風電實訓平臺建設與“數智化”人才培養探索

摘 要：為滿足風電“數智化”變革帶來的全新人才需求，針對現階段高校人才培養體系在實訓教學方面存在的不足，基于“雙輪-雙翼”協同方法，解決實訓平臺建設“三高、三難”的痛點問題，實現了虛實結合、面向前沿“數智化”風電運維技術的實訓平臺建設，并依托平臺提出課程體系、教學方法、教學資源、師資力量、培養路徑、評價體系以及長效培養機制等方面的改進意見，最終形成“一體雙師四融合”的風電“數智化”人才培養新模式，為幫助風電行業擺脫人才困境提供一種有效方法。

關鍵詞：風電；“數智化”；實訓平臺；人才培養；產教融合

中圖分類號：C961 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）32-0164-05

Abstract： In order to meet the new talent needs brought about by the "digitalization" transformation of wind power， and to address the shortcomings of the current talent training system in universities in practical teaching， based on the "dual wheel and dual wing" collaborative method， the pain points of "three highs and three difficulties" in the construction of practical training platforms have been solved. A wind power practical training platform has been constructed that combines virtual and real， and is oriented towards cutting-edge "digitalization" technology. Based on the platform， a course system and teaching methods have been proposed.The improvement suggestions in teaching resources， teaching staff， training paths， evaluation systems， and long-term training mechanisms have ultimately formed a talent training model of wind power "digital intelligence" with "one body， two teachers， and four integration" ， providing an effective method to help the wind power industry overcome the "digital intelligence" talent dilemma.

Keywords： wind power; digitization and intelligence; practical training platform; talent cultivation; integration of industry and education

基金項目：2024年中央支持地方高校改革發展資金項目“風力發電智慧物流運/檢/維平臺”（CZ240233）；遼寧省教育科學規劃項目“基于敏捷教學的線上線下混合式教學模式研究”（JG21DB391）；沈陽工程學院教學成果獎培育項目“‘雙輪-雙翼’協同推進新能源工科人才培養的實踐與創新”（2023JYPYYB01）；沈陽工程學院教學成果獎培育項目“應用型創新人才培養‘一體雙師四融合’教學模式的探索與實踐”（2023JYPYYB11）

第一作者簡介：張雪巖（1984-），男，漢族，黑龍江鶴崗人，博士，高級工程師，碩士研究生導師。研究方向為新能源科學與工程。

*通信作者：高慶忠（1979-），男，漢族，遼寧鞍山人，博士，教授，碩士研究生導師。研究方向為電力系統自動化及新能源發電技術。

伴隨“雙碳”戰略推動我國能源結構的深度變革，風電正逐步由替代能源成長為主體能源[1]。《國家能源局關于加快推進能源數字化智能化發展的若干意見》提出將數字化、智能化（簡稱“數智化”）技術與風電運維深度融合，實現提質增效，必須成為新能源產業建設的基礎性工作。到2025年，國內風電運維市場將達到千億規模，與之相伴隨的是對大量“數智化”人才的剛需[2]。根據國務院發布的《“十四五”數字經濟發展規劃》，“數智化”人才被定義為具備專業的“數智化”技術，優良的綜合素質，卓越的戰略思維和正確倫理道德的高層次、復合型人才[3]。

作為高校人才培養體系的重要組成，實訓教學能夠通過實際工作環境模擬、真實案例教學、理論結合實踐、引導學生參與式學習等手段在最短的時間內使學生在專業技能、實踐經驗、工作方法、團隊合作等方面的素質得到全面提高，最終實現學生就業和風電企業需求的精密對接，目前已經成為風電人才培養的主陣地[4-5]。然而，目前國內高校的風電實訓平臺大多基于傳統運維技術建立，教學模式和內容嚴重脫離行業現狀和未來發展趨勢，使得人才培養質量無法滿足風電行業需求，是造成風電“數智化”人才缺口的主要原因之一[4，6]。

建立面向風電前沿“數智化”運維技術且能夠實現數字賦能的實訓平臺是解決上述問題的關鍵。但實訓平臺建設大多存在“高投入、高難度、高風險，難實施、難觀摩、難再現”（“三高、三難”）的難點問題[7]。為此，本文基于“雙輪-雙翼”協同方法，通過以產教融合和協同創新為輪，以工程理念和信息技術為翼，解決了風電“數智化”實訓平臺建設的難點問題，并依托平臺在課程體系、教學方法、教學資源、師資力量、培養路徑、評價體系以及長效培養機制等方面提出了整改意見，形成了“一體雙師四融合”的全新風電“數智化”人才培養模式。

一 風電“數智化”人才培養現狀

目前一些高校仍然采用模仿教學方法來開展風電實訓，即學生通過模仿教師在實訓平臺的示范操作來學習，且學習過程需要嚴格遵守既定的流程和標準[6]。其結果是許多學生過度依賴教師和教材，導致自身缺乏獨立思考和創新的能力。在知識總量爆炸性增長，軟知識層出不窮的“數智化”時代，風電人才需要具有利用網絡和人工智能開展自主學習、終身學習的能力，因而使得這種傳統的實訓方法變得力不從心[3]。此外，作為高層次、復合型人才，“數智化”人才需要面臨更加復雜、困難的技術問題，這意味著其需要具有更加優秀的團隊合作能力，但課程思政與實訓教學的融合還有待加強。上述問題表明已有的實訓教學方法亟待變革。

現有的實訓教學設備大多由縮比模型和仿真系統組成[4，6，8]。這些設備雖然能夠在一定程度上復現風電機組的工作原理，但在技術參數方面與實際機組差距甚大，而且在系統功能方面做了較大的簡化處理，此外，實訓場地也與真實風電場差異顯著，使學生對真實工作環境和工作內容感觸不深。此外，一些學校采用的實訓教材仍然遵循傳統的二維框架編寫，與信息化、數字化技術融合不足，導致學生的學習興趣不高，且難以將理論知識與工程實際相結合[9]。另外，在慕課平臺中，風電實訓類的資源比較稀缺，而且與線下教學的配合效果并不理想[10]。因此，有必要對實訓教學資源進行改進和豐富。

“數智化”運維是物聯網、大數據以及人工智能等前沿學科與傳統風電運維技術融合的產物，其教學和創新必然是一項跨領域、跨學科的工作。許多高校教師雖然具有優秀的教學和科研能力，但在學術研究上卻往往局限在單個技術領域，無法達到“數智化+風電”的綜合性人才培養目標。此外，近些年一些高校為了辦學規模擴大以及辦學層次升格發展的需要，通過引進、招聘等方式吸收補充了大批年輕博士教師，他們既缺乏教學經驗、也沒有風電行業的工作經歷，較難開展“數智化”實訓教學。近年來，許多高校開始推廣“雙師”建設，但“雙師型”教師比例遠未達到行業需求[11-12]。因此，風電實訓教學的師資力量有待加強。

綜上所述，根據風電行業對“數智化”人才的需求，對目前高校的實訓教學體系進行檢視，會發現已有體系存在課程體系滯后于行業發展、教學方法落后、實訓教學資源匱乏、實訓師資力量薄弱、培養路徑單一、缺乏多元、個性化的評價體系以及長效培養機制不健全等問題，導致實訓效果難以滿足風電行業發展需要，最終引起風電行業“數智化”人才缺失的困境。

二 基于“雙輪-雙翼”協同的實訓平臺建設方法

實訓平臺是面向高校實訓教學的綜合服務平臺，能夠提供教學、實訓以及資源管理等多個服務，通過與理論課程相結合，模擬真實環境，達到強化實踐操作能力的教學目的。因此，依托實訓平臺的實踐教學是風電“數智化”人才培養的主要陣地，也是實現培養體系優化的重要載體。許多高校和培訓機構相繼開發了高度虛擬仿真的實訓環境來提供系統化、多案例、全場景的技能操作服務。但是，這種過于虛擬化的實訓平臺與真實場景存在較大差異，而且學生的虛擬體驗不能真正替代實操經驗，難以使學生將理論知識與工程實際進行有效結合。本文提出了一種虛實結合的風電“數智化”實訓平臺，在與真實機組技術參數完全一致的實訓設備融入數字化的教學技術，實現虛擬教學和實物教學的優勢融合。但是，實訓平臺建設存在“三高、三難”的難點和痛點，即建設經費高、使用損耗高、實訓過程存在高風險、項目難實施、難以通過觀摩實現有效實訓以及難以再現場景和案例。為此，如圖1所示，本文提出了一種基于“雙輪-雙翼”協同的實訓平臺建設方法，具體如下。

（一） 以產教融合、協同創新為輪

首先，建設產教融合教育教學與資源中心，建立面向風電前沿運維技術的高層次人才培養模式。面向風電企業需求和行業未來發展趨勢，建立高層次人才培養目標并進行人才分類，制定個性化的培養計劃，提升為風電企業培養高層次人才的針對性。大力加強人工智能、物聯網、大數據以及數字孿生等前沿運維技術的教學和實踐，構建集科研育人、實踐實訓、創新創業、社會服務于一體，互補、互利、互動、多贏的新型產教融合平臺，形成可復制推廣的創新人才培養模式。

其次，聯合風電企業開發教學資源。以企業為核心，校企聯合重構專業課程體系，打造線上與線下混合、實物與虛擬融合、實踐與理論結合的專業教學資源，建成匹配高層次風電“人才專業”崗位需求特點的新型課程和教材體系。推進雙師雙能型隊伍建設，構建校企混編團隊，推動前沿運維技術課程內容與行業標準、生產流程、項目開發等領域科學對接。

然后，依托學校豐富的師資、國內領先的數字化運維技術和高端的智庫力量，向周邊高校、企業及社會再就業人群提供風電高層次運維人才的職業技能培訓及鑒定、高端精準就業推薦、職業技能競賽及集訓等社會性業務。通過向社會輻射服務能力，助力區域產業人才培養及就業。

最后，打造服務風電企業產研需求的創新服務能力。整合學校和企業資源，導入、組建企業工程師隊伍，圍繞風電運維技術瓶頸和特性技術難題開展協同創新，推動研究成果的轉化和應用，促進企業轉型升級。強化校企聯合開展技術攻關、產品研發、成果轉化、項目孵化等工作，共享研究成果，產出一批科技創新成果[13]。大力推動科教融合，促進科研與人才培養積極互動，提升服務企業能力[14]。

（二） 以工程理念與信息技術為翼

風電“數智化”人才需要用數字技術和人工智能方法解決實際運維問題，并以此來推動風電產業的技術變革。基于上述工程理念，風電“數智化”運維實訓平臺的建設目標包括：構建全尺寸風電機組綜合實驗平臺，打造反映風電企業真實生產條件的實踐與實訓環境，使學生具備利用“數智化”技術開展基礎運維工作的能力；搭建數字化教學平臺，實現教學和考核的虛擬、現實雙軌并行，提高人才培養的效率和質量；建設“數智化”運維技術綜合試驗平臺，實現“數智化”技術的培訓與創新實踐，使學生能解決“數智化”技術應用中的難點問題，并提高科研創新能力。

充分利用信息技術快速發展帶來的機遇，將3D數字化、虛擬仿真、VR/AR等新型數字技術融入到實訓教學過程中，模擬真實崗位環境及能力要求，打造虛擬仿真實訓教學基地，降低學校實訓基地打造的經費、場地環境等的限制，以及傳統實訓方式過程中存在的安全隱患。更重要的是，虛擬仿真實訓平臺兼容性強，可適用于重現不同的專業技能實訓課堂，便于學生對同類知識的理解與遷移，還能為線上線下混合式教學提供服務。虛實結合的教學方式能夠使學生獲得實訓的機會，并使其對于技能的熟練掌握程度大大提升，真正成為風電行業需要的高技能型人才[15]。

三 實訓平臺建設流程、內容及課程體系

（一） 平臺建設流程

平臺建設秉承“育人為本、產業為要、產教融合、創新發展”的原則，以平臺為牽引，吸納并融合風電機組制造商和風力發電企業的優質技術資源，并依托平臺推動風電人才培養體系的改進。具體工作思路包括：首先，基于在役兆瓦級風電機組工作原理，并對標實際技術參數，實現整機還原與案例復現；在此基礎上，進行虛擬現實教學平臺、案例仿真系統、智能考試終端以及雙師智慧實訓室的建設工作，實現數字化教學；然后，圍繞已搭建的風電系統建設“數智化”運維技術綜合試驗平臺，包括風電智能生產管理、場站側智能感知物聯網、風機故障智能診斷、智能功率預測以及全過程智能檢修維護等五部分內容；最后，依托平臺，提出風電人才培養模式的改進意見。

（二） 平臺建設內容

根據沈陽工程學院“雙輪-雙翼”協同和“一體雙師四融合”的人才培養邏輯（產教融合與協同創新協同、工程理念與信息技術協同，共同打造卓越工程技術人才培養共同體，教師和企業導師共同培養學生綜合能力，同時學生、學校、企業和社會相融合），結合發電企業對“數智化”人才的需求，制定建設內容如下。

1 全尺寸風電機組綜合實驗平臺

如圖2所示，按照風機系統組成及主要功能，可將平臺分為主控系統、并網系統、變槳系統以及偏航系統等四部分。與縮比模型不同，該平臺采用了與真實機組完全相同的部件和技術參數，實現了對機組的還原。

2 數字化教學平臺

如圖3所示，按照教學方式，可將數字化教學平臺分為智能實訓系統、雙師智慧實訓室以及虛擬現實（Virtual Reality，VR）教學平臺三部分。

3 智慧運維管控平臺

如圖4所示，依托于全尺寸風電機組綜合實驗平臺，智慧運維管控平臺著重面向風力發電企業目前關注度最高且亟待解決的五類“數智化”問題，包括風機故障智能診斷、智慧功率預測、風電場智慧生產管理、場站智能感知物聯網及全過程智能檢修維護。

四 依托實訓平臺的“一體雙師四融合”風電人才培養模式

如圖5所示，“一體雙師四融合”是指教師和工程師共同培養學生“數智化”綜合能力，同時學生、學校、企業和社會相融合，共同打造卓越工程技術人才培養共同體。為建立這一模式，提出如下措施。

（一） 課程體系建設

以企業為核心，校企聯合重構專業課程體系，打造線上與線下混合、實物與虛擬融合、實踐與理論結合的專業教學資源，建成匹配高層次風電人才專業崗位需求特點的新型課程和教材體系。構建校企混編團隊，推動前沿運維技術課程內容與行業標準、生產流程、項目開發等領域科學對接。以實訓平臺為依托，打造“訂單班”“學徒班”培養機制[16]。并且，將風電“數智化”的校企合作項目和大學生創新、創業競賽納入實訓范疇，開設專題課程。

（二） 豐富教學方法

依托數字化實訓教學平臺，為學生提供多元化的實訓方法，以課題和競賽形式引導學生進行自主學習，提高學生利用網絡和人工智能開展自主學習、終身學習的能力。利用虛擬現實、云平臺以及OMO“雙師”教學等數字化技術提高學生學習效率，使課程內容貼近行業實際，提供更豐富的“數智化”知識學習渠道。鼓勵學生利用實訓平臺進行創新觀點和既有結論的驗證，以答辯作為實訓成果考核的主要形式，培養學生的批判性思維和決策能力。在實訓過程中，圍繞平臺前沿的數字化運維設備，開展相關技術理論的系統性教學，使學生建立系統且貼合實際的數智化知識儲備。同時，加強課程思政建設，以團體形式參加比賽和考核，加強人才團隊交流和合作能力。

（三） 虛實結合的立體式教學資源

依托實訓平臺還原真實風電機組的基本功能，高度模擬真實風電工作場景，并依托數字化教學平臺構建立體空間多人多專業協同技能提升平臺、OMO“雙師”教學智慧實訓室以及虛擬仿真課程資源庫，實現運維、檢修、作業、安全與事故演練等多專業覆蓋的新型沉浸式體驗和技能培訓與提升，實現“知學練考評測溯管”一體化功能。開展“雙師”教學，實現教學和考核的虛擬、現實雙軌并行。依托風力發電智慧物聯運/檢/維技術綜合實驗平臺建立場站側智能感知物聯網、風電機組安全可信實時控制與通信、基于知識與數據協同驅動的風機故障診斷、高精準多時空尺度功率預測、風電智慧生產管理以及全要素、全過程智能檢修維護與技術等六個創新實驗平臺，為學生創新實踐提供虛實結合的立體式教學資源支持。

五 結束語

實訓教學作為高校“數智化”人才培養體系的主陣地，其與行業需求的配適度能直接影響人才培養質量，并最終關系到行業發展。針對風電“數智化”變革帶來的全新人才需求，檢視了已有高校人才培養體系在課程體系、教學方法、教學資源、師資力量、培養路徑、評價體系以及長效培養機制等方面存在的問題，提出了依托 “數智化”實訓平臺的“一體雙師四融合” 風電人才培養新模式，為此建立了包含全尺寸風電機組綜合實驗平臺、數字化教學平臺以及“數智化”運維技術綜合試驗平臺在內的風電“數智化”實訓平臺，并打造了線上與線下混合、實物與虛擬融合、實踐與理論結合的專業教學資源，建成了匹配高層次風電“數智化”人才專業崗位需求特點的新型課程和教材體系。在平臺建設過程中，基于“雙輪-雙翼”驅動方法，解決了平臺建設“三高、三難”的痛點問題。

參考文獻：

[1] 馬健瑞，趙蕊.“雙碳”背景下促進我國風電設備行業發展研究[J].經濟縱橫，2022，440（7）：42-49.

[2] 羅小芳，張晨陽，王允，等.海上風電運維管理技術現狀和展望[J].船舶工程，2022，44（2）：22-30.