以卓越工程師為目標(biāo)的DCS原理及應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

薛秀莉

摘 ?要 依據(jù)儀表自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的要求，結(jié)合DCS原理及應(yīng)用課程的特點(diǎn)，依托可用的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，對本課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核評價(jià)等進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)踐。實(shí)踐結(jié)果表明，本課程的教學(xué)符合卓越工程師培養(yǎng)的要求，提高了學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞 卓越工程師;DCS原理及應(yīng)用;精細(xì)化校企合作模式;儀表自動(dòng)化專業(yè);工程應(yīng)用能力;VR實(shí)訓(xùn)室;項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

中圖分類號：G642.4 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號：1671-489X（2020）11-0126-02

1 引言

教育部2010年啟動(dòng)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量、各類型工程技術(shù)人才，其核心在于強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)踐能力[1]。北京石油化工學(xué)院作為教育部批準(zhǔn)的首批試點(diǎn)院校之一，與燕山石化深度合作，開啟了精細(xì)化校企合作模式，包括校企共建教學(xué)條件，校企共建課程體系等。儀表自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)系列課程設(shè)計(jì)，重在突出工程能力素質(zhì)培養(yǎng)及實(shí)踐教學(xué)，將校內(nèi)理論教學(xué)和企業(yè)實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合。企業(yè)實(shí)踐教學(xué)部分圍繞燕山石化仿真訓(xùn)練裝置[2]，開展工藝技術(shù)、檢測儀表、DCS原理及應(yīng)用、現(xiàn)場安全等相關(guān)內(nèi)容的培訓(xùn)。

DCS系統(tǒng)自20世紀(jì)70年代問世以來，已成為自動(dòng)控制領(lǐng)域的主流，在過程控制領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，DCS原理及應(yīng)用技術(shù)是自控工程師的必備技能。依據(jù)卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合在校大學(xué)生的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備情況，對課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，重在培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。本文圍繞課程內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法運(yùn)用、培訓(xùn)考核評價(jià)等內(nèi)容，介紹本課程培訓(xùn)教學(xué)中的探索與實(shí)踐。

2 課程內(nèi)容優(yōu)化

DCS原理及應(yīng)用課程主要講授DCS系統(tǒng)的架構(gòu)、組態(tài)及維護(hù)等知識(shí)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。近年來，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)越來越多地在國內(nèi)外大型石化裝置上得到應(yīng)用[3]。本課程結(jié)合浙江中控ECS-700系統(tǒng)，介紹DCS系統(tǒng)架構(gòu)、工程項(xiàng)目組態(tài)以及控制系統(tǒng)維護(hù)等知識(shí)。課程設(shè)計(jì)以提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力為目標(biāo)，以工程項(xiàng)目實(shí)例為載體，以工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程為主線，將知識(shí)點(diǎn)融入工程項(xiàng)目組態(tài)的各個(gè)環(huán)節(jié)，將過程控制理論應(yīng)用到工程實(shí)踐中。課程內(nèi)容分為三個(gè)模塊。

模塊一：基礎(chǔ)知識(shí)模塊。本模塊介紹DCS的特點(diǎn)、構(gòu)成、發(fā)展趨勢以及ECS-700的系統(tǒng)架構(gòu)等基礎(chǔ)知識(shí)。

模塊二：系統(tǒng)組態(tài)模塊。本模塊結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生按照工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程（詳細(xì)內(nèi)容見圖1），應(yīng)用ECS-700組態(tài)軟件逐步完成工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、組態(tài)項(xiàng)目建立、控制站組態(tài)（包括硬件配置、位號表、典型控制方案組態(tài)等）及操作域組態(tài)（包括總貌畫面、分組畫面、歷史趨勢、流程圖等）。

模塊三：系統(tǒng)操作及維護(hù)模塊。利用模塊二中完成的組態(tài)項(xiàng)目，熟悉ECS-700系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，學(xué)習(xí)DCS系統(tǒng)的維護(hù)、常見故障現(xiàn)象及處理方法。

3 教學(xué)方法應(yīng)用

經(jīng)過幾年的探索，本課程在教學(xué)方法和教學(xué)模式方面進(jìn)行了改進(jìn)，將情景體驗(yàn)式教學(xué)法、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、案例教學(xué)法等應(yīng)用到教學(xué)中。同時(shí)，綜合運(yùn)用VR平臺(tái)、DCS實(shí)訓(xùn)設(shè)備、仿真控制器等教學(xué)資源，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合。通過一周的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)CS的架構(gòu)、應(yīng)用及維護(hù)建立起系統(tǒng)的認(rèn)知。

VR體驗(yàn)式教學(xué) ?由于在校大學(xué)生缺乏工作實(shí)踐，對DCS系統(tǒng)的構(gòu)成缺乏認(rèn)知，而裝置上運(yùn)行的DCS系統(tǒng)又不能滿足學(xué)員動(dòng)手的實(shí)際需要，導(dǎo)致授課效果不佳。2019年初，筆者所在單位VR實(shí)訓(xùn)室的建成并投入使用解決了這一難題。應(yīng)用VR實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，學(xué)員可以相對真實(shí)地體驗(yàn)控制室的布局、控制柜的構(gòu)成，能夠進(jìn)行控制器單元的認(rèn)知、各類卡件的認(rèn)知及拆裝等。通過講授結(jié)合VR體驗(yàn)式教學(xué)的方式，學(xué)員對DCS系統(tǒng)架構(gòu)的理解更加直觀、深刻。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué) ?在模塊二的教學(xué)中引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，將DCS組態(tài)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)到實(shí)際的工程項(xiàng)目案例中，淡化理論和實(shí)踐的界限[4]，給學(xué)生提供自己分析問題、解決問題的機(jī)會(huì)，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。在教學(xué)過程中將整個(gè)工程項(xiàng)目的組態(tài)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，形成多個(gè)任務(wù)（如表1所示），將理論教學(xué)融入學(xué)生的實(shí)踐中。學(xué)生切實(shí)體驗(yàn)了作為一名組態(tài)工程師在工程項(xiàng)目組態(tài)中的角色和工作，明顯提高了參與度，增強(qiáng)了教學(xué)效果。

案例教學(xué)法 ?教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)始終圍繞工程應(yīng)用這一核心主題，收集ECS-700系統(tǒng)在日常維護(hù)中出現(xiàn)的故障（如控制器工作燈指示紅色并閃爍、某卡件狀態(tài)燈指示紅色并閃爍等），運(yùn)用案例教學(xué)法進(jìn)行授課，通過故障描述、分析、討論并形成解決方案。通過案例研討，學(xué)生對所學(xué)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)、完善并解決了實(shí)際問題，形成更加完善的知識(shí)體系[5]。

4 培訓(xùn)考核評價(jià)

考核評價(jià)是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要依據(jù)，也是激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的有效手段。本課程的考核側(cè)重學(xué)生的知識(shí)吸收程度和項(xiàng)目實(shí)踐能力提升，改變了以往單一的理論考試形式，綜合考核學(xué)生的理論及實(shí)際動(dòng)手能力。考核內(nèi)容分為三個(gè)方面：

1）學(xué)習(xí)態(tài)度方面，包括出勤、課堂表現(xiàn)、提問等，占總成績的30%;

2）項(xiàng)目完成情況，項(xiàng)目組態(tài)總體情況，占總成績的20%;

3）結(jié)業(yè)考試，分為理論和實(shí)操兩部分，占總成績的50%。

5 結(jié)語

為提高DCS原理及應(yīng)用課程的教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的目標(biāo)，最大限度激發(fā)學(xué)生的積極性和參與度，筆者在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法運(yùn)用以及培訓(xùn)考核等方面進(jìn)行積極探索和實(shí)踐，綜合運(yùn)用中心的各種教學(xué)資源，突出工程應(yīng)用和實(shí)操能力，取得較好的培訓(xùn)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]戴波，紀(jì)文剛，劉建東，等.以工程能力培養(yǎng)為主線建構(gòu)專業(yè)人才培養(yǎng)模式[J].高等工程教育研究，2011（6）：136-140，168.

[2]魏文淵.仿真訓(xùn)練裝置及其管式加熱爐DCS的控制與研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2008.

[3]許仙珍，單長考，鄒萍.面向卓越工程師培養(yǎng)的PLC 控制技術(shù)理論與實(shí)踐課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].中國教育技術(shù)裝備，2016（8）：148-150.

[4]董景辰.國產(chǎn)與進(jìn)口DCS進(jìn)入競爭時(shí)代：國產(chǎn)DCS系統(tǒng)發(fā)展的新階段[J].世界儀表與自動(dòng)化，2007（3）：16-20.

[5]王珊珊，楊潔.基于《數(shù)字電子技術(shù)》項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2020（1）：185-186.

[6]黃麗麗.案例教學(xué)法在工科類專業(yè)教學(xué)管理中的應(yīng)用[J].高教學(xué)刊，2019（8）：122-124.

[7]萬其中，熊遠(yuǎn)欽，陽衛(wèi)軍，等.卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃下的《化工儀表及自動(dòng)化》課程內(nèi)容的教與改[J].化工自動(dòng)化及儀表，2017（4）：343-346.