自動化背景下制藥設(shè)備課程教學(xué)改革初探

于文博 劉松暉

摘要：制藥生產(chǎn)自動化和信息化是發(fā)展的必然趨勢，原有制藥設(shè)備的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)逐漸無法滿足企業(yè)對制藥人才培養(yǎng)的需要，在這一背景下，我們對自動化控制方面的知識和技能的教學(xué)融入制藥設(shè)備課程進(jìn)行了探索，以發(fā)酵罐的控制為例開發(fā)了教學(xué)項目。

關(guān)鍵詞：制藥設(shè)備；自動化控制；教學(xué)項目；DSC組態(tài)

制藥設(shè)備課程是藥品生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)普遍開始的一門專業(yè)課程，這門課程技術(shù)實踐性強。課程的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握制藥設(shè)備的基本理論、基本知識和基本技能，熟悉常用制藥設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理，學(xué)會操作使用和維護常用的制藥設(shè)備，為學(xué)生日后進(jìn)入制藥企業(yè)實踐操作崗位打下堅實基礎(chǔ)。這門課程的性質(zhì)和目標(biāo)決定了課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)項目的設(shè)計要密切聯(lián)系制藥企業(yè)的生產(chǎn)實際，以滿足人才培養(yǎng)需求。本文擬討論在制藥行業(yè)自動化、信息化背景下，我們對制藥設(shè)備教學(xué)內(nèi)容的改革和教學(xué)設(shè)計所進(jìn)行的一些探索。

1.制藥企業(yè)對自動化人才的需求

隨著人類對藥物的需求增長和用工成本的增加，制藥公司正在不斷地尋找新的方法來提高生產(chǎn)率，制藥自動化設(shè)備和信息化（機器人）是其中最重要的方法。制藥企業(yè)正在加速自動化技術(shù)和信息技術(shù)的深度融合，對制造裝備和生產(chǎn)流程進(jìn)行技術(shù)改造。這一趨勢使得企業(yè)現(xiàn)在對有制藥設(shè)備自動化、信息化知識與技能的專業(yè)人才的需求不斷加強[1-2]。在我校舉行的藥品生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案論證會上，來自省內(nèi)多家大型制藥企業(yè)的專家都建議在制藥設(shè)備課程中增加自動化控制方面的教學(xué)內(nèi)容。但原有制藥設(shè)備課程的教學(xué)項目和課程資源并沒有涉及這部分內(nèi)容，這迫切需要我們設(shè)計新的教學(xué)項目滿足企業(yè)對人才培養(yǎng)的需求。

2.制藥設(shè)備課程中自動化內(nèi)容的教學(xué)現(xiàn)狀

目前無論是高職和本科制藥設(shè)備方面的教材都沒有涉及自動化控制方面的內(nèi)容。一般自動化控制方面的課程是機電一體化專業(yè)或自動化等專業(yè)開設(shè)的，但這些課程是適用于各個專業(yè)領(lǐng)域的通用型課程。在專業(yè)自動化控制的教學(xué)方面，化工領(lǐng)域開展的較為成熟，一般的化工專業(yè)都開始有《化工自動化》或《化工儀表與自動化》課程，我校精細(xì)化工專業(yè)開發(fā)了《化工生產(chǎn)工藝與DCS控制》課程較為系統(tǒng)的完成了化工自動化控制系統(tǒng)的教學(xué)。化工領(lǐng)域的自動化與制藥行業(yè)的自動化既有一定的聯(lián)系又有各有不同的側(cè)重。化工領(lǐng)域的自動化控制主要是采用的是DCS，而在制藥過程中第一階段原料藥的生產(chǎn)一般采用DCS控制，而在后面的制劑生產(chǎn)中主要是應(yīng)用PLC控制。

3.自動化控制教學(xué)項目的設(shè)計

校企合作是開發(fā)教學(xué)項目的必由之路。我們與制藥行業(yè)的龍頭進(jìn)行合作開發(fā)了基于制藥過程中典型自動化控制系統(tǒng)的教學(xué)項目，我們完成《制藥設(shè)備實務(wù)》課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂、確定教學(xué)內(nèi)容、收集教學(xué)素材、設(shè)計學(xué)做一體的教學(xué)項目、制定項目評價方案、編寫實訓(xùn)教材、制作信息化教學(xué)資源等方面的內(nèi)容。

制藥設(shè)備自動化控制方面的基礎(chǔ)內(nèi)容包括檢查儀表的使用與檢驗、控制系統(tǒng)的組成、DCS控制系統(tǒng)的組成與操作、PLC控制系統(tǒng)的組成與操作等內(nèi)容。我們通過對接企業(yè)自動化控制方面的專家，摸清在制藥生產(chǎn)的相關(guān)崗位最需要操作人員掌握的知識和基本技能。我們設(shè)計了“認(rèn)識液位控制系統(tǒng)”和“發(fā)酵罐D(zhuǎn)CS組態(tài)設(shè)計”兩個教學(xué)項目。

3.1“認(rèn)識液位控制系統(tǒng)”項目

自動化控制系統(tǒng)的組成、過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)、控制器的控制規(guī)律和參數(shù)整定是自動化控制所必須掌握的基礎(chǔ)知識，傳統(tǒng)的理論教學(xué)難以引起學(xué)生的興趣，我們設(shè)計了“認(rèn)識液位控制系統(tǒng)”這一教學(xué)項目，用這個項目來承擔(dān)自動化基礎(chǔ)知識的教學(xué)。

項目讓同學(xué)們從一個直觀的液位控制系統(tǒng)入手，讓學(xué)生比對液位的人工控制與液位的自動控制的不同點。教師進(jìn)一步講解自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成，并引導(dǎo)學(xué)生對液位控制系統(tǒng)的組成進(jìn)行分析，列出被控對象、測量變送器、控制器和執(zhí)行器。在此基礎(chǔ)上繪制自動控制系統(tǒng)的方框圖。

通過控制系統(tǒng)的操作，讓學(xué)生對最大偏差、衰減比、余差、過渡時間、振動周期等控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)有更加直觀的認(rèn)識。控制器的控制規(guī)律及原理是自動化基礎(chǔ)知識教學(xué)的又一個難點。在本項目的實施中學(xué)生通過為液位控系統(tǒng)系統(tǒng)的參數(shù)整定，會對控制過程和PID控制原理有一個更深入的理解。

3.2“發(fā)酵罐D(zhuǎn)CS組態(tài)設(shè)計”項目

DCS是生物制藥反應(yīng)設(shè)備中常用的控制系統(tǒng)，我們在前期發(fā)酵罐使用項目基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計了“發(fā)酵罐D(zhuǎn)CS組態(tài)設(shè)計”項目。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成以下7個方面的任務(wù)：

一、發(fā)酵罐工藝流程回顧與測點清單整理：回顧并進(jìn)一步深入理解課程前面已經(jīng)講述過的發(fā)酵罐工藝流程，在此過程中整理出需要引入到DCS中的測點，并確定各測點的信號類型、量程、報警要求等；二、發(fā)酵罐D(zhuǎn)CS系統(tǒng)整體配置：確定DCS中控制站、工程師站和操作員站的數(shù)量、地址、是否冗余等；三、I/O組態(tài)：根據(jù)第一步整理出的測點清單，選擇合適的I/O卡件，對個I/O點進(jìn)行組態(tài)；四、操作小組設(shè)置與數(shù)據(jù)的分組分區(qū)：確定系統(tǒng)分為幾個操作小組，各小組的權(quán)限；將測點進(jìn)行數(shù)據(jù)的分組分區(qū)，進(jìn)行光字牌組態(tài)，以便方便高效的處理報警數(shù)據(jù)；五、發(fā)酵罐控制方案及其DCS組態(tài)：分析、確定發(fā)酵罐各參數(shù)的控制方案，并在DCS中正確組態(tài)這些控制方案。六、發(fā)酵罐操作畫面組態(tài)：組態(tài)發(fā)酵罐工藝操作的總貌、分組、趨勢和流程圖畫面。七、發(fā)酵罐報表組態(tài)：組態(tài)發(fā)酵罐工藝操作的班報表。

制藥設(shè)備課程改革圍繞制藥企業(yè)對自動化控制反面的需求特點，運用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，與職業(yè)崗位需求對接，進(jìn)行的項目化教學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)理論實踐一體化教學(xué)。通過學(xué)做一體的教學(xué)項目的實施，使學(xué)生能初步掌握生物制藥相關(guān)的控制系統(tǒng)的基本知識和基礎(chǔ)操作，滿足制藥企業(yè)對專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求。這是校企合作開發(fā)特色課程的一次探索性的實踐，可以為開發(fā)高職工科類交叉學(xué)科課程提供一種可行的參考方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊文豪. 自動化、信息化背景下制藥設(shè)備精英小班的教學(xué)實踐[J]. 工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育， 2017（1）：39-41.

[2]陳良軍. 生物制藥廠EMS系統(tǒng)[J]. 自動化與儀器儀表， 2014（7）：141-142.

基金項目：本文系杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院2018年度教改課題“翻轉(zhuǎn)課堂”在制藥設(shè)備課程教學(xué)中的實踐”（課題編號：JG201816）的研究成果。