PAGE11《智能制造大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及應(yīng)用導(dǎo)論》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息1．課程名稱：智能制造大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及應(yīng)用導(dǎo)論2．總學(xué)時(shí)數(shù)：32 3．學(xué)分?jǐn)?shù)：2 4．先修課：概率統(tǒng)計(jì)與隨機(jī)過程、離散數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)5.授課語種：漢語，考試語種：漢語6．教材：胡文凱,丁敏,徐達(dá),安劍奇.智能制造大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及應(yīng)用導(dǎo)論.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2025.5.二、課程內(nèi)容簡介《智能制造大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及應(yīng)用導(dǎo)論》是自動(dòng)化專業(yè)主干課，主要介紹智能制造的大數(shù)據(jù)分析和建模方法。首先介紹智能制造大數(shù)據(jù)分析的基本概念、數(shù)據(jù)挖掘的基本流程，進(jìn)而從有指導(dǎo)、無指導(dǎo)、概率論三方面介紹具體的大數(shù)據(jù)分類技術(shù)和回歸建模技術(shù)，最后通過實(shí)際智能制造大數(shù)據(jù)案例加深對(duì)本課程的理解和認(rèn)識(shí)。本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生分析和運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)解決實(shí)際工業(yè)應(yīng)用問題的能力，為學(xué)生今后從事制造業(yè)數(shù)據(jù)分析相關(guān)工作奠定良好基礎(chǔ)。三、課程的地位、作用和教學(xué)目標(biāo)《智能制造大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及應(yīng)用導(dǎo)論》是自動(dòng)化專業(yè)的一門必修課和專業(yè)核心課，以《概率統(tǒng)計(jì)與隨機(jī)過程》、《離散數(shù)學(xué)》、《計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》先修理論課程為基礎(chǔ)，以智能制造數(shù)據(jù)分析應(yīng)用問題為出發(fā)點(diǎn)，是指導(dǎo)大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能制造工業(yè)應(yīng)用的理論結(jié)合實(shí)踐的重要課程，是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)工程應(yīng)用能力的重要一環(huán)，對(duì)于學(xué)生畢業(yè)后適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展和解決復(fù)雜工程問題起到重要支持作用。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)智能制造大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律方法有一定了解，系統(tǒng)理解回歸分析、分類分析、聚類分析和頻繁模式挖掘等的基本原理及其解決實(shí)際工業(yè)問題的方法，進(jìn)而掌握智能制造大數(shù)據(jù)的特征提取和模式發(fā)現(xiàn)方法，并結(jié)合實(shí)際智能制造案例進(jìn)行相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的深入理解，為學(xué)生今后從事制造業(yè)數(shù)據(jù)分析相關(guān)的工作奠定良好的基礎(chǔ)。本課程結(jié)合制造過程智能化發(fā)展趨勢(shì)，介紹大數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)理論和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用，能夠拓展學(xué)生的知識(shí)面，使學(xué)生知識(shí)體現(xiàn)緊隨行業(yè)發(fā)展，并培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，使學(xué)生能熟練運(yùn)用本課程中的理論技術(shù)，解決實(shí)際應(yīng)用問題。四、教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容具體內(nèi)容及要求學(xué)時(shí)智能制造大數(shù)據(jù)概述本講內(nèi)容主要包括工業(yè)制造過程基本概念、智能制造的發(fā)展與挑戰(zhàn)、智能制造大數(shù)據(jù)的生命周期、工業(yè)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與采集、智能制造大數(shù)據(jù)分析需求、大數(shù)據(jù)分析基本流程。本講內(nèi)容要求掌握工業(yè)制造過程的作用、概念與分類，掌握工業(yè)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生采集與分析流程，了解智能制造的發(fā)展與面對(duì)挑戰(zhàn)。2數(shù)據(jù)的基本知識(shí)本講內(nèi)容以制造業(yè)常見數(shù)據(jù)類型為對(duì)象，分別介紹數(shù)據(jù)的基本概念與數(shù)據(jù)屬性、工業(yè)數(shù)據(jù)的類型與特點(diǎn)（如數(shù)值數(shù)據(jù)、標(biāo)稱數(shù)據(jù)、序數(shù)、二元數(shù)據(jù)等）、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)描述及指標(biāo)（如中心趨勢(shì)度量、散布趨勢(shì)度量），數(shù)據(jù)的可視化表示等。同時(shí)，還將講解數(shù)據(jù)的相關(guān)性度量指標(biāo)及方法，包括距離度量、相似性度量、線性和非線性關(guān)聯(lián)度指標(biāo)、因果關(guān)系等。本講內(nèi)容要求理解智能制造中數(shù)據(jù)的屬性、特點(diǎn)、統(tǒng)計(jì)描述、數(shù)據(jù)距離和相似性度量方法，熟悉數(shù)據(jù)可視化表示方法，并能用于對(duì)工業(yè)過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)觀測(cè)和關(guān)聯(lián)分析。4數(shù)據(jù)預(yù)處理本講內(nèi)容首先介紹智能制造過程中常見的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，并異常為切入點(diǎn)，分別講解數(shù)據(jù)清洗（包括去噪、離群點(diǎn)檢測(cè)、缺失值處理、邏輯錯(cuò)誤處理等）、數(shù)據(jù)規(guī)約（包括維歸約、數(shù)量規(guī)約、采樣等）、數(shù)據(jù)變換（包括數(shù)據(jù)歸一化、函數(shù)變換、離散化等）。本講內(nèi)容要求認(rèn)識(shí)工業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，掌握數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)歸約、數(shù)據(jù)變換的主要內(nèi)容和常用方法。4頻繁模式挖掘本講內(nèi)容主要講解頻繁模式挖掘技術(shù)，首先介紹頻繁模式挖掘的基本概念，再分別講解頻繁項(xiàng)集挖掘（包括Apriori算法和FP-Growth算法）、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、模式壓縮、模式評(píng)估等方法，最后以工業(yè)報(bào)警泛濫序列模式挖掘作為實(shí)例，介紹頻繁模式挖掘的工業(yè)應(yīng)用。本講內(nèi)容要求掌握頻繁模式挖掘的基本概念，以及頻繁項(xiàng)集挖掘、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的基本方法，能夠進(jìn)行模式壓縮和合理評(píng)估。4聚類分析本講內(nèi)容主要講解聚類分析技術(shù)，首先介紹聚類分析的基本概念，再分別講解劃分聚類（如K均值）、層次聚類（如AGNES）、基于密度的聚類（如DBSCAN）、聚類性能評(píng)估等方法，最后以引入工況識(shí)別等工業(yè)實(shí)例，介紹聚類分析的工業(yè)應(yīng)用。本講內(nèi)容要求掌握三類聚類分析的基本原理和方法，能對(duì)聚類方法進(jìn)行性能評(píng)估和比較。5分類分析本講內(nèi)容主要講解分類分析技術(shù)，首先介紹分類分析的基本概念，再分別講解決策樹、貝葉斯分類、支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模型評(píng)估與選擇、分類性能提升技術(shù)等方法，最后以引入故障診斷等工業(yè)實(shí)例，介紹分類分析的工業(yè)應(yīng)用。本講內(nèi)容要求掌握分類分析的基本原理和方法，知道如何評(píng)估和選擇模型，能采用提升技術(shù)改善分類效果。5回歸分析本講內(nèi)容主要講解回歸分析技術(shù)，首先介紹回歸分析的基本概念，再分別講解最小二乘回歸、嶺回歸、套索回歸、主元回歸、偏最小二乘、模型的評(píng)價(jià)與選擇等方法，最后以引入軟測(cè)量建模等工業(yè)實(shí)例，介紹分類分析的工業(yè)應(yīng)用。本講內(nèi)容要求掌握回歸分析的基本原理和方法，能夠根據(jù)實(shí)際工業(yè)問題的特點(diǎn)選擇和合適的模型。4應(yīng)用案例及展望本講內(nèi)容結(jié)合智能制造大數(shù)據(jù)的應(yīng)用案例，了解如鋼鐵智能制造大數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況，從對(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求，大數(shù)據(jù)的來源與特點(diǎn)，在相應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)景中的應(yīng)用方案及應(yīng)用實(shí)例，最后過渡到大數(shù)據(jù)的應(yīng)用過程中面臨的挑戰(zhàn)及展望。本講內(nèi)容要求掌握智能制造大數(shù)據(jù)的應(yīng)用方式，能分析具體案例中的功能需求、數(shù)據(jù)特點(diǎn)、問題特征，并利用相關(guān)分析技術(shù)進(jìn)行處理。4五、教學(xué)進(jìn)度序號(hào)內(nèi)容學(xué)時(shí)教學(xué)方式1智能制造大數(shù)據(jù)概述：包括制造業(yè)大數(shù)據(jù)的定義、特征、分類，智能制造大數(shù)據(jù)的描述，智能制造大數(shù)據(jù)的生命周期。2講授加討論2數(shù)據(jù)的基本知識(shí)：數(shù)據(jù)的基本概念與數(shù)據(jù)屬性、工業(yè)數(shù)據(jù)的類型與特點(diǎn)、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)描述及指標(biāo)、數(shù)據(jù)的可視化表示。數(shù)據(jù)相關(guān)性度量：距離度量和相似性度量，線性和非線性關(guān)聯(lián)度指標(biāo)，以及因果關(guān)系分析。4講授3數(shù)據(jù)預(yù)處理：智能制造過程中常見的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)規(guī)約和數(shù)據(jù)變換技術(shù)。4講授4頻繁模式挖掘：頻繁模式挖掘的基本概念，頻繁項(xiàng)集挖掘、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、模式壓縮、模式評(píng)估等方法，工業(yè)報(bào)警泛濫序列模式挖掘?qū)嵗?講授5聚類分析：聚類分析的基本概念，劃分聚類方法（如K均值），層次聚類方法（如AGNES），基于密度的聚類方法（如DBSCAN），聚類性能評(píng)估。5講授6分類分析：分類分析的基本概念，決策樹、貝葉斯分類、支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等原理，模型評(píng)估與選擇，分類性能提升技術(shù)。5講授7回歸分析：回歸分析的基本概念，最小二乘回歸、嶺回歸、套索回歸、主元回歸、偏最小二乘等方法，回歸分析模型的評(píng)價(jià)與選擇方法。4講授8智能制造大數(shù)據(jù)的應(yīng)用案例及大數(shù)據(jù)技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)及展望：結(jié)合智能制造大數(shù)據(jù)的應(yīng)用案例，了解如鋼鐵智能制造大數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況，從對(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求，大數(shù)據(jù)的來源與特點(diǎn)，在相應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)景中的應(yīng)用方案及應(yīng)用實(shí)例，最后過渡到大數(shù)據(jù)的應(yīng)用過程中面臨的挑戰(zhàn)及展望。4講授加討論六、課程目標(biāo)達(dá)成途徑與措施（一）教學(xué)方法本課程的教學(xué)過程中將采用課堂講授、案例分析和分組討論等教學(xué)方法，實(shí)施課內(nèi)和課外相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，既傳授基本理論知識(shí)，又啟發(fā)學(xué)生針對(duì)問題思考，具有啟發(fā)性和研究性。同時(shí)，結(jié)合智能制造發(fā)展史、人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用背景，開展討論和翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展前沿。主要的教學(xué)環(huán)節(jié)包括課堂授課、課后作業(yè)、課程論文/課程項(xiàng)目、課堂測(cè)驗(yàn)和實(shí)踐等多種方式共同實(shí)施，保證學(xué)生能以多種方式接受并鞏固所學(xué)知識(shí)，切實(shí)領(lǐng)會(huì)智能制造的基本概念，掌握智能制造大數(shù)據(jù)的分析方法。在本課程的教學(xué)與學(xué)習(xí)的過程中，主要講授大數(shù)據(jù)的基本理論與技術(shù)，課程內(nèi)容多、理論性和實(shí)踐性強(qiáng)、要求學(xué)生具有扎實(shí)的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、離散數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等知識(shí)基礎(chǔ)，是自動(dòng)化專業(yè)中綜合性、實(shí)踐性相對(duì)較大的課程。為此，課程教學(xué)采用課堂講授、實(shí)踐教學(xué)（單獨(dú)設(shè)課）、課堂討論、課后作業(yè)等形式。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的講授要求結(jié)合相關(guān)問題的提出、概念的來源及其在工程中的應(yīng)用等予以介紹，使學(xué)生建立理論源于實(shí)際、是對(duì)實(shí)際問題的抽象并最終用于實(shí)際的思想認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生將實(shí)際工程中的控制問題轉(zhuǎn)換為理論模型、并基于模型進(jìn)行被控對(duì)象特性分析和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。除實(shí)例引導(dǎo)外，課堂教學(xué)中還要求加入基于仿真工具（如MATLAB）的大數(shù)據(jù)分析的模擬演示，以吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)理論概念的理解及方法的掌握，促進(jìn)課程目標(biāo)的達(dá)成，進(jìn)而支撐相關(guān)畢業(yè)要求的達(dá)成。在課堂討論環(huán)節(jié)，討論話題要求結(jié)合教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)和難點(diǎn)、學(xué)生作業(yè)中的易錯(cuò)題、仿真設(shè)計(jì)類題目設(shè)計(jì)，并引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料、互相討論等方式逐步尋求問題答案，倡導(dǎo)一題多答，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)。（二）作業(yè)的基本要求作業(yè)要按照知識(shí)點(diǎn)和能力