以卓越工程師為目標(biāo)的DCS原理及應(yīng)用教學(xué)設(shè)計與實踐

薛秀莉

摘 ?要 依據(jù)儀表自動化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃的要求，結(jié)合DCS原理及應(yīng)用課程的特點，依托可用的實訓(xùn)平臺，對本課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核評價等進行設(shè)計和實踐。實踐結(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)生的工程意識和實踐能力。

關(guān)鍵詞 卓越工程師;DCS原理及應(yīng)用;精細化校企合作模式;儀表自動化專業(yè);工程應(yīng)用能力;VR實訓(xùn)室;項目驅(qū)動教學(xué)法

中圖分類號：G642.4 ? ?文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）11-0126-02

1 引言

教育部2010年啟動“卓越工程師培養(yǎng)計劃”試點，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量、各類型工程技術(shù)人才，其核心在于強化學(xué)生的工程意識和實踐能力[1]。北京石油化工學(xué)院作為教育部批準(zhǔn)的首批試點院校之一，與燕山石化深度合作，開啟了精細化校企合作模式，包括校企共建教學(xué)條件，校企共建課程體系等。儀表自動化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)系列課程設(shè)計，重在突出工程能力素質(zhì)培養(yǎng)及實踐教學(xué)，將校內(nèi)理論教學(xué)和企業(yè)實踐教學(xué)有機融合。企業(yè)實踐教學(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)知識儲備情況，對課程內(nèi)容進行優(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)方法運用、培訓(xùn)考核評價等內(nèi)容，介紹本課程培訓(xùn)教學(xué)中的探索與實踐。

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)及維護等知識，具有很強的實用性。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)、工程項目組態(tài)以及控制系統(tǒng)維護等知識。課程設(shè)計以提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力為目標(biāo)，以工程項目實例為載體，以工程項目的設(shè)計流程為主線，將知識點融入工程項目組態(tài)的各個環(huán)節(jié)，將過程控制理論應(yīng)用到工程實踐中。課程內(nèi)容分為三個模塊。

模塊一：基礎(chǔ)知識模塊。本模塊介紹DCS的特點、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。

模塊二：系統(tǒng)組態(tài)模塊。本模塊結(jié)合工程項目實例，引導(dǎo)學(xué)生按照工程項目的設(shè)計流程（詳細內(nèi)容見圖1），應(yīng)用ECS-700組態(tài)軟件逐步完成工程項目的設(shè)計、組態(tài)項目建立、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)操作及維護模塊。利用模塊二中完成的組態(tài)項目，熟悉ECS-700系統(tǒng)的實時監(jiān)控畫面，學(xué)習(xí)DCS系統(tǒng)的維護、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)模式方面進行了改進，將情景體驗式教學(xué)法、項目驅(qū)動教學(xué)法、案例教學(xué)法等應(yīng)用到教學(xué)中。同時，綜合運用VR平臺、DCS實訓(xùn)設(shè)備、仿真控制器等教學(xué)資源，將理論教學(xué)和實踐教學(xué)有機結(jié)合。通過一周的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)CS的架構(gòu)、應(yīng)用及維護建立起系統(tǒng)的認(rèn)知。

VR體驗式教學(xué) ?由于在校大學(xué)生缺乏工作實踐，對DCS系統(tǒng)的構(gòu)成缺乏認(rèn)知，而裝置上運行的DCS系統(tǒng)又不能滿足學(xué)員動手的實際需要，導(dǎo)致授課效果不佳。2019年初，筆者所在單位VR實訓(xùn)室的建成并投入使用解決了這一難題。應(yīng)用VR實訓(xùn)平臺，學(xué)員可以相對真實地體驗控制室的布局、控制柜的構(gòu)成，能夠進行控制器單元的認(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。

項目驅(qū)動式教學(xué) ?在模塊二的教學(xué)中引入項目驅(qū)動教學(xué)法，將DCS組態(tài)的相關(guān)知識點設(shè)計到實際的工程項目案例中，淡化理論和實踐的界限[4]，給學(xué)生提供自己分析問題、解決問題的機會，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。在教學(xué)過程中將整個工程項目的組態(tài)內(nèi)容進行細化，形成多個任務(wù)（如表1所示），將理論教學(xué)融入學(xué)生的實踐中。學(xué)生切實體驗了作為一名組態(tài)工程師在工程項目組態(tài)中的角色和工作，明顯提高了參與度，增強了教學(xué)效果。

案例教學(xué)法 ?教學(xué)內(nèi)容設(shè)計始終圍繞工程應(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），運用案例教學(xué)法進行授課，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)知識進行總結(jié)、完善并解決了實際問題，形成更加完善的知識體系[5]。

4 培訓(xùn)考核評價

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

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）項目完成情況，項目組態(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，實現(xiàn)卓越工程師培養(yǎng)計劃的目標(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、教學(xué)方法運用以及培訓(xùn)考核等方面進行積極探索和實踐，綜合運用中心的各種教學(xué)資源，突出工程應(yīng)用和實操能力，取得較好的培訓(xùn)效果。

參考文獻

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