时间内，工程训练中心的场所会有不同专业、不同实训任务。不同学科专业开设的实训工种和实训时间不同，对实训教学的课程安排、设备管理、场地协调等都提出了较高要求，单一的实训教学管理模式已无法满足实训教学的需求，需要一个综合性平台，以实现实训设备使用状态实时监测显示，最大化利用各实训教学场地和仪器，避免出现实训器材重复购置、空闲搁置、无人管理等问题。

2 基于区块链技术进行工程训练云资源库建设的必要性

随着区块链技术、“互联网+”、云计算及大数据技术越来越成熟，可以利用区块链技术研究、探索工程训练云资源库建设，实现整个工程训练中心实训教学物资的分配、实训服役设备的检测、实习实训学生与教师安全监管以及智能的实训教学安排，逐渐提高工程训练中心的管理效率和智能化水平。

2.1 实现传统工程训练教学与现代信息技术的融合

近年来，先进的数字化技术被逐渐引入云资源库构建技术中，但未实现与传统教学管理的融合。构建基于区块链技术工程训练云资源库，改变机械设计、工程训练等较为传统的教学现状，能够把原来相互独立的实验实习串成一个相互联系的有机整体。

2.2 营造仿真企业数字化设计与制造环境

利用现有的教学条件与实习设备，借助基于区块链技术的工程训练云资源库，把一线车间的生产工作模式抽象成为更有利于教学的数字化应用平台，使得整个实习实训过程按照企业工作流程进行组织，学生在平台上获取实习任务，完成任务后，再通过平台提交作业到数据管理服务器进行电子审核。通过营造仿真企业数字化设计与制造环境，让学生切身体会并掌握企业真实的生产流程与现代化企业的管理模式[11-12]。

3 实现基于区块链技术的云资源库需要解决的关键问题

3.1 系统技术架构设计

在对一个系统进行开发之前，首先要对开发技术进行选择，制定合适的技术方案，不仅能帮助开发者理清系统前后端逻辑，而且能大大提高开发效率，本系统中所选取的技术均是目前主流且较为稳定的开发技术[13-14]。系统的技术架构如图1 所示。

图1 系统技术架构

3.2 平台业务功能优化

本方案引入区块链技术，做到教师、物料、教学资源、学生以及前端设备多系统间的信息共享，使信息化水平达到一个很高的标准，使系统建设迈向智慧化、一体化、制度化、标准化、服务化，将平台打造成联合各方力量的智慧化信息场所。通过区块链智能合约来解决管理效率低下问题，通过分布式账本来解决教学质量与个人信息安全问题。为了保证数据安全可靠，需要对区块链账本信息进行备份，加强信息安全管理，优化后的业务功能架构如图2 所示。

图2 平台功能架构

3.3 丰富工程训练云资源库内容

该管理平台覆盖工程训练的所有工种，并且面向全校不同专业和学科的学生，针对不同的基础学科有不同的管理方案。因为不同专业、不同学科的实践教学有着不同的教学目的、教学标准，所以设计构建基于区块链技术的工程训练云资源库，必须进行全盘考虑，有效地组织实训教学，让学生在实践教学中体验现代制造业的制造流程与工作模式。

3.4 实现云资源库的全方位系统检测功能

针对老旧实训设备长时间服役而经常产生故障的问题，在智慧管理云平台添加基于区块链技术的实训设备传感器监测系统，实现监测数据自动化采集与低功耗、实时传输，以及低成本、实时动态的智能监测的新要求。面对实训设备的各种损伤老化、安全隐患、人为使用不当等问题，不再采用传统人工巡视排查方式，而设计了工业级智能机和巡检App 软件，实现无纸化、高效、便捷、全面的工程训练中心安全智能巡检，并利用无线传输网络和地图定位功能，满足巡检任务与信息实时更新的要求。

3.5 工程训练云资源库全面对接智慧校园管理系统

实现实训教学与智慧校园管理系统对接和信息传递，如图3 所示，可以实时查询到设备、耗材、工具使用信息、设备运行状态信息、各实训工种课程安排信息等。同时，为各专业的实训教学安排提供科学的分配方案，使各实训室的硬件环境和设施设备能够得到最合理的利用和科学的维护保养，进而保障师生实训教学效果和人身安全。

图3 工程训练云资源库示意图

4 结语

构建完整的基于区块链技术的工程训练云资源库，方便教师的教学、学生的学习，让学生能够在训练期间，有条不紊地参与各种教学活动。

（1）传统的工程训练模式存在一定的问题，实训的管理模式比较落后，教学实训设备的监控也存在一定漏洞，另外，资源库内容不够丰富。

（2）建立基于区块链技术的工程训练云资源库，不仅与现代信息技术融合在一起，还使得学生提前适应生产流程与现代化企业的管理模式。

（3）建立基于区块链技术的工程训练云资源库，要科学研究计划步骤，逐步解决技术问题，并根据实践教学情况，优化整体构架，合理删减业务板块。