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1、课题工业大数据技术和云计算技术课时2课时(90min)教学目标知识目标：(1)认识工业大数据的来源和特征(2)熟悉工业大孀的关键技术和应用(3)了解云计算技术的概念、特点、架构(4)熟悉云计算技术的关键技术和应用技能目标：能总结出工业大数据和云计算的关键技术素质目标：发扬刻苦钻研、脚踏实地的精神教学重难点教学重点：工业大数据和云计算技术的关键技术教学难点：云计算技术的架构教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，观看有关“智能吉利2025”战
2、略的信息，了解汽车智能制造信息技术相关的知识,思考广什么是汽车智能制造信息技术？:并让学生在学习平台上留言讨论2021年11月吉利汽车集团(以下简称吉利)正式发布智能吊IJ2O25h战略。为保障战略全面落地实施，吉利将构建国际化研发体系，打造10个国际一流的重点实验室，加速信息技术成果转化落地，向智能时怫型。【学生】登录学习平台观看案例，思考并留言讨论考勤【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到问题导入【教师】讲述“智能吉利2025”战略，并随机邀请学生回答以下问SS近年来，随着大数据的迅猛发展，数据量的暴涨成了汽车制造业面对的严峻挑战和宝贵机遇。于是，随着工业加工技术的进步和现代化
3、管理理念的普及，车企的运营越来越依赖工业大数据技术。那么工业大数据包括哪些数据？具备什么样的特征？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，导入本节课课题：工业大数据技术和云计算技术传授新知【教师】讲解工业大数据的概念、关健技术、特征和应用学习情境一工业大数据技术一、工业大数据概述1.工业大球的来源车企需要管理的数据量巨大，其主要来源于产品数据、运营数据、价值链数据和外部效据。1）产品数据产品辘包括设计、建模、加工、测试、维护、零部件配置和变更记录等产生的雌。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：除了上述所说的设计、建模、加工、测试、维护、零部件配置和变更记录数据之外，还有哪些产
4、品数据？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解2 ）运营数据运营雌包括组织结构、业务管理、生产设备、市场营销、质量控制、生产管理、采购管理、库存管理、目标计划和电子商务等数据。3 ）价值链数据价值链班包括用户信息、供应商信息和合作伙伴信息等雌。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：什么叫姬介值链？它强调的是生产过程的哪些因素？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解4）外部数据外艘据包括经济运行数据、行抽据、市场数据和竞争对手数据等。【教师】扩展讲解工业大数据的另一种分类工业大数据主要来源还可分为以下三类：第一类是生产经营相关业务数据，第二类是设备物联数据
5、，第三类是外部唾，【学生】聆听、理解、记忆4 .工业大数据的特征工业大数据除具有一般大数据体量大、多样性、快速性和价值密度低的特征外，还具有时序性、关联性、准确性等特征。I）体量大工业大孀的体量I;啜大,由于大量机器设备的高频娄据和互联网数据的持续涌入，大型企业的工业数据量可达5JPB数量级甚至EB数量级。【教师】扩展讲解PB和EB的含义PB和EB都是较高级的存储单位。其中,PB是指PetaByte,IPB=1024TB;EB是指ExaByte,1EB=1024PBe【学生】聆听、理解、记忆2）多样性多样性旨工业大雌类型的多样性和来源广泛性。工业大数据广泛分布于机器设备、工业产品、管理系统和互
6、联网等，并且结构复杂，既有结构化和半结构化的传感触，也有非结构化健。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：什么是结构化娄据和半结构化辘？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行由解结构化数据是由二维表结构来表达逻辑和实现的数据，它严格地遵循数据格式与长度规范，主要通过关系型数据库进行存储和管理，常用于机器学习并驱动算法。半结构化数据是结构化数据的一种形式，虽然它不符合关系型数据库或其他数据表的数据结构，但它包含相关标记，可用来分隔语义及对字段进行分层。（详见教材）3）快速性快速性指工业大数据的获得和处理的速度快。工业大数据处理速度的需求多样，例如，生产现场要求数据的处理分析时
7、间达到毫秒级。管理与决策应用则需要数据支持交互式分析或批量分析，时间要达到微秒级。4）价值密度低工业大数据的价值密度相对较低，且其价值密度与数据规模呈反比例关系，即数据的规模越大，价值密度越低。而工业大数据最大的价值则在于从大量低价值密度的数据中挖掘出对分析和预测等有价值的信息。5）时序性工业大数据具有较强的时序性，即数据是按时间顺序记录的，如订单、设备的状态数据等。6）关联性工业大数据的关联性体现在两个方面。一方面是汽车全生命周期同一阶段的数据具有强关联性，如产品零部件组成、设备状态、设备维修情况等；另一方面是汽车全生命周期中的研发、设计、生产和服务等不同环节的数据之间需要进行关联。7）准确
8、性准确性主要指工业大数据的真实性、完整性和可靠性。企业关注孀质量,也关注数据处理和分析的技术及方法的可靠性。只有这样，企业才能进行正确的市场分析、合理的产品设计和及时的设备故障诊断等。【教师】扩展讲解闭环性工业大数据的特征还包括闭环性，包括产品全生命周期横向过程中数据链条的封闭和关联，以及智能制造纵向数据采集和处理过程中，需要支撑状态感知、分析、反馈、控制等闭环场景下的动态持续调整和优化。【学生】聆听、理解、记忆二、工业大数据的关键技术1 .工业大采集技术数据是从传感器、网络社交或论坛等渠道获得的信息.工业大数据采集技术是指通过传感体系、网络通信体系、智能识别体系及软硬件资源接入系统，实现对结
9、构化、半结构化和非结构化的海量数据的智能化识别、跟踪、接入、传输、监控、初步处理和管理等。【教师】播放“工业大数据的采集技术“视频（详见教材），让学生学习工业大数据采集技术的相关知识2 .工业大数据预处理技术采集完大量数据后，需要对多种结构的数据进行分类，将一些复杂的数据转化为单一的数据类型，并过滤掉错误及无用的数据。这种在正式的数据处理之前对数据进行的一些处理称为工业大数据预处理技术。工业大数据预处理技术可以提高数据挖掘的质量，降低实际挖掘所需要的时间。大数据预处理有多种方法，分别为数据清理、数据集成、数据变换、和数据归约。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：大数据预处理方法中数据
10、归约是什么含义？举例说明。【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解3 .工业大糠存储技术工业大数据存储技术可为海量数据建立相应的数据库并随时管理和调用其中数据.相应的健库包括键值数据库、列耀掂库、图存球库及文档触库等，它们可以解决海量图文城的存储及应用问题。4 .工业大数据分析技术工业大雌分析技术可对规模巨大的城进行分析,主要包括以下内容。I）可视化分析不管对于您分析专家还是普通用户，可视化分析都是雌分析工具最基本的功能。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：在可视化分析技术中有同学们常见的VR/AR等计算机图形图像处理，那么可视化分析对分析有什么帮助呢？【学生】聆听、思
11、考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解2）数据挖掘数据挖掘剧旨从大量的、不完整的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道但又是潜在有用的信息和知识的过程。3）预测性分析预测性分析是指根据可视化分析和叫挖掘的结果做出一些预测性判断，从而指导业务决策。4）语义引擎语义引擎是指分析语义中隐含的消息，并主动地提取信息。三、工业大数据技术在汽车智能制造中的应用工业大糠技术的创新和发展，使企业管理者和生产参与者可以对数据进行全面感知、收集、分析和共享，并发现看待产业链的全新视角。因此，工业大雌技术在汽车智能制造中有十分重要的应用。【教师】播放“工业大数据在汽车制造中的应用
12、“视频（详见教材），帮组学生了解工业大数据采集技术的相关知识1 .企业优化ZDlkX嘘的核心作用在于它可以提升企业的运行效率。例如，在价值链方面，IDIk大雌及其相关技术可以帮助企业扁平化运行，加快信息在汽车生产制造过程中的流动。在制造模式方面,工业大幡技术可以帮助企业实现制造模式的改变，形成新的商业模式,如自动化生产、个性化制造、网络化协调及服务臊型等。2 .智能生产在智能制造体系中，生产设备都将配备传感器抓取生产数据，进行实时监控。同时，这些生产数据会传递至控制中心，经云计算技术存储和分析后，形成决策反馈至生产设备，以指导生产。这样可使工厂升级为可管理和自适应调整的智能网络，使工业控制和菅
13、理最优化，使生产过程能够高效地进行。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：在工业智能化生产的背景下,工业大幡有哪些应用价值？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解3 .自动诊断在过去，；气车制造设备的自然磨损或故障会使新造出的汽车品质发生一定的变化。现在由于信息技术、物联网技术的发展，生产线可以通过传感技术实时获取大雌，了解设备出现什么故障、哪里需要更换配件等，并及时进行处理，以保证汽车品质，实现工厂高效运行。4 .降低能耗从生产能耗角度看，在汽车的制造过程中，利用传感器雌所有的生产过程，能够发现能耗的异常或峰值情况，并通过数据分析，不断实时优化能源消耗。5 .大规模定
14、制想要满足消费者个性化需求，就需要通过互联网获取消费者的个性化定制需求。由于消费者数量大，且每个人需求不同，再加上需求不断变化，就构成了定制需求数据。当这些数据达到一定的数量级，就可以实现工业大数据技术的应用，包括数据的采集和管理、智能化制造、平台定制等.通过对工业大数据的挖掘，还可以实现市场预测、精准匹配、营销推送等。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：在实现大规模定制时，庞大的数据量会产生哪些问题？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解6 .降低捧对汽车需求数据进行分析，将带来仓储、配送、销售效率的大幅度提升与成本的大幅下降，并将极大地减少库存，优化供应链。同时，
15、利用销售数据、汽车的传感数据和供应商数据库等工业大数据，车企可以精准预测全球不同市场的需求，关注库存变化和销售价格，从而节约大量成本。【学生】聆听、理解、记忆【教师】讲解云计算技术的概念、关键技术、特征和应用学习情境二云计算技术一、云计算概述云计算中的云是指一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器和宽带资源等。云计算可将所有的虚拟计算资源集中起来，采用动态的、可扩展的、虚拟化的方式处理这些资源并进行计算，然后将结果反馈给用户，它具有强大的存储能力和分部计算能力。【教师】犷展讲解云计算技术中“云”的相关知识云作为云计算技术中非常重要的一部分，按部
16、署方式的不同可分为公有云、私有云和混合云.公有云是向所有人提供服务的云，一般可通过互联网使用，可能是免费或成本低廉的,其核心属性就是共享资源。私有云是针对特定客户群提供服务的云，能对数据的安全性和服务质量进行有效控制，可部署在企业数据中心的防火墙内，也可以部署在一个安全的主机托管场所，其核心属性是专有资源。混合云融合了公有云和私有云，是近年来云计算的主要模式和发展方向。这是因为出于安全考虑，企业更愿意将数据存放在私有云中，但是同时它们又希望可以获得公有云的计算资源，在这种情况下混合云被越来越多地采用。【学生】聆听、理解、记忆二、云计算的关键技术1 .分布式计算技术分布式计算技术可以将一个需要巨
17、大计算能力并耗费很长时间才能解决的问题分成很多小部分，然后将这些小部分分配给许多计算机进行处理，最后再将这些计算结果综合起来得到最终结果，这样可节约大量时间，大大提高计算效率。2 .分根存储技术分布式存储技术是一种新型存储技术，它将数据分散地存储在不同节点中，再建立各个节点之间的关系，这样可节约大量时间，提高数据存储效率。同时，这种技术的成本低，具有明显的经济优势。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：分布式存储技术,是将雌分散存储在一台设备还是多台设备上？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解3 .并行计算技术并行计算技术是一种高效的数据计算技术，能够同时执行多条命令
18、，既提高了计算速度，又提升了数据处理效率。在云计算中，分布式计算技术和分布式存储技术提高了数据处理速度，为并行计算技术提供了条件。4 .热备份冗余技术热备份冗余技术指由多个服务器并行运行，互为备份,当主服务器出现故障时，可以用备份服务器承知艮务，从而在不需要人工干预的情况下，自动保证系统能持续提供服务.此外，在热备份冗余技术的支持下，故障部件的维护也不会影响整个系统功能的实现。三、云计算技术的特点1 .计算能力强云计算技术应搭载在规模超大的服务器集群上。目前,著名的云计算公司已拥有几十万台甚至几百万台服务器。企业私有云一般拥有数百上千台服务器。云计算技术赋予了用户前所未有的计算能力。2 .虚拟
19、化云计算技术支持用户在任意位置使用各种终端获取应用服务,这些应用服务来自云，而不是固定的有形实体，用户无须了解应用服务运行的具体位置。3 .可靠性高云计算技术使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算技术比使用本地计算机可靠。4 .通用性好云计算技术不针对特定的应用，它在云的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个云可以同时支撑不同的应用运行。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：云计算技术支持开发人员和企业用户同时运行吗？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进彳/并解5 .扩展性高“云”的规模可以动态伸缩，能茜足应用和用户规模增长的需求。6
20、 .按需服务云”是一个庞大的资源池,可按需购买,可以像水、电、煤气力解计费。7 .成本低廉由于云计算技术的特殊容错措施可以采用极其廉价的节点来实现，其自动化集中式管理可使大量企业无须负担日益高昂的数据中心管理费用，其通用性也使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此，用户可以充分享受其低成本优势，通常只要花费几百元、几天时间就能得到之前需要数万元、数月时间才能得到的服务.8 .有潜在的危险性云计算技术除了提供计算服务外,还提供存储服务。但是云计算服务当前多数垄断在私人机构中，虽然云计算中的数据对于球所有者以外的其他用户而言是保密的，但是对于提供云计算的机构而言，却是毫无秘密可言，而它们仅仅能够提
21、供商业信用，因此企业选择云计算服务时应保持足够的警惕。【教师】扩展讲解有关云计算技术的应用现状云”具有相当的规模。云计算依靠分布式的服务器所构建起来的云”能够为使用者提供前所未有的计算能力，处理海量信息数据。据不完全统计，G。Ogie云计算、亚马逊、IBM、微软和YahOO等公司的云均已经拥上百万台服务器；国内阿里云、华为云和腾讯云服务器也达到百万台，这一数据还在不断的上涨。【学生】聆听、理解、记忆四、云计算技术的架构云计算技术的架构分为云服务层和云管理层两大部分。1 .云服务层云服务层可对大数据进行挖掘、分析和运行，通过服务窗口与使用者进行交互，将得出的结果可视化，即将可见的数据技术和服务展
22、示给用户。云服务层是云计算技术的核心，可分为三个子层：基础即服务层、平台即服务层、软件即服务层。2 ）基础即服务层基础即服务（IaaS）层可提供基础硬件设施部署服务,即根据用户需求提供计算量和网络资源，同时也可为平台即服务层和软件即服务层提供基础支撑。基础硬件通常为服务器组成的数据中心。2）平台即服务层平台即服务（PaaS）层可提供服务管理和应用程序的部署平台，其主要面向开发者和程序员.例如，开发者只需要上传程序的源代码，通过PaaS层的软件工具和开发语言使程序运行，而不需要关注硬件的管理及维护等问题。3）软件即服务层软件即服务（SaaS）层可提供其有特定商业功能的软件服务，即平台供应商将应用
23、软件统一部署在自己的服务器上，用户可以根据实际需求，通过互联网向供应商订购所需的应用软件服务。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：上述三个云服务层的子层有什么样的关系？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解从用户角度而言，这三层服务之间是相互独立的，因为它们提供的服务是完全不同的，而且面对的用户也不尽相同。但从技术角度而言，这三层服务之间有一定的依赖关系.（详见教材）3 .云管理层云管理层是云服务层的基础，可提供多种管理和维护方面的功能I口技术，有效地菅理整个云计算中心，确保其能够安全、稳定地运行.云管理层的架构如图2-5所示（详见教材）。【教师】播放“简单了解云层管
24、理”视频（详见教材），帮组学生了解云管理层的相关知识1 ）用户层用户层主要面向使用云的用户，并通过多种功能来更好地为用户服务。用户层共包含四个模块，分别为用户管理、用户支持、服务管理和计费管理。各模块的具体功能如表2-1所示（详见教材）。2 ）机制层机制层主要提供各种用于管理云的机制。通过这些机制，能让云计算中心内部的管理更自动化、更安全和更环保。机制层包括运维管理、资源管理、安全管理和容灾支持四个模块。各模块的具体功能如表2-2所示（详见教材）.【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：云的运行是否出色往往取决于运维系统的哪些因素?【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解3
25、)检测层检测层主要监控云计算中心的方方面面,并采集相关数据，以供用户层和机制层使用，主要涉及以下三个层面。(1)物理资源层面：主要监控物理资源的运行状况，如CPU使用率、内存利用率和网络宽带利用率等。(2)虚拟资源层面：主要监控虚拟机的CPU使用率和内存利用率等。(3)应用层面：主要记录应用每次请求的响应时间和传送数据的数量，判断它们是否满足预先设定的级别.五、云计算技术在汽车智能制造中的应用I.数据存储云计算技术能给车企提供分散、分步、分时、分区域的健存储方式,并在汽车的整个生产周期中对唾进行整体管理、灵活调用。同时，它还能为智能制造提供查询、实时监管、仿真、演染、量级归档等服务。2 .企业
26、管理云计算技术可为车企建立完善的数据体系和信息共享机制，从而提升管理的信息化与自动化程度，实现经营菅理的优化。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：与传统的企业管理相比，基于云计算技术的企业管理有哪些优势？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进彳五并解3 .信息交流云计算技术可以灵活多样的形式建立在线交流平台，各车企、用户、专家可在此平台上进行知识收集、经验分享、专业咨询和权蝴导。此外，在线交流平台还可向车企推送消息，使车企随时随地了解最新的行业政策，知晓国内外的行业动向。同时车企也可在该平台上发布相关信息实现品牌推广。4 .汽车研发云计算技术能通过聚合顶端的设计资源和设计人
27、才，来实现汽车设计、仿真验证、快速成形的研发过程，并从技术角度实现计算机辅助设计、计算机辅助工程等先进设计工具与制造的有机融合。云计算技术也可为车企提升研发水平和市场竞争力提供支持。【学生】聆听、理解、记忆【教师】讲解材料，并让学生根据问题填写答案探索活动汽车整车企业基本都是集团管控,相对是缺乏大数据支撑的。现在想真正把集团管控做深做透，一定要基于大数据，在把各项业务的经营目标、业务目标、管理目标、产品目标具体地量化后，才能够根据这个目标进行控制，所以我们要让大雌技术充分融合到各项业务过程中。请思考在汽车企业的各项业务中如何充分应用大数据。【学生】聆听、思考、写作【教师】随机邀请学生，让其展示答案，并阐述理由【学生】阐述、聆听课堂小结【教师】简要总结本节课的要点(1)ZDIk大嵋的来源、特征、关键技术和应用(2)云计算技术的概念、特点、架构、关然支术和应用【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业概述云计算技术在汽车智能制造方面的应用。【学生】完成课后任务教学反思
