自動化背景下制藥設備課程教學改革初探

于文博 劉松暉

摘要：制藥生產自動化和信息化是發展的必然趨勢，原有制藥設備的教學內容已經逐漸無法滿足企業對制藥人才培養的需要，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融入制藥設備課程進行了探索，以發酵罐的控制為例開發了教學項目。

關鍵詞：制藥設備；自動化控制；教學項目；DSC組態

制藥設備課程是藥品生產技術專業普遍開始的一門專業課程，這門課程技術實踐性強。課程的主要目標是培養學生掌握制藥設備的基本理論、基本知識和基本技能，熟悉常用制藥設備的結構原理，學會操作使用和維護常用的制藥設備，為學生日后進入制藥企業實踐操作崗位打下堅實基礎。這門課程的性質和目標決定了課程的教學內容和教學項目的設計要密切聯系制藥企業的生產實際，以滿足人才培養需求。本文擬討論在制藥行業自動化、信息化背景下，我們對制藥設備教學內容的改革和教學設計所進行的一些探索。

1.制藥企業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率，制藥自動化設備和信息化（機器人）是其中最重要的方法。制藥企業正在加速自動化技術和信息技術的深度融合，對制造裝備和生產流程進行技術改造。這一趨勢使得企業現在對有制藥設備自動化、信息化知識與技能的專業人才的需求不斷加強[1-2]。在我校舉行的藥品生產技術專業的人才培養方案論證會上，來自省內多家大型制藥企業的專家都建議在制藥設備課程中增加自動化控制方面的教學內容。但原有制藥設備課程的教學項目和課程資源并沒有涉及這部分內容，這迫切需要我們設計新的教學項目滿足企業對人才培養的需求。

2.制藥設備課程中自動化內容的教學現狀

目前無論是高職和本科制藥設備方面的教材都沒有涉及自動化控制方面的內容。一般自動化控制方面的課程是機電一體化專業或自動化等專業開設的，但這些課程是適用于各個專業領域的通用型課程。在專業自動化控制的教學方面，化工領域開展的較為成熟，一般的化工專業都開始有《化工自動化》或《化工儀表與自動化》課程，我校精細化工專業開發了《化工生產工藝與DCS控制》課程較為系統的完成了化工自動化控制系統的教學。化工領域的自動化與制藥行業的自動化既有一定的聯系又有各有不同的側重。化工領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一般采用DCS控制，而在后面的制劑生產中主要是應用PLC控制。

3.自動化控制教學項目的設計

校企合作是開發教學項目的必由之路。我們與制藥行業的龍頭進行合作開發了基于制藥過程中典型自動化控制系統的教學項目，我們完成《制藥設備實務》課程標準的修訂、確定教學內容、收集教學素材、設計學做一體的教學項目、制定項目評價方案、編寫實訓教材、制作信息化教學資源等方面的內容。

制藥設備自動化控制方面的基礎內容包括檢查儀表的使用與檢驗、控制系統的組成、DCS控制系統的組成與操作、PLC控制系統的組成與操作等內容。我們通過對接企業自動化控制方面的專家，摸清在制藥生產的相關崗位最需要操作人員掌握的知識和基本技能。我們設計了“認識液位控制系統”和“發酵罐DCS組態設計”兩個教學項目。

3.1“認識液位控制系統”項目

自動化控制系統的組成、過渡過程及品質指標、控制器的控制規律和參數整定是自動化控制所必須掌握的基礎知識，傳統的理論教學難以引起學生的興趣，我們設計了“認識液位控制系統”這一教學項目，用這個項目來承擔自動化基礎知識的教學。

項目讓同學們從一個直觀的液位控制系統入手，讓學生比對液位的人工控制與液位的自動控制的不同點。教師進一步講解自動化控制系統的構成，并引導學生對液位控制系統的組成進行分析，列出被控對象、測量變送器、控制器和執行器。在此基礎上繪制自動控制系統的方框圖。

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

3.2“發酵罐DCS組態設計”項目

DCS是生物制藥反應設備中常用的控制系統，我們在前期發酵罐使用項目基礎上進一步設計了“發酵罐DCS組態設計”項目。學生在教師的指導下完成以下7個方面的任務：

一、發酵罐工藝流程回顧與測點清單整理：回顧并進一步深入理解課程前面已經講述過的發酵罐工藝流程，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、發酵罐DCS系統整體配置：確定DCS中控制站、工程師站和操作員站的數量、地址、是否冗余等；三、I/O組態：根據第一步整理出的測點清單，選擇合適的I/O卡件，對個I/O點進行組態；四、操作小組設置與數據的分組分區：確定系統分為幾個操作小組，各小組的權限；將測點進行數據的分組分區，進行光字牌組態，以便方便高效的處理報警數據；五、發酵罐控制方案及其DCS組態：分析、確定發酵罐各參數的控制方案，并在DCS中正確組態這些控制方案。六、發酵罐操作畫面組態：組態發酵罐工藝操作的總貌、分組、趨勢和流程圖畫面。七、發酵罐報表組態：組態發酵罐工藝操作的班報表。

制藥設備課程改革圍繞制藥企業對自動化控制反面的需求特點，運用任務驅動教學模式，與職業崗位需求對接，進行的項目化教學設計，實現理論實踐一體化教學。通過學做一體的教學項目的實施，使學生能初步掌握生物制藥相關的控制系統的基本知識和基礎操作，滿足制藥企業對專業人才培養提出的新要求。這是校企合作開發特色課程的一次探索性的實踐，可以為開發高職工科類交叉學科課程提供一種可行的參考方法。

參考文獻：

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

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

基金項目：本文系杭州職業技術學院2018年度教改課題“翻轉課堂”在制藥設備課程教學中的實踐”（課題編號：JG201816）的研究成果。