煤炭采制化人員培訓系統構建與應用

吳鎖貞，李滿保，趙 雯，黃 誠，程健林

(1.江蘇方天電力技術有限公司，江蘇 南京 211100；2.江蘇常熟發電有限公司，江蘇 常熟 215536；3.長沙開元儀器有限公司，湖南 長沙 410100)

0 引 言

目前，我國燃煤電廠在整個電力生產中所占比重過半，煤電仍是電力供應的主要能源。中電聯《2021—2022年度全國電力供需形勢分析預測報告》中指出，2021年我國煤電發電量為5.03萬億kW h，約占總發電量的60.0%。燃煤電廠的燃料成本約占發電成本的70%，在國家“雙碳”目標和煤炭高效節能燃燒戰略的背景下，煤電企業面臨嚴峻考驗，迫切需要提升燃料管理水平、控制燃料成本以提高競爭力[1-14]。采制化作為燃料質量監督的重要手段之一，其檢驗結果的準確程度直接影響到發電企業的安全運行和經濟效益[15-18]。近年來，由于燃煤發電機組環保性和經濟性的客觀需要，入爐煤摻配高水分、高揮發分、低熱值原煤以及各種煤泥的比例顯著增加，電力用煤的不均勻性和復雜性也隨之增加。此外，由于煤炭供應緊張，為保證機組燃煤供應，部分發電企業燃煤供應呈現出了小批量、多品種的現象，從而對發電企業煤炭采制化人員的技術水平提出了更高要求。

為了順應新形勢下火力發電企業燃料管理和采制化工作的新要求，進一步提高現有采制化人員的專業技術水平十分必要[19-20 ]。目前，傳統的煤炭采制化人員培訓主要采用線下集中授課和考核的方式，主要存在以下缺點:

(1)理論培訓模式較為單一枯燥[21-25]，學員主動參與的積極性不高；

(2)欠缺充足的實操培訓，對實際的采制化工作指導性有待提升，培訓效果欠佳；

(3)培訓考核采取人工考核，工作量大且主觀性較強，缺乏客觀規范性強的系統支撐；

(4)針對電廠采制化的工作實際，缺少仿真的實習訓練。

因此，筆者根據多年從事采制化培訓的工作經驗，對傳統培訓教學進行深入思考與探索。為了更好地解決以上培訓問題，運用現代大數據、信息化、智能化、標準化手段，開發1套煤炭采制化人員培訓系統(以下簡稱培訓系統)。該培訓系統涵蓋理論培訓、實操培訓、培訓考核與競賽、仿真實訓等4個功能模塊。系統能夠實現線下和線上培訓互助、自我學習與練習、多媒體演示、實操練習與評價、技能競賽與打分、仿真實訓等功能，通過自我學習、自我感知、自我考核和自我評價，全面提升采制化培訓的智慧化水平。

1 功能模塊

1.1 理論培訓

理論培訓模塊采用理論教學與題庫訓練相結合。該模塊要點包括:

(1)培訓教材。采用自編的培訓教材，該教材除采制化基礎知識、分析測試基礎理論及相關標準解讀等內容外，為了使學員能在生產實際中靈活應用理論知識，突出培訓實用性，教材結合火電企業采制化工作實踐，通過采制化典型實操案例解析，深入闡述人員、設備、方法、操作流程、常見問題及解決方法等方面的內容。以人工采樣為例，圍繞采樣方案的制定、采樣工器具的選擇、具體的采樣操作及注意事項、報告撰寫、樣品的保存及流轉、危險點分析等內容作了詳細闡述。“理論+案例”模式讓培訓內容更加貼合生產實際，使得學員更易于理解和掌握知識要點。培訓學員可直接登錄系統進行線上理論學習，同時也可通過下載功能下載相關文本資料進行線下學習，有助于學員充分利用碎片化學習時間開展自主學習，提升整體學習效率。

(2)培訓題庫。題庫訓練包含在線練習和模擬測評 2 個子功能模塊，在線練習界面包含試題答案及詳細解析，培訓學員可通過在線題庫進行鞏固練習，從而加深知識點的理解和掌握。模擬測評模塊可供學員進行考評自測，通過對每一道試題賦予多種性能指標(例如題型、知識點、難度系數、分值等)和相關約束條件，利用正態分布概率函數計算出不同難度系統試題的最大分數，根據最大分數利用隨機組卷算法生成試卷，此種組卷算法結構簡單、單詞組卷過程的運行速度快，試卷難易程度符合學員需求[26]。

(3)主動參與。學員在學習過程中發現疑難的問題或形成學習感悟、新的解題思路時均可留下記錄，培訓系統的后臺老師會對其進行答疑和知識點優化，使系統在使用過程中持續改進。

(4)統計分析。系統根據學員的答題情況進行數據統計分析，通過綜合評估錯題性能指標，篩選錯題或相類似的題目并進行反復練習，實現易錯題出題權重的智能化調整，有助于學員開展針對性強化練習，從而進一步查漏補缺以消除知識盲區。

1.2 實操培訓

煤炭采樣、制樣、化驗所依據的標準中，由于實際操作過程涉及人員、方法、儀器、環境等多種要素，具有環節多、過程復雜等特點，僅靠書面化語言很難直觀體現實際操作，有的甚至無法用語言來準確闡述一些重要的操作細節。基于此，實操培訓模塊專門采用多媒體實操視頻，進行教學培訓。該模塊要點包括:

(1)典型工作流程。拍攝常用的采制化工作流程并制作成標準化、規范化的多媒體視頻，學員掌握后即可在工作中直接使用，實用性很強。

(2)重要工序操作。對于工作流程中操作有難度、又重要的單項工序，拍攝專門的操作視頻供仔細研討學習。該兩類視頻制作過程中，同時備注文字解說操作要領和注意事項。實操視頻支持播放速率調節、局部細節放大等功能，可供反復觀看或動態演示，將抽象的理論轉化為直觀生動的具體演示，大幅提高培訓效果和效率。

(3)持續改進更新。學員在培訓過程中若發現視頻存在問題或舉薦更好的操作方法，即可在評論區留言，后臺會有維護技術人員對其進行及時處理。同時學員可以將更好的操作視頻進行上傳，持續改進和更新操作視頻，不斷豐富教學視頻庫。

1.3 考核與競賽

通過考核顯示培訓的效果，采用對采制化技能競賽進行打分，即考核與競賽模塊主要需實現上述2個方面的功能。該模塊要點包括:

(1)理論考試。根據理論考試的范圍和要求，可自動進行理論考試的組卷。客觀題部分包括判斷題、單選題、多選題，可以自動評分。主觀題部分包括問答題、計算題、案例題，由后臺老師評分。

(2)實操考核。采制化實操考核分項目進行，考核項目分為采樣、制樣、灰分、揮發分、發熱量、全硫、碳氫氮等。根據崗位的不同，每項有不同的權重。參加實操考試時首先完成身份信息檢入，隨后加入到待考隊列中，待有空閑工位釋放后，叫號系統自動呼叫待考隊列學員至指定工位，并同步推送學員信息至考官電腦，待考官確認無誤后即可開始實操考評。考評系統內置計時器，學員根據操作目標任務進行操作，考試完畢后點擊交卷功能，即完成實操技能考核。考官根據系統內預置評分表對學員實操全過程進行在線評分，結束后提交評分。最后，系統按照預置的權重自動進行綜合成績計算。

(3)技能競賽。技能競賽主要包括前期準備、考試考核及成績評定與發布3個階段。前期準備階段需要在系統上完成學員和裁判的基礎信息錄入，理論及實操試卷錄入及權重配置，實操工位的管理分配等工作。技能競賽包括理論考試和技能實操考評兩部分，學員按照考試安排憑準考證和身份證參加理論考試，提交試卷后系統自動完成評分和成績統計。競賽考核流程如圖1所示，具體按實際需求執行程序。

圖1 競賽與實操考核流程Fig.1 Assessment process of competition and practical operation

(4)統計分析與改進。模塊可對所有學員的成績進行統計分析，得出科學、準確的分析結果，找到學員失分率較高的薄弱環節，為下一步培訓工作提供有益指導。在演練模式下，學員可進行實操項目的模擬訓練，系統提供相應的步驟指導和要點提示，可實現交互式引導，幫助學員自我改進與提高。

1.4 仿真實訓

煤炭采制化人員經過培訓和考核后，取得崗位合格證。崗位合格證僅為入職的基本條件，是否能勝任崗位工作，還需要進行崗位仿真實訓。仿真實訓模塊的要點包括:

(1)電廠采制化工作仿真。全面模擬電廠采制化工作現場，所有工序和流程和電廠實際工作完全一樣。學員在培訓合格的基礎上，在系統上完成每一項工作，系統會評價其工作是否滿足實際工作的要求。

(2)煤檢數字化管理。煤檢管理信息系統通過采用數據自動采集技術、數據通訊技術、數據庫技術等先進技術手段，將煤炭檢測分析流程、人員、設備、檢測數據等因素有機整合，具有高效化、智能化、標準化的特點，采制化人員需要仿真訓練，以進一步適應煤檢數字化管理，做到數據不落地、不認人、不重復。

2 系統結構

2.1 硬件結構

系統的硬件單元主要包括服務器(含操作系統、數據庫)、電腦(學員電腦、裁判電腦、檢錄電腦等)、各類化驗設備、條碼槍、讀卡器、安檢設備、門禁機、核心交換機及組網設備等。培訓系統通過服務器、核心交換機、組網工具等設備采用較為封閉式的網絡進行搭建。培訓計算機可供學員進行在線理論學習、題庫訓練及多媒體實操視頻學習。學員可通過各類分析化驗設備進行采制化實操技能訓練。條碼槍、讀卡器、門禁機等設備采集培訓學員的身份及待考信息，實現培訓考核時學員信息的智能檢錄功能。在實操考核過程中，學員直接進行現場操作，考官通過裁判電腦進行在線評分并完成績統計傳輸。培訓系統硬件架構如圖2所示。

圖2 培訓系統硬件結構Fig.2 Hardware structure of training system

2.2 軟件結構

培訓系統的軟件系統架構按照功能劃分為設備控制層、接口層、業務層、應用層及數據中心。設備控制層主要包括煤樣化驗分析儀器、門禁機、條碼槍、RFID識別系統等，為煤炭采制化人員培訓和考核的開展提供必要的硬件支撐；設備層通過標準集成接口實現數據信息交互和智能化控制；業務層實現數據采集、智能組卷、排考管理、在線計時等基礎功能，并提供精密度算法、正確度算法、流程建模等支撐功能；應用層為培訓業務提供具體應用功能，可實現在線理論培訓、多媒體實操教學、仿真訓練、培訓考評、成績管理、培訓動態發布等功能。另外，在系統前端還設有安全保障體系，實現對軟件的安全管理與維護，從而有效保障整個培訓系統的網絡信息安全。培訓系統軟件具體結構如圖3所示。

圖3 培訓系統軟件結構Fig.3 Software structure of training system

3 結 語

該研究成果已在“江蘇省電力行業燃煤采制化技能培訓基地”和“國家電力投資集團燃料技能人才培訓基地中電國際常熟培訓機構”成功試用，利用數字化與信息化技術，將理論培訓與多媒體實操演示有機融合，對燃煤采制化的專業知識和實操技能進行全面和系統的培訓，特別是在系統中加入學員主動性的答疑、討論和優化環節，使系統具有自我更新、自我優化的持續改進能力，培訓效果十分顯著，培訓學員多次在中電國際、國家電投集團、江蘇省電力行業、全國電力行業燃料采制化技能競賽中斬獲佳績。